系统性卡介苗(BCG)给药会在CD4+ T细胞中诱导特定的转录因子表达谱,这些转录因子与IL-12信号通路协同作用,促进抗病毒型Th1细胞的分化

时间:2026年5月26日
来源:Vaccine

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王瑞琳|赵圆辉|杨杰|罗仁杰|孙伟康|张梦宇|刘向东|侯雅怡|曹鹏|李二光中国江苏省南京市南京大学医学院药物生物技术国家重点实验室,210093摘要牛分枝杆菌卡介苗(BCG)是一种减毒活疫苗,用于预防结核病和其他分枝杆菌感染。BCG免疫还能提供对多种病毒病原体的交叉保护。最新研究

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王瑞琳|赵圆辉|杨杰|罗仁杰|孙伟康|张梦宇|刘向东|侯雅怡|曹鹏|李二光
中国江苏省南京市南京大学医学院药物生物技术国家重点实验室,210093

摘要

牛分枝杆菌卡介苗(BCG)是一种减毒活疫苗,用于预防结核病和其他分枝杆菌感染。BCG免疫还能提供对多种病毒病原体的交叉保护。最新研究表明,这涉及先天性和适应性免疫反应的协同诱导,尽管具体机制尚不明确。为了研究BCG对病毒感染的交叉保护作用,我们使用了呼吸道合胞病毒(RSV)感染的小鼠模型,并证明系统性给予活BCG会改变染色质的可及性,从而有利于Th1反应的发生。具体来说,BCG-IV免疫可以保护小鼠免受RSV感染。BCG免疫会导致单核细胞和中性粒细胞的代谢重编程以及先天免疫反应,促使IL12/IL12R介导的幼稚CD4+ T细胞分化为Th1细胞群。通过对染色质开放性和转录组数据的综合分析,发现BCG给药上调了包括干扰素调节因子(IRF1)和信号转导和激活因子(STAT1和STAT2)在内的转录因子,这些因子是干扰素信号传导和抗病毒反应的标志。这项工作强调了适应性免疫反应在通过表观遗传重塑介导幼稚CD4+ T细胞分化及对病原体的交叉保护中的关键作用,且这种保护作用与抗原无关。

引言

牛分枝杆菌卡介苗(BCG)是一种减毒活疫苗,用于预防结核病和肿瘤免疫治疗[1] [2]。BCG通常通过皮下或皮内注射给药。BCG免疫通过表观遗传变化和免疫细胞的代谢修饰,诱导对病原微生物(包括非结核分枝杆菌和病毒病原体)的交叉保护[3] [4] [5]。近年来,通过替代途径给药BCG越来越受到关注,因为与皮下或皮内注射相比,这些方法在小型动物模型和非人灵长类动物中提高了免疫原性和/或保护效果[6]。非人灵长类动物接受系统性BCG免疫耐受性良好,并且能有效预防结核病感染[7]。有报道称,BCG静脉(IV)注射通过适应性免疫反应的反馈,刺激了全身器官免疫,从而产生持久的先天抗病毒抵抗力[8]。BCG通过皮内或静脉途径接种可诱导对病原微生物(包括甲型流感病毒、呼吸道合胞病毒(RSV)、2型单纯疱疹病毒(HSV-2)和严重急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-CoV-2)的交叉保护[9] [10] [11] [12]。此外,BCG免疫还能通过T淋巴细胞独立的免疫反应,增强宿主对疟疾或血吸虫病等寄生虫感染以及念珠菌(Candida albicans)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)等细菌感染的抵抗力[3] [13] [14]。减毒活BCG疫苗还对早期膀胱癌等疾病的免疫治疗具有积极作用[1]。鉴于其安全性和交叉保护特性,BCG在疾病预防和治疗应用方面具有巨大潜力。
BCG通过增强气道中的免疫信号传导,引发训练性免疫,从而提供交叉保护[11] [15] [16] [17]。据信,BCG通过激活免疫系统来发挥其保护作用,产生广谱抗病毒效果[18] [19]。作为一种含有肽聚糖的细菌,BCG通过TLR2/MyD88依赖途径激活先天免疫反应[8] [20]。BCG免疫改变了骨髓中前体细胞的表观遗传景观,影响人类的先天免疫反应[5]。这导致细胞因子的产生,进而激活自然杀伤细胞和T细胞[21],并通过适应性免疫反应的反馈,产生对非特异性病原体的持久抵抗力[22]。然而,BCG疫苗促进幼稚CD4+ T细胞分化以发挥抗病毒免疫作用的机制尚未完全明确。
在这项研究中,我们探讨了BCG免疫对脾脏CD4+ T细胞表观遗传变化的影响,发现BCG上调了干扰素信号传导和抗病毒反应相关的转录因子。此外,我们还确定了介导幼稚CD4+ T细胞分化为Th1细胞群的信号级联反应。这项研究为BCG诱导的CD4+ T细胞反应中的表观遗传重编程提供了机制上的见解,并有助于更深入地理解BCG疫苗静脉注射对人类及潜在人畜共患病原体的疗效和机制。

章节摘录

动物伦理

本研究中动物护理和使用的方案已由南京大学机构动物护理和使用委员会(IACUC-D2312001)审查并批准,所有实验均符合江苏省实验室动物管理措施的规定,并遵循ARRIVE指南。

试剂

关键试剂及其供应商信息见支持信息表S1。

BCG免疫和RSV感染

从SPF Biotech(北京)购买了6–8周大的BALB/c雌性小鼠。

静脉注射BCG可保护小鼠免受RSV感染

先前的研究表明,静脉注射BCG可提供广泛的病毒病原体保护,因为系统性BCG给药可以增强气道中的免疫信号传导[7] [17] [22]。为此,我们首先通过给Balb/C小鼠接种1 × 106、3 × 106和6 × 106 CFU/只小鼠来确定安全有效的剂量。

讨论

BCG免疫可刺激适应性免疫反应,从而产生对异源病原体的持久先天抗病毒抵抗力[19] [22]。高剂量静脉BCG免疫可增强气道中的免疫信号传导[17]。最近的研究表明,BCG静脉注射在接种后14天和21天可诱导对SARS-CoV-2和流感的保护作用,这种保护作用可持续3个月,这既涉及先天免疫反应也涉及抗原特异性T细胞反应[8]。

结论

系统性BCG免疫通过诱导一种与IL12/IL12Rb轴协同作用的转录因子特征,促使CD4+ T细胞向Th1细胞分化。静脉注射BCG具有以抗原无关的方式预防未知病原体的潜力,因为它能引发持久的保护性免疫。

生成式AI使用声明

在论文提交过程中未使用任何生成式AI。

CRediT作者贡献声明

王瑞琳:撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法学设计、实验设计、数据分析、概念化。赵圆辉:撰写 – 审稿与编辑、验证、方法学设计、实验设计、数据分析。杨杰:撰写 – 审稿与编辑、实验设计、数据分析。罗仁杰:撰写 – 审稿与编辑、实验设计。孙伟康:撰写 – 审稿与编辑、实验设计。张梦宇:撰写 –

伦理声明

动物护理和使用方案已由南京大学IACUC委员会审查并批准。

资助

本研究得到了中国国家重点研发计划(2023YFC2308200,资助对象为PC)和国家自然科学基金(NSFC,项目编号81871636,资助对象为EL)的支持,以及南京大学药物生物技术国家重点实验室的支持。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

感谢杨光博士对病毒感染的评论。感谢作者提供公开可访问的GSE244126和GSE212204数据集。
描述本文主要发现的预印本已提前存放在biorxir.org(DOI: https://doi.org/10.1101/2025.05.23.655674)。

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