一条独特的抗原呈递通路驱动基于脂质纳米颗粒的mRNA疫苗中的强效T细胞免疫

《SCIENCE ADVANCES》：A distinct antigen presentation pathway drives potent T cell immunity in lipid nanoparticle–based mRNA vaccines

　　

脂质纳米颗粒包裹的mRNA（mRNA-LNP）疫苗除了诱导抗体产生外，还能触发抗原特异性细胞毒性CD8⁺ T细胞的强效分化。尽管其免疫原性很高，但mRNA-LNP诱导这种异常免疫应答的细胞机制仍不清楚。在此，研究人员表明，mRNA-LNP通过一种不同于传统佐剂的抗原呈递机制，诱导强效且持久的CD8⁺ T细胞扩增。在接受mRNA-LNP免疫的小鼠中，抗原特异性CD8⁺ T细胞的数量比用抗原蛋白联合免疫刺激剂（如脂多糖（LPS）或聚肌胞苷酸（poly I:C））诱导的数量高一个数量级。肌内注射的mRNA-LNP主要被引流淋巴结中的迁移型2型传统树突状细胞（cDC2）摄取，导致通过主要组织相容性复合体I类（MHC class I）产生显著强烈且持久的抗原呈递。此外，mRNA-LNP诱导的CD8⁺ T细胞需要迁移性树突状细胞（mDCs），但不需要传统的交叉呈递通路——该通路对抗病毒和抗肿瘤免疫至关重要。因此，mRNA-LNP制剂通过不同于传统组分疫苗的抗原呈递通路发挥非传统的免疫应答。

**论文解读：mRNA-LNP疫苗通过非经典抗原呈递通路驱动强效T细胞免疫**

**研究背景与问题**
基于脂质纳米颗粒的mRNA疫苗（mRNA-LNP）在COVID-19大流行中展现出卓越的免疫原性，不仅能诱导抗体产生，还能高效激活抗原特异性细胞毒性CD8⁺ T细胞。然而，传统佐剂（如Toll样受体配体）通常依赖cDC1细胞的交叉呈递来启动CD8⁺ T细胞应答，而mRNA-LNP诱导的强效T细胞免疫的细胞机制尚不明确。已有研究存在矛盾：部分研究认为cDC1细胞介导的交叉呈递是关键，而另一些研究则显示cDC1并非必需。此外，mRNA-LNP还诱导独特的IgG亚类（小鼠中IgG2c，人类中IgG4）和Th1偏向的CD4⁺ T细胞分化，但其机制未知。因此，阐明mRNA-LNP的抗原呈递和免疫激活机制，对于优化疫苗设计和理解其罕见不良事件（如疫苗接种后综合征）具有重要意义。

**研究内容与结论**
本研究以C57BL/6小鼠为模型，使用编码卵清蛋白（OVA）或绿色荧光蛋白（GFP）的mRNA-LNP（脂质组成与辉瑞/BioNTech BNT162b2疫苗相同），系统比较了mRNA-LNP与传统佐剂（LPS、poly I:C、AddaVax）诱导的免疫应答。结果表明，mRNA-LNP通过一条独特的抗原呈递通路——主要依赖迁移性cDC2细胞而非交叉呈递——实现强效持久的CD8⁺ T细胞扩增，并伴随Th1偏向的抗体产生（IgG2c/IgG2b）。该研究发表在《SCIENCE ADVANCES》。

**关键技术方法**
1. **mRNA-LNP制备与免疫**：使用5-甲氧基尿苷修饰的mRNA（编码OVA或GFP）封装于LNP中，通过肌内注射免疫小鼠；对照使用OVA蛋白联合LPS、poly I/C或AddaVax。
2. **流式细胞术**：检测抗原特异性CD8⁺ T细胞（SIINFEKL/Kb四聚体染色）、生发中心B细胞、Th细胞分化（IFNγ/IL-4）、以及pMHC-I复合物（25D1.16抗体）。
3. **TCR库分析**：利用OT-I TCRβ链的逆转录病毒小鼠，对OVA特异性CD8⁺ T细胞进行TCRα链测序。
4. **基因敲除小鼠**：使用CD40^?/?、IFNγR1^?/?、Wdfy4^?/?（交叉呈递缺陷）等小鼠验证关键通路。
5. **定量PCR**：检测颗粒酶B（GzmB）、颗粒酶K（GzmK）、穿孔素（Prf1）和T-bet（Tbx21）的mRNA表达。

**研究结果**

**1. mRNA-LNP诱导高水平的IgG2b/IgG2c抗体**
通过ELISA检测，mRNA-LNP免疫小鼠血清中OVA特异性IgG2c抗体水平比传统佐剂组高3–15倍，而IgG1水平相似。生发中心B细胞（CD95^hiCD38^lo）在mRNA-LNP组中延迟出现（第14天高于对照组），且依赖于CD4⁺ T细胞、CD40以及Bcl6。空LNP（eLNP）联合OVA蛋白虽能诱导IgG，但生发中心B细胞动力学不同，提示mRNA本身是关键驱动因素。

**2. mRNA-LNP促进Th1偏向分化**
流式细胞术显示，mRNA-LNP免疫小鼠引流淋巴结中IFNγ⁺ CD4⁺ T细胞（Th1）数量显著高于传统佐剂组，而IL-4⁺ Th2细胞无差异。IFNγ受体缺陷（Ifngr1^?/?）小鼠中IgG2c产生显著降低，证实Th1-IFNγ轴是IgG2c类转换的必要条件。

**3. mRNA-LNP诱导抗原特异性CD8⁺ T细胞强力扩增**
SIINFEKL/Kb四聚体染色显示，mRNA-LNP组中OVA特异性CD8⁺ T细胞频率比传统佐剂组高5–27倍，且在脾脏中持续增加至第21天。这些细胞高表达GzmB、GzmK、Prf1和T-bet，并具有较强的IFNγ和TNFα产生能力，同时PD-1和LAG-3表达升高，提示强TCR信号。皮下或肌内注射效果无差异，且高剂量蛋白（400 μg）也无法达到mRNA-LNP（1 μg）的CD8⁺ T细胞诱导水平，说明免疫原性源于mRNA-LNP自身特性。

**4. mRNA-LNP诱导的CD8⁺ T细胞TCR库与常规佐剂相似**
对OT-I TCRβ转基因小鼠的OVA特异性CD8⁺ T细胞进行TCRα测序，发现mRNA-LNP与OVA蛋白+poly I/C诱导的TCR克隆型组成高度相似，前5个扩增克隆的频率无显著差异。这表明mRNA-LNP的CD8⁺ T细胞强力扩增主要是数量性的（更多相同TCR的T细胞），而非质量性的（不同TCR谱系）。

**5. mRNA-LNP在cDC2细胞中诱导强效持久的抗原呈递**
GFP mRNA-LNP注射后，GFP主要表达于引流淋巴结的迁移性cDC2细胞（SIRPα⁺XCR1^?），而非cDC1或巨噬细胞。共注射GFP mRNA-LNP和OVA mRNA-LNP后，使用25D1.16抗体检测到cDC2细胞表面SIINFEKL/Kb复合物（pMHC-I）显著增加，而OVA蛋白+poly I/C组无法检测。抗原呈递在第1天达峰，持续至第5天，早于GFP蛋白表达峰（第3天），提示抗原肽在蛋白合成前已通过MHC I类呈递。

**6. mRNA-LNP诱导的CD8⁺ T细胞不依赖交叉呈递**
CD40缺陷小鼠中mRNA-LNP诱导的CD8⁺ T细胞数量显著降低，支持mDC持续存活的重要性。但Wdfy4缺陷小鼠（交叉呈递必需蛋白缺失）中，mRNA-LNP仍能正常诱导OVA特异性CD8⁺ T细胞，其细胞因子产生、效应分子表达和PD-1水平与野生型类似，而OVA蛋白+poly I/C的CD8⁺ T细胞诱导则显著受损。这表明mRNA-LNP通过非交叉呈递通路（可能为缺陷核糖体产物（DRiPs）通路）实现抗原呈递。

**讨论与结论**
本研究表明，mRNA-LNP通过独特的抗原呈递机制——主要依赖cDC2细胞且不依赖经典交叉呈递——诱导强效Th1偏向的抗体和CD8⁺ T细胞应答。mRNA编码的蛋白在翻译过程中部分迅速降解（DRiPs通路），通过MHC I类提前呈递，从而在病毒蛋白积累前启动细胞毒性T细胞。这些发现解释了mRNA疫苗的强效免疫原性，并为理解其罕见不良事件（如疫苗接种后综合征）提供了基础。研究结论部分翻译如下：
“综上所述，本研究表明，与传统佐剂为基础的免疫不同，mRNA-LNP制剂诱导Th1偏向的CD4⁺ T细胞分化，随后产生类别转换的IgG，并导致CD8⁺ T细胞长期扩增。mRNA-LNP编码抗原的强效持久呈递，结合LNP组分的佐剂活性（诱导警报素应答），可能共同导致非传统T细胞应答的诱导。全球已接种130亿剂针对SARS-CoV-2的mRNA-LNP疫苗，因其强免疫原性；但少数个体出现不良事件，包括慢性症状（疫苗接种后综合征）。解析其发病机制是未来研究的重要目标。即使在大规模接种四年后，mRNA-LNP的作用机制和长期效应仍未明确。通过严格研究理解mRNA-LNP制剂的分子和免疫学作用，对于推进医学技术和制定合理的公共卫生政策至关重要。”