基于系统生物学的全细胞与无细胞百日咳疫苗免疫反应评估：转录组与翻译组联合分析揭示保护性免疫差异机制

本研究针对百日咳疫苗保护效力差异的核心问题，通过整合RNA测序(RNA-Seq)和核糖体图谱(RP)技术，首次在婴儿群体中系统比较了全细胞百日咳疫苗(DTP)与无细胞疫苗(DTaP)的免疫应答特征。研究发现DTP诱导更早、更强的基因表达变化，且转录与翻译调控存在显著独立性，为优化疫苗设计提供了分子层面的新依据。

　　

百日咳的卷土重来给全球公共卫生敲响警钟——尽管无细胞百日咳疫苗(DTaP)因低不良反应在90年代全面替代了全细胞疫苗(DTP)，但流行病学数据显示，DTaP接种者免疫力衰退更快，导致突破性感染激增。更令人担忧的是，灵长类实验证实DTaP仅能预防发病却无法阻断传播，而DTP兼具双重保护作用。这种保护效力的差异背后隐藏着怎样的免疫机制？传统血清学方法难以揭示的分子层面答案，正等待系统生物学方法的破解。

来自美国范德堡大学等机构的研究团队在《npj Vaccines》发表了一项开创性研究。他们首次将核糖体图谱(Ribosome Profiling, RP)技术引入疫苗学研究，结合RNA测序(RNA-Seq)对50名接种DTP或DTaP的婴儿进行多组学分析。通过监测接种后24小时和7天的基因表达动态，发现DTP能激活更广泛的先天免疫通路，且其转录与翻译调控存在显著解耦现象——约75%的差异表达基因仅在一个层面显现，这种多层次调控或是其持久保护的分子基础。

研究采用三大关键技术：1) 优化的小体积(3mL)婴儿外周血单个核细胞(PBMCs)处理流程，实现99%细胞活率；2) 双组学平行分析，80%样本用于RP检测活性翻译，20%用于RNA-Seq；3) 创新性引入环己酰亚胺(CHX)稳定核糖体复合物，使RP文库质量提升66%。

研究设计

采用先导研究(n=10)优化实验方案，主研究(n=40)通过区块随机设计比较DTP与DTaP在Day2/Day8的差异。为避免批次效应，每批样本均包含两种疫苗数据。

技术优化

先导研究显示PBMC数量与RNA产量无相关性(r_s=0.22)，而单核体浓度才是关键指标。恢复CHX处理后，主研究核酸得率提升3倍，RP文库成功率从60%升至88%，测序数据量增加66%。

差异表达特征

Day2检测到2,693个差异基因（DTP组1,620个，DTaP组1,527个），远超Day8的395个，证实早期基因响应更能区分疫苗效果。RP特异性捕获到DTaP组191个上调基因，提示其独特的翻译调控模式。

翻译效率分析

MA图显示多数基因翻译效率>1，证实存在独立于转录的翻译调控。DTP组409个基因呈现协同差异表达，其通路富集揭示更强的TLR和炎症小体激活信号。

这项研究建立了婴儿疫苗免疫研究的金标准：1) 证实CHX对稳定翻译组数据至关重要；2) 确定单核体浓度≥100ng为质量阈值；3) 揭示PBMC异质性需通过通路而非单基因分析解读。更重要的是，发现DTaP的翻译调控缺陷可能是其保护效力不足的关键，为开发兼具安全性与高效力的新型疫苗指明方向。该成果不仅解决了百日咳疫苗的机制争议，其建立的RP-RNAseq联合分析框架更为各类疫苗的免疫评估提供了范式转移。