Ad26.COV2.S疫苗接种后早期固有免疫特征与猕猴及人类疫苗免疫原性和保护效力的关联

《Journal of Virology》：Early innate immune signatures correlate with Ad26.COV2.S vaccine immunogenicity and protective efficacy

　　

抗原暴露后固有免疫（innate immunity）系统迅速激活，并在塑造后续适应性免疫（adaptive immunity）应答中发挥关键作用。本研究对25只接受Ad26.COV2.S免疫的恒河猴（rhesus macaques）队列进行批量RNA测序（bulk RNA sequencing）和蛋白质组学（proteomic profiling），以表征疫苗免疫原性（immunogenicity）和保护效力（protective efficacy）的早期固有免疫相关特征。结果显示，固有免疫激活在接种后第1天即发生，并表现为抗病毒干扰素（interferon，IFN）通路、细胞因子信号（cytokine signaling）及固有免疫细胞特征的系统性富集。这些早期转录组特征（transcriptomic signatures）与接种后6周体液和细胞免疫应答（humoral and cellular immune responses）呈正相关，并与SARS-CoV-2攻击（challenge）后病毒载量（viral loads）呈负相关。在25名接种Ad26.COV2.S的成年健康参与者队列中观察到相似的免疫原性相关特征。综上，这些发现强调Ad26.COV2.S接种后固有免疫应答的早期激活对塑造保护性适应性免疫应答的重要性。

研究背景：固有免疫（innate immunity，机体快速非特异性防御）通常在适应性免疫（adaptive immunity）诱导前数周至数月启动，是决定疫苗应答的重要环节。既有研究提示，黄热病减毒疫苗YF-17D、流感疫苗、五种人用疫苗及BNT162b2 mRNA疫苗的早期固有/炎症特征可预测后续抗体或T细胞应答，支持系统疫苗学（systems vaccinology，整合多组学解析疫苗应答）框架。Ad26.COV2.S的临床效力和免疫原性已被广泛表征，但其非复制腺病毒载体疫苗所诱导的早期固有通路及其与后期体液、细胞应答和保护效力的关系仍未充分定义。因此，研究人员在恒河猴和成人健康参与者中开展跨物种多组学分析，以明确Ad26.COV2.S接种后早期固有免疫特征是否与后续适应性免疫应答和保护结果相关。

技术方法概括：研究采用跨物种多组学设计。恒河猴样本来自既往Ad26.COV2.S免疫并SARS-CoV-2攻击研究；人样本来自NCT04436276临床试验（5 × 10¹⁰或1 × 10¹¹ vp，部分第56天加强）。对外周血进行批量RNA测序（bulk RNA sequencing），对血浆进行SomaScan蛋白质组学（proteomic profiling）；用基因集富集分析（GSEA，gene set enrichment analysis）和单样本GSEA（ssGSEA，single-sample GSEA）评估通路，用Spearman相关并经Bonferroni校正关联免疫学终点，用CIBERSORTx进行细胞反卷积。免疫原性/保护终点包括ELISA、假病毒中和、ELISpot、ICS及攻击后病毒载量。

研究结果：
1. Ad26.COV2.S接种后第1天和第7天在恒河猴中出现不同的固有免疫与T细胞转录程序：对全血批量RNA测序行GSEA并排除sham组及基线差异后，发现第1天抗病毒IFN、树突状细胞（DC，dendritic cell）、单核细胞、Toll样受体（TLR，toll-like receptor）、趋化因子和补体通路上调，且呈剂量依赖；多数第3天消退。第7天T细胞信号、T细胞活化、有丝分裂细胞周期及刺激CD4⁺ T细胞有丝分裂细胞周期富集，部分持续至第14/28天。ssGSEA在个体水平验证上述时序。
2. 早期固有激活与后续T细胞相关通路的时间关联：对猕猴第1天和第7天ssGSEA评分做Spearman相关，第1天IFN、补体、DC通路与第7天CD4⁺ T细胞周期和有丝分裂通路正相关，最强为第1天活化DC与第7天PLK1信号（ρ=0.73，P_adj=3 × 10^?4），表明第1天固有特征预测第7天T细胞活性。
3. 第1天转录组通路塑造适应性免疫应答：将第1天ssGSEA标准化富集分数（NES，normalized enrichment score）与第42天ELISA、假病毒中和滴度（NT₅₀）、IFN-γ酶联免疫斑点（ELISpot，enzyme-linked immunospot）及攻击后支气管肺泡灌洗液（BAL，bronchoalveolar lavage）和鼻拭子（NS，nasal swab）病毒载量相关；抗病毒IFN、病毒感知、DC、趋化因子与ELISA和NT₅₀正相关，也与ELISpot正相关；与BAL和NS病毒载量负相关，提示早期固有通路与保护效力相关。
4. 第7天转录组通路塑造适应性免疫应答：第7天CD4⁺ T细胞和有丝分裂细胞周期通路与第42天ELISA、NT₅₀、ELISpot正相关，与攻击后BAL/NS病毒载量负相关；细胞外基质和整合素细胞表面相互作用与免疫原性和保护负相关。
5. Ad26.COV2.S接种后人与猕猴转录组特征的可比激活：对NCT04436276参与者第1和7天外周血RNA测序行GSEA，第1天IFN、TLR、DC、单核细胞、急性炎症信号及第7天刺激CD4⁺ T细胞有丝分裂细胞周期富集，与猕猴一致；多维尺度分析（MDS，multidimensional scaling）显示人第1天样本聚类更明显，表明两物种固有应答相似。
6. 人转录组通路分析显示第1天固有免疫通路激活塑造适应性免疫应答：对参与者第1天ssGSEA与第28/238天针对WA1/20、Delta（B.1.617.2）、Omicron（B.1.1.529）的CD4⁺/CD8⁺ T细胞细胞内染色（ICS，intracellular staining）、抗受体结合域（RBD，receptor-binding domain）ELISA、IFN-γ ELISpot及中和抗体（NAb，neutralizing antibody）滴度相关；WA1/20和Delta显示IFN、补体、TLR/病毒感知、炎性趋化因子与适应性应答强相关，尤其CD8⁺ T细胞和抗RBD活性；Omicron第28天相关性减弱，第238天模式一致且Omicron广度略增；第57天（加强后第1天）固有特征预测第238天CD4⁺ T细胞应答，提示人第1天固有通路是较强免疫原性相关因素。
7. Ad26.COV2.S接种后第1天人与猕猴蛋白质组特征的一致激活：对非人灵长类（NHP，non-human primate）和人5 × 10¹⁰ vp第1天血浆SomaScan蛋白组行g:Profiler/Reactome过代表分析，发现抗病毒和固有免疫、细胞因子和白细胞介素信号通路在两者显著激活；转录组和蛋白组交集显示CXCL10、CXCL11、CD274、TLR5在两者共同上调，支持转录组结果。
8. 计算机细胞反卷积揭示通路模块与免疫细胞群的相关性：用CIBERSORTx从RNA-seq估计细胞比例，猕猴第1天固有/髓系细胞增加，固有通路与DC、肥大细胞、中性粒细胞、单核细胞正相关；第7天T细胞增加，T细胞通路与CD4⁺ T细胞相关；人模式一致，表明GSEA识别通路与接种后细胞群变化相符。

讨论总结：讨论指出腺病毒载体已广泛用于疫苗和基因治疗，但固有免疫相关特征尚未充分描述。本研究在NHP和人中定义Ad26.COV2.S接种后第1天固有免疫通路与适应性应答相关；第1天IFN、细胞因子/趋化因子、DC和急性炎症反应达峰，第3天大多消退，第7天T/B细胞信号、细胞周期和代谢通路增加。讨论提出一个模型：免疫后立即启动IFN信号、炎症通路和免疫细胞募集，继而级联诱导保护性适应性应答，并指出早期生物标志物具有预测疫苗保护与效力的潜力。讨论强调跨物种转录组和蛋白组整合是本研究的新颖性与优势，并列出局限：未来需用无插入Ad26载体确认载体或转基因介导通路，需研究其他平台，需对感染靶组织行单细胞测序，需分析SARS-CoV-2感染后参与者，并考虑冠状病毒预存免疫及广谱sarbecovirus疫苗设计。

研究结论翻译：研究人员证明，Ad26.COV2.S免疫在恒河猴和人中导致第1天快速诱导抗病毒、急性炎症和固有免疫应答，随后在第7天激活细胞免疫通路，并与抗原特异性体液和细胞免疫应答幅度相关。这些数据提示早期固有应答以刻板方式塑造适应性免疫应答，对理解疫苗保护机制具有启示。