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伤寒结合疫苗诱导免疫保护的分子特征研究
第一作者、机构及发表信息
本研究由Henderson Zhu和Irina Chelysheva（共同第一作者）领衔，团队成员来自英国牛津大学儿科系牛津疫苗组（Oxford Vaccine Group, University of Oxford）、英国国家健康研究所牛津生物医学研究中心（NIHR Oxford Biomedical Research Centre）、伦敦帝国理工学院传染病系（Imperial College London）及瑞士苏黎世大学儿童医院免疫学系（University Children’s Hospital Zurich）。研究成果于2023年8月15日发表在The Journal of Clinical Investigation（JCI）上，论文标题为《Molecular correlates of vaccine-induced protection against typhoid fever》，DOI: 10.1172/JCI169676。
学术背景
科学领域：本研究属于疫苗免疫学和传染病防控领域，聚焦伤寒疫苗的保护性免疫机制。
研究动机：伤寒热（typhoid fever）由伤寒沙门氏菌（Salmonella enterica serovar Typhi）引起，全球每年约造成1090万病例和10万死亡。抗生素耐药性（AMR）加剧了治疗难度，而现有疫苗（如Vi多糖疫苗VIPS和Vi-破伤风类毒素结合疫苗Vi-TT）的保护机制尚未完全阐明。
研究目标：通过转录组学和B细胞受体（B cell receptor, BCR）分析，揭示Vi-TT和VIPS疫苗诱导的免疫特征，鉴定与保护相关的分子标志物（correlates of protection），为未来疫苗设计提供依据。
研究流程与方法
实验设计
- 研究对象：成人志愿者随机接种Vi-TT（Typbar-TCV）、VIPS（Typhim Vi）或对照疫苗（Menveo），随后口服伤寒沙门氏菌（1×10⁴–5×10⁴ CFU）进行攻毒试验（controlled human infection model, CHIM）。
- 分组与样本：接种后采集多个时间点（接种前V0、接种后1天V1、7天V7、攻毒当天D0、攻毒后12小时D0+12h、7天D7及诊断日TD）的全血样本，进行RNA测序（RNA-seq）和BCR分析。
- 样本量：Vi-TT组（24例未诊断伤寒NTD，13例诊断伤寒TD）、VIPS组（22例NTD，13例TD）、对照组（7例NTD，24例TD）。
关键技术
- 转录组分析：通过RNA-seq检测基因表达差异（DEGs），采用GSEA（Gene Set Enrichment Analysis）和WGCNA（Weighted Gene Correlation Network Analysis）解析通路和模块特征。
- BCR分析：使用MiXCR和VDJtools提取BCR序列，通过Hamming距离聚类鉴定共享克隆型（clonotypes），并与已知Vi多糖结合抗体比对。
- 创新方法：开发了基于CDR H3（互补决定区3）序列的BCR聚类算法，识别与保护相关的克隆型。
数据分析流程
- 差异表达分析：比较疫苗组与对照组、NTD与TD组的基因表达变化。
- 时间序列分析：使用maSigPro评估接种和攻毒后的动态转录响应。
- 保护相关性分析：通过Gini指数量化克隆扩增程度，关联抗体滴度和临床结局。
主要结果
疫苗诱导的早期免疫特征
- Vi-TT特异性干扰素信号：接种后1天（V1），Vi-TT组显著上调IFN通路基因（如STAT1、CXCL10），而VIPS组无此现象，提示结合疫苗可能通过T细胞依赖途径激活先天免疫。
- 体液免疫标志：接种后7天（V7），Vi-TT组出现更强的浆细胞相关基因模块（如IGHG1、IGHV3-23），且克隆扩增（Gini指数）与保护显著相关（p<0.05）。
BCR克隆型与保护关联
- IGHV3-23优势使用：Vi-TT组NTD个体的BCR中，IGHV3-23占比达17.3%，显著高于TD组（13.4%）。
- 共享克隆型Cluster 184：该簇CDR H3含保守的TIR基序，与已知Vi结合抗体序列高度相似，且在NTD个体中表达量更高（Vi-TT组69.5 vs. TD组13.15）。
攻毒后的免疫响应
- 保护性特征：NTD个体在攻毒后7天（D7）显示Fcγ受体介导的吞噬通路激活，提示抗体依赖性细胞吞噬（ADCP）可能为保护机制。
- Vi-TT的炎症调控：Vi-TT组TD个体的CRP水平和发热比例低于对照组，表明疫苗可减轻病理损伤。
结论与价值
- 科学意义：首次通过多组学整合分析，阐明Vi-TT疫苗通过T细胞依赖途径诱导IGHV3-23偏向性BCR扩增，其克隆型与Vi多糖结合，为伤寒疫苗的免疫保护提供了分子层面的证据。
- 应用价值：鉴定出Cluster 184等保护性BCR克隆型，可指导下一代疫苗的抗原设计（如优化多糖-载体结合构象）。此外，Gini指数作为克隆扩增的量化指标，或可作为疫苗效力的早期预测标志。
研究亮点
- 方法创新：结合转录组与BCR聚类分析，揭示了疫苗诱导的克隆型收敛性（convergent humoral responses）。
- 发现新颖性：首次报道IGHV3-23在Vi疫苗保护中的核心作用，并验证其CDR H3与Vi多糖的结合潜力。
- 临床关联性：证实Vi-TT能降低攻毒后的炎症反应，为疫苗的临床优势提供了机制解释。
其他价值
研究数据已公开于NCBI GEO（GSE217667），算法代码发布于GitHub，为后续研究提供了资源支持。此外，作者指出未来需通过单细胞测序进一步解析细胞亚群的贡献。