益生菌Lactobacillus brevis ZG2488通过JAK-STAT与抗原呈递通路增强SARS-CoV-2疫苗黏膜与细胞免疫应答的机制研究

本研究发现益生菌Lactobacillus brevis ZG2488通过多机制协同增强腺病毒载体SARS-CoV-2疫苗（AdC68-Delta-S）免疫应答：显著提升呼吸道黏膜IgG抗体与全身性Th1细胞免疫（IFN-γ分泌），转录组分析揭示JAK-STAT信号通路、抗原处理呈递途径及促炎通路（IL-17/TNF/NLR/PI3K-Akt）上调，CIBERSORT显示脾脏免疫细胞重塑（记忆CD4+ T细胞、Th1与树突状细胞增多），支持其作为疫苗佐剂的潜力。

　　

引言

随着病毒感染的威胁日益加剧，开发有效的疫苗策略变得至关重要。尽管多种疫苗已广泛使用，但其免疫原性仍不理想，尤其在免疫缺陷或高风险人群中。近年来研究表明，益生菌作为免疫佐剂可通过调节肠道和全身免疫增强疫苗诱导的免疫应答。乳杆菌属益生菌（包括Lactobacillus brevis）通过细胞因子产生、T细胞应答和抗原呈递等机制调节免疫反应。Lactobacillus brevis ZG2488是本课题组从健康人粪便中分离的新菌株，初步研究显示其具有耐人工胃液和胆盐、高黏附能力和抗菌活性等益生特性，并能增强巨噬细胞一氧化氮产生和促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6和TNF-α）表达，从而正向调控免疫应答。本研究假设Lactobacillus brevis ZG2488可通过其免疫调节特性增强对SARS-CoV-2疫苗的免疫反应，尤其改善黏膜和细胞免疫，进而提高疫苗整体效力。

方法

细菌培养与动物实验设计

Lactobacillus brevis ZG2488在MRS琼脂平板37°C有氧培养24小时，对数期菌体用PBS重悬用于小鼠灌胃。对比菌株Lactobacillus plantarum GUANKE（LPG）同样培养。ICR小鼠（每组n=5）在第0和4周肌注AdC68-Delta-S疫苗（5×10¹⁰病毒颗粒/剂）。加强免疫前3天起，每日给予含1 g/L氨苄青霉素的饮用水以清除肠道菌群，随后连续3天口服ZG2488（5×10⁹ CFU/200 μL）或PBS（对照组），干预后7天处死小鼠，收集血清、支气管肺泡灌洗液（BALF）和脾脏进行分析。

免疫应答评估

通过ELISA检测血清和BALF中RBD特异性抗体滴度。脾细胞分离后采用ELISpot assay检测IFN-γ分泌（使用RBD肽池刺激），结果以每10⁶脾细胞中IFN-γ斑点形成细胞（SFCs）数表示。转录组分析使用Illumina NovaSeq 6000平台进行RNA测序，差异表达基因（DEGs）用DESeq2分析，基因集富集分析（GSEA）使用GSEA软件（v4.1.0），脾免疫细胞亚群比例通过CIBERSORT（v1.03）反卷积算法推断。统计使用GraphPad Prism，p<0.05为显著。

结果

ZG2488增强呼吸道SARS-CoV-2 IgG抗体

ZG2488干预组BALF中SARS-CoV-2特异性IgG抗体水平显著高于PBS对照组（p<0.05），而血清IgG虽呈上升趋势但无统计学差异（p>0.05），表明ZG2488优先增强呼吸道局部黏膜免疫反应。

ZG2488增强抗原特异性Th1细胞免疫应答

体内ELISpot显示ZG2488组脾细胞IFN-γ产生SFCs显著高于PBS组（p<0.05）。体外共培养实验中，ZG2488直接刺激脾细胞显著增加IFN-γ SFCs（p<0.05），且效果与阳性对照菌株LPG相当（p>0.05），证实ZG2488具有直接促进IFN-γ产生的免疫调节活性，增强Th1型细胞免疫。

ZG2488特异性增强脾细胞IFN-γ信号轴

转录组分析显示，ZG2488干预显著富集免疫应答激活与调节信号通路（如免疫应答激活信号通路）。GSEA揭示JAK-STAT信号通路显著上调（FDR<0.05，NES=1.06），关键基因（Ifng、Stat1、Stat2、Jak2）表达增加。抗原处理与呈递通路同步上调（FDR<0.01，NES=1.9），涉及MHC-I基因（Tap1）、MHC-II基因（H2-T26、H2-Q7、H2-Q6）和抗原呈递相关基因（Hsp90ab1、Hsp90aa1、Hsp1b、Hsp1a），表明抗原呈递细胞（APC）功能增强，为疫苗抗原特异性T细胞激活和强效IFN-γ应答提供机制基础。

ZG2488多效调节辅助免疫与炎症通路

除IFN-γ轴外，ZG2488差异调节多个免疫网络：促炎与天然免疫通路如IL-17信号（FDR<0.05，NES=1.446）、TNF信号（FDR<0.01，NES=1.9）和NOD样受体信号（FDR<0.05，NES=1.31）上调，同步增强天然免疫识别、炎症反应和细胞生存信号。相反，病毒蛋白-细胞因子受体相互作用（FDR<0.05，NES=-1.927）、冠状病毒病-COVID-19（FDR<0.01，NES=-1.564）和FcγR介导的吞噬作用（FDR<0.05，NES=-1.319）等通路下调，可能防止免疫启动阶段过度炎症或资源耗竭，塑造平衡的免疫转录景观。

ZG2488改变脾脏免疫细胞浸润格局

CIBERSORT分析显示ZG2488组脾脏免疫细胞组成显著改变：记忆CD4⁺ T细胞、Th1细胞和树突状细胞（DCs）比例升高，与抗原呈递基因上调一致；巨噬细胞、滤泡辅助T（Tfh）细胞、单核细胞和γδ T细胞浸润减少，提示ZG2488可能通过抑制过度活跃的免疫细胞群体防止过度炎症反应，重塑免疫格局以增强适应性免疫记忆和Th1应答。

讨论

本研究证实Lactobacillus brevis ZG2488通过多机制增强SARS-CoV-2疫苗免疫应答：优先增强呼吸道黏膜免疫（BALF IgG升高），强化全身Th1细胞免疫（脾细胞IFN-γ分泌增加），转录组协调上调JAK-STAT信号和抗原呈递通路，协同激活促炎通路（IL-17/TNF/NLR/PI3K-Akt）并下调过度炎症相关通路，脾脏免疫细胞重塑（增加记忆CD4⁺ T细胞、Th1与DCs，减少巨噬细胞等）。值得注意的是，ZG2488在疫苗预免疫脾细胞中上调TNF通路（包括Tnf基因本身），与之前在巨噬细胞中下调TNF-α的结果似乎矛盾，可能反映免疫细胞类型和环境的特异性：巨噬细胞中下调TNF-α防止过度天然炎症，而疫苗启动脾细胞中上调TNF信号促进适应性免疫（早期抗原呈递与T细胞激活）。类似地，IL-17和NLR信号上调可能增强黏膜免疫和天然-适应性免疫桥接，PI3K-Akt激活促进免疫细胞增殖生存，而病毒相关通路下调防止免疫过度激活。免疫细胞浸润变化支持适应性免疫记忆增强和炎症优化。样本量（n=5）和抗生素预处理背景（缺乏无抗生素对照）是局限，未来需更大队列、无抗生素对照、直接对比已知佐剂（如LPG）、病毒攻击和中和抗体检测等研究验证临床潜力与因果机制。

结论

Lactobacillus brevis ZG2488通过多面免疫调节机制显著增强SARS-CoV-2 AdC68-Delta-S疫苗免疫原性：增强呼吸道黏膜体液防御（BALF IgG升高）、放大全身细胞免疫（脾细胞IFN-γ产生）、重编程免疫信号网络（上调IFN-γ-JAK-STAT轴与抗原呈递、协同激活促炎通路、下调抗病毒/免疫耗竭通路）、重塑脾免疫架构（扩展记忆CD4⁺ T细胞/Th1/DCs，收缩巨噬细胞/Tfh/单核细胞/γδ T细胞）。其佐剂潜力值得进一步临床研究。