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本文通过对日本人群疫苗接种队列研究，揭示了 MHC 和 IGH 等位点对疫苗免疫原性的影响。
疫苗免疫原性研究背景
疫苗在防控传染病、降低疾病发病率和死亡率方面发挥着关键作用，其功效受多种因素影响，其中接种者的遗传背景是重要因素之一。在 COVID-19 大流行期间，大规模的疫苗接种为研究接种者因素与疫苗免疫原性的关系提供了契机。此前研究发现，在欧洲人群中，主要组织相容性复合体（MHC）位点是影响疫苗抗体产生的重要遗传因素。但针对非欧洲人群的疫苗免疫反应遗传研究相对不足。此外，除了种系突变，体细胞突变如造血镶嵌染色体改变（mCAs）对表型性状的影响也逐渐受到关注，其可能参与炎症性和非恶性疾病，且有研究强调同时分析种系和体细胞突变的重要性。本研究建立了日本裔人群的前瞻性疫苗接种队列，旨在探究疫苗免疫原性的遗传和体细胞基础。
研究方法
- 建立疫苗接种队列：招募日本裔个体，分为发现队列（1673 人，接种 mRNA-1273 疫苗）和复制队列（572 人，接种 BNT162b2 疫苗）。收集接种者年龄、性别、病史等信息，排除有 COVID-19 病史的个体。在多个时间点采集血液样本，用于评估疫苗免疫原性。
- 免疫原性检测：采用多种检测试剂盒，分别测定针对 SARS-CoV-2 刺突蛋白的免疫球蛋白 G（IgG）抗体滴度（体液免疫）和 SARS-CoV-2 抗原特异性 T 细胞反应水平（细胞免疫）。IgG 抗体滴度检测使用 Abbott SARS-CoV-2 IgG II 定量抗体检测试剂盒和 Ortho VITROS SARS-CoV-2 刺突特异性定量 IgG 检测试剂盒；T 细胞反应检测采用 QuantiFERON SARS-CoV-2 检测，使用两种不同的 SARS-CoV-2 抗原。
- 基因分析：对研究参与者的 DNA 进行基因分型，使用 Infinium Asian screening array，经严格质量控制（QC）后进行全基因组基因型填补。对与 SARS-CoV-2 特异性抗体滴度相关的重要位点，如免疫球蛋白重链（IGH）位点的三个单核苷酸多态性（SNPs）进行 Sanger 测序验证。同时，对英国生物银行（UKB）中 SARS-CoV-2 冠状病毒自我检测抗体研究数据进行分析，该数据包含约 200,000 名欧洲裔参与者的抗 S 蛋白 IgG 抗体血清状态和 COVID-19 疫苗接种状态信息。此外，还进行了 HLA 基因分型填补，以精细定位 MHC 区域的关联。
- 蛋白质组分析：利用两个日本队列（Biobank Japan 和 Japan COVID-19 Task Force）的蛋白质组学数据，进行蛋白质数量性状位点（pQTL）分析，探究疫苗免疫原性相关等位基因对血液蛋白质组的影响。
- 体细胞突变分析：分析 UKB 参与者的造血 mCAs 与疫苗诱导的抗体血清状态的关联，以及 Biobank Japan 和 UKB 中 MHC/IGH 相关 mCAs 与感染性和免疫性疾病的关联。同时，研究女性的 X 染色体镶嵌缺失（mLOX）和男性的 Y 染色体镶嵌缺失（mLOY）对免疫相关表型的影响。
研究结果
- COVID-19 疫苗免疫原性的 GWAS 分析：在发现队列和复制队列中，对疫苗诱导的体液免疫（IgG 抗体滴度）进行全基因组关联研究（GWAS），发现 MHC 位点（6p21）和 IGH 位点（14q32）与 IgG 抗体滴度显著相关。在细胞免疫（T 细胞反应水平）研究中，也发现 MHC 位点与 T 细胞反应显著相关。对 IGH 位点的进一步研究发现，rs1043109 是免疫球蛋白重链恒定 γ1 基因（IGHG1）中的错义 SNP（p.Leu192Val），其降低 SARS-CoV-2 特异性 IgG 抗体滴度的作用显著，且该等位基因在东亚人群中特有。此外，研究还发现 MHC 和 IGH 位点的变异与流感疫苗抗体滴度相关，表明这些位点的影响具有普遍性。
- MHC 精细定位分析：对 MHC 区域进行精细定位，发现 MHC II 类区域在疫苗免疫原性中起重要作用。在日本人群中，与 IgG 抗体滴度关联最强的 HLA 变异是 HLA-DRβ1 氨基酸位置 96，与欧洲人群研究结果不同。在 T 细胞反应方面，与 T 细胞反应关联最强的 HLA 变异是 HLA-DRβ1 氨基酸位置 47，此外 HLA-DRβ1 位置 13 和 HLA-DPB1?03:01 也与 T 细胞反应相关。这些 HLA 变异可能通过影响 T 细胞受体（TCR）链的使用，进而影响 T 细胞反应。
- 疫苗免疫原性相关等位基因对血液蛋白质组的调节：通过 pQTL 分析发现，疫苗免疫原性相关的 HLA 变异可调节血液中的蛋白质水平。与 IgG 抗体滴度相关的 HLA-GS 与多种免疫调节蛋白（如 LILRB4 和 FCRL6）相关；与 T 细胞反应相关的 HLA-GS 主要与 MHC 位点内的基因相关。此外，欧洲 GWAS 中发现的与 IgG 抗体血清状态相关的非 HLA 变异，也与血液中的蛋白质存在关联，表明疫苗诱导的抗体产生相关变异具有广泛的免疫效应。
- 造血镶嵌染色体改变对免疫功能的影响：分析发现，与年龄相关的造血 mCAs 会影响疫苗诱导的抗体产生。14q 和 6p 染色体上的 mCAs 与 COVID-19 IgG 抗体血清状态关联最强，且这些区域包含 IGH 和 MHC 位点。进一步研究发现，影响 IGH 和 MHC 的 mCAs 会损害疫苗诱导的抗体产生，且与感染性和免疫性疾病风险增加相关。例如，MHC 相关 mCAs 会增加感染性疾病风险，IGH 相关 mCAs 会增加败血症风险，二者还会增加老年人 Graves 病风险。此外，mLOX 和 mLOY 也与免疫相关表型有关，mLOX 会增加 Graves 病和类风湿关节炎风险，mLOY 会增加哮喘和类风湿关节炎风险。
讨论
- 研究的创新性与重要性：本研究首次在非欧洲人群中对 COVID-19 疫苗免疫原性的遗传决定因素进行研究，为疫苗开发和疗效评估提供了新的视角。研究发现的 IGHG1 中的人群特异性错义变异，强调了在疫苗研究中考虑人群差异的重要性。
- 技术挑战与应对策略：IGH 位点结构复杂，给传统的 GWAS 研究带来技术挑战。本研究通过长读长测序和 Sanger 测序等技术，准确捕捉了该位点的多样性，为后续研究提供了方法参考。
- MHC 与免疫反应的关系：MHC 在疫苗诱导的免疫反应中起关键作用，其 II 类区域与抗体产生相关，且不同的 HLA 变异在体液免疫和细胞免疫中发挥不同作用。此外，研究中发现的一些 HLA 变异与其他病原体滴度相关，进一步证实了其功能意义。
- 体细胞突变与免疫疾病的关系：造血 mCAs 对疫苗免疫原性和免疫相关疾病的影响，为理解克隆性造血在自身免疫性疾病中的作用提供了新的视角。本研究首次揭示了 mCAs 对非恶性性状的区域特异性贡献，有助于深入研究免疫疾病的发病机制。
- 研究的局限性：本研究存在一定局限性，如 mCA 事件相对罕见，限制了统计效力；部分 mCA 与疾病的关联可能因多重检验无法达到统计学意义；mCA 与疫苗诱导抗体产生的关联仅在 UKB 人群中分析，其普遍性需进一步研究；此外，还需通过实验模型探究 mCA 影响免疫功能的分子机制。
研究展望
本研究为疫苗免疫原性的遗传和体细胞基础提供了重要信息，但仍有许多问题有待进一步研究。未来可扩大研究人群，在不同种族和地区进行研究，以验证研究结果的普遍性。同时，深入探究 mCAs 影响免疫功能的分子机制，将有助于开发更有效的疫苗和免疫治疗策略，为应对传染病和免疫疾病提供更有力的支持。
