早期免疫重塑与mRNA加强接种后突破性感染的关联：基于质谱流式技术的探索性CD4+初始T细胞标志物分析

《Frontiers in Cellular and Infection Microbiology》：Mass cytometry of early immune remodeling after mRNA booster vaccination reveals exploratory CD4 naive T-cell associations with documented breakthrough infection

　　

背景：信使RNA（mRNA）疫苗能够迅速激活先天性和适应性免疫，但接种后24小时内的系统性免疫变化仍不完全清楚。本研究探讨了早期细胞及整体H3K27ac/m6A变化是否与后续记录到的突破性感染（BTI）相关。 方法：研究人员对一项COVID-19 mRNA加强疫苗接种随机试验中经过结局平衡的124名受试者子集（62例BTI和62例非BTI）进行了探索性纵向系统免疫学分析。采用高维质谱流式技术对第0天和第1天采集的外周血单核细胞进行检测。评估了17种主要免疫细胞群在相对丰度、标志物谱以及整体H3K27ac/m6A信号方面的变化。中和抗体应答持续监测至第180天。 结果：在接种后24小时内，加强疫苗诱导了循环免疫组成的快速谱系特异性重塑。经典和中间单核细胞的中心化对数比（CLR）转换相对丰度呈正向偏移，而浆细胞样树突状细胞（pDCs）、自然杀伤（NK）细胞以及特定CD8+和非常规T细胞群体呈负向偏移。CD4+T细胞群体在此相对组成尺度上保持相对稳定。早期的H3K27ac和m6A变化与选定先天性和T细胞群体的丰度变化相关。与后期体液免疫的关联有限：排除在记录到BTI当天或之后获得的抗体测量值后，经多重检验校正，早期H3K27ac/m6A变化与第14天或第180天的中和抗体应答之间无显著关联。主要细胞丰度轨迹在不同BTI状态组间无显著差异。相比之下，BTI与CD4+初始T细胞（CD4_Tn）中干扰素-γ（IFN-γ）/Th1趋化因子、细胞毒性/Th1相关以及CCL2-CCR2相关标志物评分以及m6A读数的第0天至第1天变化幅度较小相关。 结论：mRNA加强疫苗接种可在24小时内诱导快速、细胞类型特异性的免疫重塑。主要细胞丰度变化在BTI各组间大致相似，而早期CD4_Tn标志物相关及m6A信号的变化与后续记录到的BTI相关。这些发现支持将动态早期免疫状态作为疫苗反应异质性的相关因素进行进一步评估。

研究背景

信使RNA（mRNA）疫苗已成为诱导针对严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）保护性免疫的有效平台。尽管下游的体液和细胞免疫应答已被广泛表征，但人类外周免疫系统在疫苗接种后最初24小时内的变化，尤其是在多种先天性和适应性免疫细胞区室中的变化，仍不完全清楚。疫苗接种后的最初24至72小时是一个特别动态的阶段，在此期间抗原递送和先天免疫识别被转化为系统性免疫激活。已有研究表明，免疫接种后最初几天内产生的分子和细胞特征可能与后续适应性反应的强度和质量相关。然而，对于mRNA疫苗接种后，人外周免疫系统中这一24小时过渡期的全面、细胞类型分辨的表征仍然有限。此外，快速的免疫激活需要在多个分子水平上进行协调调控，包括染色质活性和转录后RNA调控的变化。组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化（H3K27ac）是活性调节染色质的指标，而N6-甲基腺苷（m6A）是真核生物mRNA中最普遍的内部修饰，提供动态的表观转录组调控层。尽管取得了这些进展，但目前仍不清楚mRNA疫苗接种是否会改变不同循环免疫细胞群体中的整体H3K27ac和m6A信号，这些信号变化如何与同时发生的细胞表型和丰度变化相关联，以及这些早期轨迹的个体间差异是否与后续记录到的突破性感染（BTI）状态有关。

研究方法

研究人员进行了一项探索性纵向系统免疫学分析，从一项先前报道的随机临床试验中选取了一个由124名参与者组成的子集，其中包含62名有记录BTI的参与者和62名无记录COVID-19的参与者。研究采用了高维质谱流式技术对外周血单核细胞进行检测，并使用假病毒中和试验测量血清中和抗体滴度。主要的关键技术方法包括：1）基于质谱流式的免疫细胞表型分析，通过手动门控定义17种主要免疫细胞群体，并结合无监督聚类识别精细细胞亚群；2）应用中心化对数比（CLR）变换处理细胞丰度的成分数据性质，并进行基于Wilcoxon秩和检验和配对符号秩检验的统计推断；3）构建标志物相关模块评分，用于评估功能性标志物的组合变化；4）使用Spearman秩相关分析评估早期信号变化与后续中和抗体应答之间的关联。

研究结果

3.1 研究队列与加强接种后的纵向免疫图谱

研究人员纳入了来自一项随机临床试验的124名参与者，分为BTI组（62人）和非BTI组（62人）。基线人口统计学特征和加强前中和抗体滴度在两组间描述性相似。加强接种后，两组对所有测试的SARS-CoV-2变异株的中和抗体滴度均迅速上升，但仅在特定的毒株-时间点组合上观察到显著组间差异。通过质谱流式技术鉴定出17种主要循环免疫细胞群体，主成分分析显示第0天和第1天的分布存在部分偏移但重叠显著。

3.2 加强接种诱导先天细胞重新分布和谱系特异性标志物变化

六种主要先天细胞群体在第0天至第1天均表现出显著的CLR丰度变化。经典和中间单核细胞显示出最大的正向偏移，而浆细胞样树突状细胞（pDCs）和自然杀伤（NK）细胞则显示出显著的负向偏移。这些丰度变化伴随着不同的、谱系限制性的细胞内和表型标志物信号改变。早期m6A和H3K27ac变化与选定先天细胞群体的相对丰度变化相关，在单核细胞与pDC和NK细胞中呈现相反的关系。

3.3 早期T细胞重塑集中于CD8⁺和非常规T细胞区室

与明显的先天细胞变化相比，四种主要的CD4⁺T细胞群体——CD4⁺初始T细胞（CD4_Tn）、中央记忆T细胞、效应记忆T细胞和终末分化效应记忆T细胞——的丰度在第0天和第1天之间保持相对稳定。负向的CLR丰度变化集中在选定的CD8⁺和非常规T细胞群体中。尽管丰度稳定，几种CD4⁺T细胞群体仍显示出标志物水平的变化，例如CD4_Tn细胞中的CD86和CXCR3。m6A和H3K27ac信号变化与T细胞丰度的相关性呈现出分化状态特异性关系。

3.4 早期H3K27ac和m6A信号变化与后续中和抗体应答无显著关联

在排除记录到BTI当天或之后的抗体测量值并进行多重检验校正后，无论是在第14天还是第180天，均未发现任何早期H3K27ac或m6A相关信号变化与后续中和抗体应答之间存在统计学上稳健的关联证据。

3.5 差异性的早期CD4_Tn标志物相关和m6A信号变化与后续BTI相关

在主要细胞群体水平上，BTI和非BTI参与者的第0天至第1天丰度反应总体相似，无显著组间差异。然而，对标志物相关复合评分和全局修饰读数的分析揭示了CD4⁺T细胞群体内一组集中的差异。在跨越所有17种主要免疫细胞群体的221项检验中，有5个特征-细胞群体组合在全局校正后保持显著，其中4个位于CD4_Tn区室内，即干扰素-γ（IFN-γ）/Th1趋化因子相关、细胞毒性/Th1相关和CCL2-CCR2相关标志物评分以及m6A读数。与非BTI个体相比，随后发生BTI的个体在这些特征的早期变化幅度更小。

讨论与结论

本研究发现，mRNA加强疫苗接种可在24小时内诱导快速、异质性的循环免疫景观重组。主要细胞丰度变化轨迹在BTI各组间共享，而最集中的结局相关差异涉及CD4_Tn区室内的早期标志物相关复合评分和m6A信号。研究结论指出，mRNA加强疫苗接种可诱导快速的、细胞类型特异性的免疫重塑。主要细胞丰度变化在BTI各组间大致相似，而早期CD4_Tn标志物相关及m6A信号的变化与后续记录到的BTI相关。这些发现支持将动态早期免疫状态作为疫苗反应异质性相关因素进行进一步评估。