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百日咳（Whooping cough）疫情时有爆发，全细胞百日咳疫苗（wP）与无细胞百日咳疫苗（aP）免疫效果存在差异。为探究 wP-primed 个体维持 Th1 极化的机制，研究人员对 30 名 wP 和 31 名 aP-primed 个体进行多组学分析。结果发现早期干扰素反应与 Th1 极化相关，这为优化疫苗策略提供依据。
在全球范围内，百日咳这个 “顽固分子” 始终是公共卫生领域的一大难题。尽管疫苗广泛接种，但百日咳杆菌（Bordetella pertussis，BP）引发的百日咳疫情仍不时爆发，尤其在婴幼儿群体中，严重时甚至会危及生命。曾经，全细胞百日咳疫苗（whole-BP，wP）在控制疾病传播方面成效显著，可它也存在一些不良反应。后来，无细胞百日咳疫苗（acellular BP，aP）取而代之，虽然 aP 疫苗不良反应较少，但其免疫效果却不如 wP 疫苗，引发的免疫反应也有所不同。wP 疫苗能诱导更持久的保护免疫和 Th1 极化的记忆 T 细胞反应，而 aP 疫苗则倾向于引发 Th2 极化的免疫反应。这种差异使得百日咳在 aP 疫苗广泛使用后出现了卷土重来的趋势，所以，深入了解疫苗免疫反应机制，优化疫苗接种策略迫在眉睫。
来自美国拉霍亚免疫学研究所（La Jolla Institute for Immunology）的研究人员勇挑重担，开展了一项意义重大的研究。他们通过多组学方法，对 30 名在婴儿期接种 wP 疫苗和 31 名接种 aP 疫苗的健康成年人进行了研究，旨在剖析 Tdap 加强疫苗接种前后 T 细胞极化的相关因素，探索 wP-primed 个体维持 Th1 极化的内在机制。
研究人员为开展这项研究，主要运用了以下关键技术方法：首先，采集参与者接种 Tdap 加强疫苗前后不同时间点的血液样本，获取血浆和外周血单个核细胞（PBMC）用于后续分析。然后，采用 RNA 测序技术，检测 PBMC 的基因表达变化；运用 AIM 测定评估 T 细胞的激活情况；通过 Fluorospot 测定来量化细胞因子分泌细胞，以此分析 T 细胞极化；同时，测定血浆中细胞因子浓度和抗体水平，全面描绘免疫反应特征。
研究结果如下：
- wP 疫苗初免增加 Th1 极化：研究人员利用 FluoroSpot 测定法评估了队列中的 Th1/Th2 极化情况，选择 IFN-γ 和 IL-5 分别作为 Th1 和 Th2 反应的代表性细胞因子。结果发现，在接种 Tdap 加强疫苗前后，wP-primed 参与者的 Th1/Th2（IFN-γ/IL-5）极化比显著高于 aP-primed 参与者，且这一差异与年龄无关。此外，通过 AIM 测定发现，wP-primed 参与者中，针对百日咳和破伤风抗原的 CD4+ T 细胞激活比例在加强疫苗接种后显著增加，而 aP-primed 参与者仅破伤风抗原特异性 CD4+ T 细胞反应显著增加，百日咳抗原特异性 CD4+ T 细胞反应接近显著阈值。这表明 wP-primed 个体针对 aP 抗原的细胞介导免疫和 Th1 极化转变得到了验证。
- 加强疫苗接种后第 1 天的干扰素信号与 Th1 极化正相关：研究人员对 PBMC 进行 RNA 测序，发现接种加强疫苗后第 1 天差异表达基因（DEG）数量最多，其中干扰素相关转录本显著上调，且 wP-primed 组的反应更强。通过 Spearman 相关性分析，发现第 1 天转录变化与第 28 天 Th1 极化高度相关，基因集富集分析（GSEA）等进一步表明这些基因与免疫反应和干扰素信号通路相关。这说明 Th1 极化与加强疫苗接种后第 1 天 PBMC 转录谱中干扰素信号的变化密切相关。
- 血浆 IFN-γ 浓度在加强疫苗接种后第 1 天增加并与 Th1 极化相关：研究人员测量了 45 种不同细胞因子的浓度，发现加强疫苗接种后第 1 天血浆 IFN-γ 浓度诱导最为显著，且在 wP-primed 组中增加更为明显。血浆 IFN-γ 浓度变化与 Th1 极化比在加强疫苗接种前后均显著相关，尽管 IFNG 基因表达未显著增加，但这可能是由于 IFN-γ 在接种后数小时内转录，或由注射部位及其引流淋巴结中的组织驻留细胞产生。由此可见，血浆 IFN-γ 浓度峰值与 Th1 极化增加呈正相关。
- IFN-γ 诱导的趋化因子产生与 Th1 极化正相关：IFN-γ 激活受体后会诱导下游信号通路，促使 CXCL9、CXCL10 和 CXCL11 等趋化因子转录。研究发现，加强疫苗接种后第 1 天和第 3 天，血浆中这些趋化因子水平显著增加，且 wP-primed 组反应更强。同时，血浆 CXCL9 和 CXCL11 浓度与 Th1 极化在加强疫苗接种前后均呈正相关。这表明系统 IFN-γ 扰动和干扰素信号与 Th1 极化在蛋白质水平上呈正相关。
- 血浆 IFN-γ 和 CXCL9 - 11 变化与转录 IFN 反应幅度相关：研究人员发现，血浆 IFN-γ、CXCL9、CXCL10 和 CXCL11 的产生与 PBMC 中 20 多个干扰素相关基因的表达幅度显著相关，且血浆 IFN-γ 与 STAT1、FCGR1A 等基因的转录变化相关性最强。这证实了接种 Tdap 疫苗后血浆 IFN-γ 水平增加的个体，PBMC 中干扰素诱导的基因表达也会增加，疫苗诱导的 IFN-γ 产生了全身免疫反应。
在研究结论和讨论部分，研究人员证实了 wP-primed 个体 Th1 极化增加的现象，并揭示了加强疫苗接种后早期 IFN-γ 分泌通过正反馈回路维持 Th1 极化反应的机制。这一发现意义非凡，为优化百日咳疫苗接种策略提供了关键方向，提示刺激 IFN-γ 信号通路可能增强对 BP 的 Th1 反应，提高疫苗保护效果和持久性。不过，研究也存在一定局限性，比如无法确定是 IFN-γ 还是 I 型干扰素（IFN-α 和 IFN-β）引发了第 1 天的干扰素特征，且研究未涉及磷酸化、表观遗传学以及其他组织中的变化。尽管如此，该研究为后续进一步研究指明了方向，有望通过调整疫苗策略，更好地预防百日咳，守护公众健康，其成果发表在《Nature Communications》上，为该领域的研究提供了重要的参考依据。
