生物鐘雖然不像你的鬧鐘，每天發(fā)出聲響把你從睡夢(mèng)中叫醒，但體內(nèi)許多細(xì)胞功能的運(yùn)轉(zhuǎn)卻都遵循著這個(gè)看不見(jiàn)的“指揮棒”，人體的免疫系統(tǒng)同樣如此[1]。免疫細(xì)胞的吞噬功能、細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及抗菌、抗病毒反應(yīng)都受到生物鐘的調(diào)控，具有晝夜節(jié)律[2, 3]。

同時(shí)，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，疫苗的接種時(shí)間也與人體對(duì)疫苗的反應(yīng)有一定關(guān)系。在老年人中，上午接種流感疫苗產(chǎn)生的抗體滴度高于下午接種[4]。此外，早上接種卡介苗的人比晚上接種的人表現(xiàn)出更強(qiáng)、更有效的免疫反應(yīng)[5]。然而，這背后蘊(yùn)含的機(jī)制仍不明確。

近日，來(lái)自愛(ài)爾蘭皇家外科醫(yī)學(xué)院的Annie M. Curtis團(tuán)隊(duì)在《自然·通訊》雜志發(fā)表重磅研究，揭示了生物鐘影響我們對(duì)疫苗免疫反應(yīng)的潛在原因[6]。

Curtis團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在小鼠休息期間接種疫苗，相比于在活動(dòng)期間接種疫苗，T細(xì)胞所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)更強(qiáng)烈，這種免疫反應(yīng)的晝夜節(jié)律與樹(shù)突細(xì)胞線粒體形態(tài)與代謝的晝夜節(jié)律相關(guān)，這影響著樹(shù)突細(xì)胞的抗原處理功能，并受到生物鐘基因Bmal1的調(diào)控。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，樹(shù)突細(xì)胞線粒體鈣離子水平的晝夜節(jié)律變化是導(dǎo)致樹(shù)突細(xì)胞線粒體形態(tài)周期變化的內(nèi)在機(jī)制。作者Curtis表示，該研究對(duì)于優(yōu)化疫苗接種時(shí)間、最大化疫苗接種效果具有一定的指導(dǎo)意義[7]。

論文首頁(yè)截圖

研究的一開(kāi)始，Curtis團(tuán)隊(duì)首先探索了在小鼠中是否也存在免疫系統(tǒng)對(duì)疫苗接種的晝夜節(jié)律。

他們從OT-II小鼠（T細(xì)胞受體轉(zhuǎn)基因鼠，其CD4⁺T細(xì)胞能識(shí)別卵清蛋白[OVA]）中提取了CD4⁺T細(xì)胞，并用染料CTV標(biāo)記了這些T細(xì)胞（CTV-染色 OTII CD4⁺T細(xì)胞）。

隨后，分別在ZT7（在光照開(kāi)始后7小時(shí)，小鼠休息階段中期，相當(dāng)于人類(lèi)深夜）和ZT19（在光照熄滅后7小時(shí)，小鼠活動(dòng)階段中期，相當(dāng)于人類(lèi)下午）注射到處于不同晝夜節(jié)律的兩組小鼠中。在注射細(xì)胞后24小時(shí)，再在ZT7和ZT19對(duì)兩組小鼠注射OVA，并在注射疫苗72小時(shí)后取兩組小鼠的縱膈淋巴結(jié)進(jìn)行活檢，來(lái)評(píng)估機(jī)體對(duì)疫苗所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。

探索小鼠中是否也存在免疫系統(tǒng)對(duì)疫苗接種的晝夜節(jié)律實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究結(jié)果顯示，相比于在ZT19接種，在ZT7接種OVA的小鼠縱隔淋巴結(jié)中的T細(xì)胞增殖顯著增加（1.7% vs 0.8%），且處于激活狀態(tài)（CD69陽(yáng)性）的T細(xì)胞數(shù)目也明顯更多，表明在小鼠中T細(xì)胞被疫苗所激活的效果同樣受生物鐘的調(diào)控。

相比于在ZT19接種，在ZT7接種OVA的小鼠縱隔淋巴結(jié)中的T細(xì)胞增殖和激活顯著增加

CD4⁺T細(xì)胞的激活與樹(shù)突細(xì)胞（DC）的抗原攝取、處理和提呈息息相關(guān)。因此，研究人員推測(cè)，可能是DC的晝夜節(jié)律導(dǎo)致小鼠對(duì)疫苗接種產(chǎn)生不同的反應(yīng)。

為了研究此問(wèn)題，研究人員對(duì)經(jīng)過(guò)同步化處理（50%血清處理，隨后無(wú)血清處理）的PER2::Luc骨髓來(lái)源的樹(shù)突細(xì)胞（BMDC）進(jìn)行了觀測(cè)，這種細(xì)胞將熒光素蛋白整合到小鼠自身晝夜節(jié)律蛋白2（Per2）基因形成PER2-Luc融合蛋白，以熒光強(qiáng)度來(lái)報(bào)告晝夜節(jié)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PER2::Luc BMDC具有明顯的晝夜節(jié)律。此外，通過(guò)對(duì)其他生物鐘基因Period 2、Nr1d1和Bmal1的qPCR檢測(cè)也顯示了這些基因轉(zhuǎn)錄的周期變化。

為了近一步探究生物鐘對(duì)DC中抗原處理的調(diào)控，Curtis團(tuán)隊(duì)將DQ-OVA與Bmal1（生物鐘核心基因）敲除的BMDC細(xì)胞進(jìn)行共培養(yǎng)。DQ-OVA是一種全長(zhǎng)卵清蛋白的自淬滅標(biāo)記偶聯(lián)物，其在裂解成多肽片段后產(chǎn)生綠色熒光信號(hào)，因此可通過(guò)觀察熒光強(qiáng)度來(lái)評(píng)估BMDC細(xì)胞對(duì)抗原的處理能力。

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)達(dá)48小時(shí)的不同晝夜時(shí)間點(diǎn)的檢測(cè)，Curtis團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)同步化處理的Bmal1^+/+BMDC細(xì)胞的抗原處理遵循晝夜節(jié)律，在同步化處理后12小時(shí)和36小時(shí)抗原處理能力最高，在24小時(shí)和48小時(shí)則最低。相比之下，Bmal1^-/-BMDC細(xì)胞的抗原處理水平始終較低，且無(wú)明顯的晝夜節(jié)律。這表明DC細(xì)胞的抗原處理能力確實(shí)受到生物鐘基因的調(diào)控。

DC細(xì)胞的抗原處理能力受到生物鐘基因的調(diào)控

接下來(lái)的問(wèn)題來(lái)了，生物鐘基因是如何調(diào)控DC細(xì)胞的抗原處理能力呢？

經(jīng)過(guò)研究，Curtis團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，Bmal1^+/+BMDC細(xì)胞線粒體代謝呈晝夜節(jié)律變化，其最大呼吸、備用呼吸能力和ATP水平在同步化處理后12小時(shí)和36小時(shí)最高，而在同步化處理后24小時(shí)最低，Bmal1^-/-BMDC細(xì)胞則喪失了這種變化，幾個(gè)指標(biāo)一直處于較低狀態(tài)。

同時(shí)，線粒體代謝的變化確實(shí)也影響了DC的抗原處理能力。在抑制線粒體代謝后，Bmal1^+/+BMDC細(xì)胞和Bmal1^-/-BMDC細(xì)胞對(duì)于DQ-OVA的處理能力均明顯降低，并且激活CD4⁺T細(xì)胞的能力也降低，這表明線粒體代謝的晝夜變化可影響DC的抗原處理能力，進(jìn)而影響T細(xì)胞的激活。

線粒體代謝的晝夜變化可影響DC的抗原處理能力，進(jìn)而影響T細(xì)胞的激活

此外，Curtis團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，生物鐘還能夠影響線粒體形態(tài)從而影響DC細(xì)胞的抗原處理能力。在Bmal1^+/+BMDC細(xì)胞中，在同步化處理24小時(shí)和48小時(shí)后線粒體時(shí)表現(xiàn)出片段化的形態(tài)，而在同步化處理12小時(shí)和36小時(shí)后具有融合的形態(tài)，這與DC細(xì)胞抗原處理能力的晝夜節(jié)律變化相一致。

生物鐘可影響線粒體形態(tài)

這些結(jié)果揭示了生物鐘對(duì)DC細(xì)胞線粒體代謝、形態(tài)以及伴隨的抗原處理能力的晝夜節(jié)律具有調(diào)節(jié)作用。

最后，Curtis團(tuán)隊(duì)的研究還表明線粒體內(nèi)鈣離子水平的晝夜節(jié)律是導(dǎo)致線粒體形態(tài)變化的內(nèi)在原因。受線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（MCU）復(fù)合體周期變化導(dǎo)致的鈣離子水平晝夜節(jié)律影響，線粒體內(nèi)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶活性也呈現(xiàn)周期變化，而鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶正是影響線粒體形態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

總的來(lái)說(shuō)，本研究首次揭示了機(jī)體對(duì)疫苗接種存在晝夜變化的內(nèi)在機(jī)制，其與樹(shù)突細(xì)胞線粒體鈣離子水平、形態(tài)和代謝功能受生物鐘調(diào)控息息相關(guān)。

若能在人類(lèi)中進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，Curtis團(tuán)隊(duì)的研究對(duì)今后疫苗接種時(shí)間的安排或具有重要的啟示作用。

參考文獻(xiàn)：

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7.https://www./releases/2022/12/221205104251.htm