Nature子刊：揭开mRNA新冠疫苗诱导免疫反应的机制

来源 | BiG生物创新社

2020年12月，辉瑞/BioNTech研发的mRNA新冠疫苗（BNT162b2）获得美国FDA的紧急使用授权，成为有史以来第一个获批的mRNA疫苗。在III期临床试验中，该mRNA疫苗对由SARS-CoV-2感染引起的新冠肺炎（COVID-19）的保护率高达95%。然而，尽管BNT162b2被广泛使用，但其刺激保护性免疫的机制在很大程度上仍然是未知的。

2022年3月14日，美国斯坦福大学医学院微生物学与免疫学学系 Bali Pulendran 教授团队在 Nature Immunology 期刊在线发表了题为： Mechanisms of innate and adaptive immunity to the Pfizer-BioNTechBNT162b2 vaccine 的研究论文。

研究团队在小鼠中分析了接种BNT162b2疫苗后的固有免疫反应和适应性免疫反应，发现免疫刺激了强效抗体和抗原特异性T细胞反应，并在二次免疫后显著增强固有免疫反应，mRNA疫苗介导的对SARS-CoV-2感染的保护主要由体液免疫介导，而细胞免疫则在清除感染方面有效。这些发现为mRNA疫苗在体内诱导的免疫反应提供了新的见解，可用来指导和改进将来的疫苗设计。

BNT162b2免疫刺激生发中心强烈反应

为了评价对BNT162b2的免疫反应，研究人员通过肌肉注射BNT162b2疫苗来免疫小鼠。抗刺突结合IgG反应显著增加，而二次免疫使反应增加了十倍以上。研究人员检测了生发中心 （GC） B细胞和TFH细胞以及浆细胞的反应。BNT162b2免疫诱导淋巴结中生发中心 （GC） B细胞、TFH细胞和浆细胞的数量显著增加。总的来说，这些数据证明了BNT162b2对体液免疫反应的有力刺激。

BNT162b2疫苗诱导T细胞应答

研究人员启动增强免疫策略，测量脾脏和肺的抗原特异性T细胞应答。一次免疫就在两种组织中检测到的抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞应答。二次免疫后，抗原特异性CD8+ T细胞的频率显著增加。在体外用重叠肽库刺激后，分泌IFN-γ、肿瘤坏死因子(TNF)和IL-2的特异性CD8+ T细胞被强烈诱导。接下来，研究人员分析了血清细胞因子反应。BNT162b2免疫诱导许多细胞因子的释放，包括MCP1、MIP1b、IL-6和CXCL10，以及干扰素-γ。这些数据说明BNT162b2疫苗诱导了强烈的T细胞反应。

淋巴结树突状细胞和巨噬细胞摄取mRNA

LNP-mRNA疫苗的许多特性，包括LNP的尺寸、可电离脂质的pKa和脂质梯度，都影响mRNA疫苗的组织和细胞特异性。利用单细胞RNA测序数据，科学家研究了引流区淋巴结（dLN）中含有刺突mRNA的细胞。观察到第1天刺突mRNA的表达水平很高，到第3天急剧下降。Reads主要局限单核细胞/巨噬细胞和mDCs。对每个细胞进行至少一次读取的细胞定量显示，在第1天，40%的单核/巨噬细胞和20%的mDCs含有刺突mRNA。这些细胞的频率在接种后增加。最后，研究人员分析了巨噬细胞和mDCs中与刺突mRNA信号相关的基因表达谱。在这两个细胞簇中，刺突mRNA信号与干扰素相关和固有免疫应答相关的BTMs密切相关，包括I型干扰素应答等。

BNT162b2通过MDA5-IFN-α轴刺激CD8+T细胞反应

TLR是研究最多的病原体相关分子模式的传感器。TLR3和TLR7分别识别双链和单链RNA。因此，研究人员首先检测了这些受体的缺失是否会导致对BNT162b2的免疫应答减弱。然而，TLR3缺陷或TLR7缺陷小鼠的免疫并没有导致抗体或T细胞应答的减少，这表明它们不是BNT162b2在体内的主要传感器。

蛋白质RIG-I样受体家族感知胞质RNA，是BNT162b2的第二家族传感器。为了评估RIG-I样受体是否参与mRNA识别，研究人员免疫MDA5缺陷小鼠。抗体反应没有减少。有趣的是，在一次免疫和二次免疫后，MDA5缺陷小鼠特异性抗原CD8+ T细胞的频率显著降低，I类四聚体特异性CD8+ T细胞和产生IFN-γ的CD8+T细胞数量减少证明了这一点。这表明，BNT162b2的MDA5感应是诱导特异性CD8+ T细胞反应的关键。此外，分泌IFN-γ的刺突特异性T细胞的频率也出现了显著但不完全的下调。总的来说，这些数据表明，MDA5感知BNT162b2诱导IFN-α的表达，IFNAR1刺激抗原特异性CD8+ T细胞的扩增，从而促进抗原特异性CD8+ T细胞的大量扩增。

总之，研究人员分析了小鼠对BNT162b2的固有免疫反应和适应性免疫反应，发现免疫刺激了强效抗体和抗原特异性T细胞反应，并显著增强了二次免疫后的固有免疫反应。对敲除小鼠的分析表明，抗体和T细胞对BNT162b2的应答的诱导不依赖于Toll样受体的信号转导，也不依赖于炎性小体的激活，也不依赖于坏死或焦亡细胞的死亡途径。相反，BNT162b2诱导的CD8+ T细胞应答依赖于I型干扰素依赖的MDA5信号。这些结果为BNT162b2疫苗刺激免疫应答的分子机制提供了新的见解。

论文链接 ：

https://www.nature.com/articles/s41590-022-01163-9