截至2023年9月21日，全球新冠病毒SARS-CoV-2大流行已導(dǎo)致200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)超過7.7億例確診病例及超過695萬死亡病例，嚴(yán)重威脅了人類健康和公共衛(wèi)生安全， 小范圍的流行伴隨新冠病毒進(jìn)化和變異仍在不斷發(fā)生。

一般認(rèn)為，疫苗接種通過預(yù)先為宿主建立特異性抗病毒免疫記憶，從而起到預(yù)防病毒感染和病毒傳播的作用。然而，新冠病毒（SARS-CoV-2） mRNA疫苗或/和滅活疫苗的免疫保護(hù)作用和免疫學(xué)機(jī)制尚未不明確。以往的研究關(guān)注新冠病毒mRNA疫苗或滅活病毒疫苗引發(fā)的針對(duì)Omicron變異株的特異性體液免疫和細(xì)胞免疫記憶的建立，滅活疫苗接種發(fā)揮的抗病毒作用是否涉及誘導(dǎo)“天然免疫記憶”，迄今為止尚不明確。

上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院瞿介明教授、諸江教授、李慶云教授和陳賽娟院士合作，在 Cell 期刊發(fā)表了題為：Systemic immune profiling of Omicron-infected subjects inoculated with different doses of inactivated virus vaccine 的研究論文。

該研究以2022年春季上海Omicron變異株爆發(fā)為研究對(duì)象，建立了由接種了不同滅活病毒疫苗次數(shù)的感染者和未感染者組成的研究隊(duì)列，通過整合質(zhì)譜流式技術(shù)（CyTOF）、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）和血漿微量蛋白的Olink檢測(cè)技術(shù)和整合分析，揭示接種3次增強(qiáng)劑疫苗通過促進(jìn)HLA-DRhigh經(jīng)典單核細(xì)胞和非經(jīng)典單核細(xì)胞的活化、Th1-like記憶效應(yīng)性T細(xì)胞的極化，并抑制病理性調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）的擴(kuò)增等機(jī)制發(fā)揮免疫保護(hù)作用。相關(guān)性分析等研究提示：接種3次增強(qiáng)劑疫苗誘導(dǎo)了“訓(xùn)練天然免疫”，它會(huì)在Omicron感染時(shí)促進(jìn)單核細(xì)胞的活化和成熟，而不是分化為髓源性抑制細(xì)胞（MDSCs）， 是一觸發(fā)系例保護(hù)性免疫效應(yīng)的核心事件。

該項(xiàng)研究首次系統(tǒng)性地描述了新冠病毒滅活疫苗接種對(duì)奧密克戎感染者免疫反應(yīng)的影響，揭示了3次增強(qiáng)劑滅活疫苗通過誘導(dǎo) “訓(xùn)練天然免疫”促進(jìn)單核細(xì)胞的活化和成熟，從而發(fā)揮強(qiáng)有力抗病毒作用的分子機(jī)制。

通過CyTOF技術(shù)深入分析41個(gè)免疫細(xì)胞表面分子標(biāo)志物的表達(dá)譜，鑒定了包括NK細(xì)胞、CD3+ T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒前體細(xì)胞在內(nèi)共45個(gè)細(xì)胞亞群。在CD4+ T細(xì)胞亞群中，研究人員發(fā)現(xiàn)感染后3群na?ve CD4+ T細(xì)胞的比例增加，而與未接種或接種2劑疫苗感染組相比，接種3劑疫苗感染組na?ve CD4+ T細(xì)胞比例顯著降低，提示3次增強(qiáng)劑疫苗可以促進(jìn)CD4+ T細(xì)胞的活化。同時(shí)，Omicron感染后Treg細(xì)胞的比例及其TIM-3的表達(dá)增加，這一增加的趨勢(shì)被3次增強(qiáng)劑疫苗接種所逆轉(zhuǎn)。此外，感染后CD161hi效應(yīng)記憶CD4+ T細(xì)胞和CD27int效應(yīng)記憶CD4+ T細(xì)胞的比例下降，而接種3劑疫苗感染組與未接種或接種2劑疫苗感染組相比這兩群細(xì)胞的比例上升。

這些結(jié)果表明，3次增強(qiáng)劑疫苗接種可以通過激活na?ve CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)記憶CD4+ T細(xì)胞，而Omicron感染引起的Treg比例增加可能對(duì)此起到一定的限制作用。有趣的是，研究人員還通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)3次增強(qiáng)劑疫苗接種在Omicron感染后促進(jìn)CD4+ T細(xì)胞向功能性Th1方向極化，這已被證明對(duì)防止癥狀發(fā)生具有保護(hù)作用。在NK細(xì)胞亞群中，CD56hiCD16lo細(xì)胞因子分泌型NK亞群的比例在接種3劑疫苗感染組降低，而CD56intCD16hi細(xì)胞毒性NK亞群的比例在接種3劑疫苗感染組增加，提示3次增強(qiáng)劑疫苗可能會(huì)在Omicron感染后促進(jìn)NK細(xì)胞成熟。

病毒感染的1-4天是一個(gè)主要由多種類型的天然免疫細(xì)胞的激活和功能主導(dǎo)的時(shí)期。在單核細(xì)胞方面，發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，Omicron感染者HLA-DRint經(jīng)典單核細(xì)胞、HLA-DRhi經(jīng)典單核細(xì)胞和非經(jīng)典單核細(xì)胞的比例呈降低趨勢(shì)。而與未接種組或接種2劑疫苗感染組相比，接種3劑疫苗感染組中HLA-DRhi經(jīng)典單核細(xì)胞和非經(jīng)典單核細(xì)胞的比例升高。同樣地，Omicron感染后pDC細(xì)胞的比例降低同時(shí)及其PD-1和CTLA-4的表達(dá)增加，這一趨勢(shì)被3次增強(qiáng)劑疫苗接種所部分逆轉(zhuǎn)。由此可見，3次增強(qiáng)劑疫苗接種可以促進(jìn)單核細(xì)胞/樹突狀細(xì)胞的活化和分化。

通過RNA-seq技術(shù)，進(jìn)一步鑒定了一系列與免疫保護(hù)/免疫抑制密切相關(guān)的基因和信號(hào)通路。具體而言，單核/樹突狀細(xì)胞的功能激活而不是MDSC極化、Treg功能穩(wěn)定性、記憶T細(xì)胞活化、Th1細(xì)胞分化、病毒復(fù)制抑制、低氧通路、TNF和NF-κB通路的活化，與接種3劑疫苗感染組正相關(guān)；而免疫缺陷、Th2細(xì)胞分化和線粒體代謝，與未接種組或接種2劑疫苗感染組相正相關(guān)。此外，與未接種組或接種2劑疫苗感染組相比，接種3劑疫苗感染組單核/巨噬細(xì)胞活或分化相關(guān)基因OSM、NAB2、THBS1、PLAUR、RAB20、ACSL1和TREM1，pDC激活基因SLC7A5和ICAM1，Treg功能穩(wěn)定性基因DUSP5、SDC4、DUSP4、JAG1和PELI1，低氧通路基因JMJD6、VEGFA、HIF1A和NFIL3表達(dá)上調(diào)。相比之下，Treg增殖相關(guān)基因MCM3、CDC20和ZWINT，免疫抑制基因如T細(xì)胞免疫檢查點(diǎn)受體BTLA以及NK細(xì)胞免疫檢查點(diǎn)PVRIG和CISH，線粒體代謝基因LACTB2、ACADM、MRPS31和PYCR2在接種3劑疫苗感染組表達(dá)下調(diào)。這些結(jié)果表明，3次增強(qiáng)劑疫苗可能通過促進(jìn)單核細(xì)胞/樹突狀細(xì)胞的活化和成熟，同時(shí)抑制致病性Treg的增殖，幫助宿主對(duì)抗Omicron感染。

BCG疫苗訓(xùn)練的天然免疫曾被提出作為增強(qiáng)對(duì)SARS-CoV-2感染的保護(hù)性免疫的可能手段。然而，滅活疫苗是否會(huì)誘導(dǎo)某些訓(xùn)練免疫通路，并在Omicron感染時(shí)再次發(fā)揮作用，這個(gè)問題尚未明確。研究人員分析了健康對(duì)照組和感染組中疫苗接種誘導(dǎo)的差異表達(dá)基因，發(fā)現(xiàn)在健康對(duì)照組中，大約1/5的疫苗接種誘導(dǎo)的基因在Omicron感染時(shí)也以相同的方向發(fā)生了差異表達(dá)，具有高度顯著的相關(guān)性。為了篩選這33個(gè)同時(shí)上調(diào)和下調(diào)基因的核心基因，研究人員構(gòu)建了這些基因的PPI網(wǎng)絡(luò)，并揭示了排名前15的核心節(jié)點(diǎn)基因，其中包括調(diào)節(jié)單核細(xì)胞激活的基因如TREM1、C5AR1和FOSL1，其中TREM1已被證明是通過促進(jìn)單核細(xì)胞活化從而發(fā)揮抗微生物感染的關(guān)鍵基因。有趣的是，這些同時(shí)上調(diào)和下調(diào)基因中的大多數(shù)（19/33），在外周血PBMC的26種免疫細(xì)胞類型中單核細(xì)胞中的表達(dá)最高。這些結(jié)果表明，在健康受試者接種疫苗后，通過預(yù)先訓(xùn)練，在Omicron感染后的某些關(guān)鍵單核細(xì)胞活化的驅(qū)動(dòng)通路（如TREM1上調(diào)）可能會(huì)得到再次加強(qiáng)。

此外通過Olink技術(shù)系統(tǒng)檢測(cè)了外周血血漿蛋白的變化，發(fā)現(xiàn)與與未接種組或接種2劑疫苗感染組相比，接種3劑疫苗感染組中細(xì)胞因子EN-RAGE、OSM和TGF-α水平上升，而CX3CL1水平顯著下降。根據(jù)其他文獻(xiàn)報(bào)道，EN-RAGE、OSM和TGF-α是促進(jìn)單核細(xì)胞活化的關(guān)鍵細(xì)胞因子，而CX3CL1是促進(jìn)免疫抑制性M2型巨噬細(xì)胞極化的趨化因子。此外，TNFSF14在接種3劑疫苗感染組中顯著下降，而TNFSF14作為一種免疫共刺激分子，已被證明在抑制Treg積累和增殖方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

最后，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)14個(gè)免疫細(xì)胞亞群（包括HLA-DRhi-經(jīng)典單核細(xì)胞、非經(jīng)典單核細(xì)胞、pDC、Treg、3群效應(yīng)記憶CD4+ T細(xì)胞、3群na?ve CD4+ T細(xì)胞、2群na?ve-like T細(xì)胞、2群NK細(xì)胞）、13個(gè)基因（包含單核細(xì)胞激活和分化相關(guān)基因TREM1、ACSL1、CXCL16、PFKFB3、PLAUR、C15orf48、THBS1和NR4A3；Treg功能穩(wěn)定性相關(guān)基因JAG1和LMNA；Treg擴(kuò)增相關(guān)基因CDC20、ZWINT和MCM3）、3個(gè)基因集（2個(gè)與單核細(xì)胞活化相關(guān)和1個(gè)與Treg功能穩(wěn)定性相關(guān)）、3種血漿蛋白（單核細(xì)胞活化相關(guān)蛋白OSM和EN-RAGE，Treg增殖相關(guān)蛋白TNFSF14）和9個(gè)臨床參數(shù)（白細(xì)胞計(jì)數(shù)、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)、抗RBD-總抗、抗RBD-IgG抗體、抗RBD-IgM抗體、抗WT或Omicron BA.2.2的中和抗體滴度、Ct值和尿素）進(jìn)行Spearman聚類分析，所有這些因素在接種3劑疫苗感染組與未接種組或接種2劑疫苗感染組之間存在差異表達(dá)。根據(jù)它們之間的互相關(guān)系數(shù)，對(duì)這些組合因素（n=42）進(jìn)行無監(jiān)督聚類，形成了兩個(gè)高度負(fù)相關(guān)的模塊：其中較大的一個(gè)模塊由三個(gè)子模塊組成，富集了天然免疫激活、T細(xì)胞或NK細(xì)胞激活和體液免疫；較小的一個(gè)模塊富集了Treg增殖。具體而言，在天然免疫激活子模塊中，OSM、TNFSF14、白細(xì)胞和中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)、EN-RAGE、HLA-DRhi-經(jīng)典單核細(xì)胞、非經(jīng)典單核細(xì)胞和pDC之間的相關(guān)性更強(qiáng)，而與單核細(xì)胞活化和分化以及Treg功能穩(wěn)定性有關(guān)的基因和通路之間的相關(guān)性更強(qiáng)。

總的來說，該研究揭示了3次增強(qiáng)劑疫苗的獨(dú)特特點(diǎn)，即在Omicron感染時(shí)通過“訓(xùn)練天然免疫”誘導(dǎo)單核細(xì)胞的活化和分化，從而提供保護(hù)性免疫。

上海交通大學(xué)瑞金醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科瞿介明教授、瑞金醫(yī)院上海血液學(xué)研究所諸江教授、呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科李慶云教授、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）陳賽娟院士為論文共同通訊作者。轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（上海）副研究員余山河，呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科主治醫(yī)師林瑩妮、副主任醫(yī)師李勇；上海血液研究所博士研究生陳仕俊，呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科主治醫(yī)師周麗娜、技師宋鶴杰為論文的共同第一作者。