疫苗驱动肺TRM细胞通过IL-17R信号实现对克雷伯氏菌的免疫

撰文 | 是晶晶呀

肺炎克雷伯氏菌是医院获得性肺炎的主要病原体，具有高感染率和高死亡率【1】。多重耐药的肺炎克雷伯氏菌对公共卫生构成严重威胁，针对这些病原体的疫苗可能是减少感染发生率的关键策略。迄今为止，在临床前研究中评估的候选疫苗很少，目前尚无获得许可的肺炎克雷伯氏菌特异性疫苗。

既往对人肺部的研究分析表明，肺组织驻留记忆性T细胞 (TRM) 随着年龄的增长而积累。来源于CD4+ 阳性Th17细胞的TRM细胞能够对细胞外病原体提供及时的保护，因此诱导肺TRM可能有助于对细菌性肺炎的保护性免疫，并可能为疫苗或治疗方法的开发提供策略。

近日，杜兰大学医学部（Tulane University School of Medicine）Jay K. Kolls团队的Naoki Iwanaga（第一作者）在SCIENCE IMMUNOLOGY上发表题为Vaccine-driven lung TRM cells provide immunity against Klebsiella via fibroblast IL-17R signaling 的研究论文，该研究制备了肺炎克雷伯氏菌外膜蛋白(Omp) X与LTA1佐剂组成的肺炎克雷伯氏菌外膜蛋白(Omp) X疫苗。该疫苗经肺内途径给药后，观察到OmpX+ LTA1免疫小鼠的肺特异性CD4+ T细胞归巢到肺，并在过继转移模型中介导了对感染的保护。与TH1细胞相比，疫苗诱导的TH17细胞可塑性降低，对免疫抑制剂FK506具有抗性，并且TH17细胞在移植免疫抑制条件下具有保护作用。

TRM细胞是研发针对多重耐药 (MDR) 特异性疫苗的关键细胞群，因为它们不仅能够产生针对侵袭性肺部病原体的快速免疫反应，而且能够在粘膜组织中维持较长时间【2】。使用全细胞免疫的临床前模型已经证明了CD4+ T细胞对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的免疫作用。特定抗原和佐剂组合的选择对于推进这些疫苗的开发至关重要。

目前的肺炎疫苗以多糖抗原为靶点，可诱发CD4+ T细胞独立或依赖的抗体反应[3]。这些疫苗对特定的疫苗血清型有效，但随着持续使用，流行病学研究表明出现了非疫苗血清型。肺CD4+ T细胞可以识别保守的蛋白抗原，从而提供独立于细菌血清型的广泛免疫。然而，这项研究大部分是用全病原体、热杀死的生物体或佐剂(如霍乱毒素)进行的，出于安全性的考虑，这些佐剂在疫苗开发上的前景有限[4]。该课题组之前观察到肺炎克雷伯氏菌肺内免疫可诱导肺CD4+ T细胞亚群，该亚群可识别外膜蛋白（Omps），故而推测，重组细菌Omps与粘膜TH17佐剂可诱导抗原特异性的肺TRM细胞，从而在肺中提供非血清依赖型的免疫。

在以往流感研究的基础上，该团队重点研究了LTA1佐剂，它来自大肠杆菌不耐热毒素的A1域，但缺乏天然毒素的B亚基，避免了黏膜输送中潜在神经毒性。与霍乱毒素相比，这种辅助剂不会干扰嗅觉。LTA1与肺炎克雷氏菌OmpX混合后，产生了一个强大的抗原特异性CD4+ TRM细胞群，这些细胞提供了针对高毒性肺炎克雷伯氏菌的非血清依赖型免疫。CD4+ T细胞的保护功能需要信号传感器和转录激活因子3 (STAT3)。同时，IL-17RA/RC信号在肺成纤维细胞中也对疫苗疗效至关重要。

图1. 以 LTA1 为佐剂的 OmpX 的气管内递送诱导肺组织驻留性CD4+ TH1 and TH17细胞

在本研究中，该团队证明了LTA1配方的OmpX黏膜免疫可促进诱导型支气管相关淋巴组织 (iBALT) 的形成。iBALT的形成在TRM细胞激活和疫苗免疫中的作用尚不清楚，但实验中观察到Cxcr5−/−小鼠的疫苗效力降低，尽管Cxcr5在生发中心反应中具有独立于iBALT形成的其他功能。

LTA1与OmpX混合后，产生了强大的TH17反应和抗原特异性IgA和IgG的局部体液免疫。与其他佐剂如TLR2/6/9激动剂Pam2ODN和TLR1/2激动剂diprovocim相比，LTA1在肺中具有更好的记忆性CD4+ T细胞应答。这些发现表明，由LTA1发起的先天免疫应答可能对肺TH17 来源的TRM的产生和保护至关重要。

疫苗诱导的CD4+ 肺TRM细胞位于粘膜下，需要成纤维细胞IL-17RA/IL-17RC信号来发挥作用。这一发现与先前报道相悖：肺炎克雷伯氏菌引发T细胞IL-17反应需要向气道中的细胞发出信号，以建立一个趋化因子梯度，促进管腔中性粒细胞募集[5]。RNAscope分析显示，疫苗诱导的IL17a+ 细胞位于支气管旁粘膜下层靠近支气管淋巴更深的位置。成纤维细胞IL-17R信号调控几种可能有助于疫苗效力的趋化因子的表达，包括CXCL1和CXCL13。此外，Twist2+ 成纤维细胞中的IL-17R信号在粘膜IgA的产生中也是必需的。

图2. 成纤维细胞中的 IL-17R 信号传导是疫苗效力所必需的

与LTA1配合的OmpX可增强细胞和体液免疫，对几种肺炎克雷伯氏菌具有异体保护作用，但对肺炎链球菌无保护作用，这些发现表明类似的免疫可能对其他MDR革兰氏阴性菌也有保护作用。

这项研究也存在一定局限性。首先，OmpX缺失的肺炎克雷伯菌株可能有助于确定抗原特异性免疫的作用，但也有部分研究表明携带突变OmpX的大肠杆菌，其适应度和毒性均发生变化，因此这些研究结果很难在体内实验中进行解读。其次，团队使用Tcrd−/−小鼠来确定疫苗效力是否涉及γδT细胞，众所周知，全身性Tcrd敲除小鼠可以通过其他淋巴细胞进行功能代偿。未来的研究需要使用条件敲除小鼠来帮助确定这种细胞群在疫苗效力中的作用。

本研究制备了OmpX与LTA1佐剂组成的疫苗，经肺内途径给予。该疫苗诱导的TH1和TH17细胞与肺炎克雷伯氏菌诱导的细胞具有相同的转录特征。这些数据证明了一种有前景的疫苗策略，诱导肺TRM细胞并促进对肺炎克雷伯氏菌的血清型独立免疫。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciimmunol.abf1198

参考文献

1. Martin, R.M. and M.A. Bachman, Colonization, Infection, and the Accessory Genome of Klebsiella pneumoniae. Front Cell Infect Microbiol, 2018. 8: p. 4.

2. Takamura, S., Niches for the Long-Term Maintenance of Tissue-Resident Memory T Cells. Front Immunol, 2018. 9: p. 1214.

3. Isturiz, R.E., et al., Pneumococcal conjugate vaccine use for the prevention of pneumococcal disease in adults <50 years of age. Expert Rev Vaccines, 2018. 17(1): p. 45-55.

4. Malley, R. and P.W. Anderson, Serotype-independent pneumococcal experimental vaccines that induce cellular as well as humoral immunity. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012. 109(10): p. 3623-7.

5. Chen, K., et al., IL-17 Receptor Signaling in the Lung Epithelium Is Required for Mucosal Chemokine Gradients and Pulmonary Host Defense against K. pneumoniae. Cell Host Microbe, 2016. 20(5): p. 596-605.

注：本文来自BioArtMED微信公众号，更多生物领域前沿信息等你来发现！

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。