Nature Medicine：为结核病疫苗寻找抗原

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题目：T cell receptor repertoires associated with control and disease progression following Mycobacterium tuberculosis infection

期刊：Nature Medicine

IF：87.241

发表时间：2023年1月5日

通讯作者单位：开普敦大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41591-022-02110-9

主要内容：

结合高通量单细胞分析的前瞻性纵向临床研究可以确定哪些细菌抗原应包括在结核病疫苗中--以及哪些应避免。

由于缺乏对保护性免疫机制和诱导保护性反应的抗原的了解，有效的结核病（TB）疫苗的开发受到了阻碍。鉴于结核分枝杆菌（Mtb，结核病的病原体）是一种兼性细胞内细菌，大多数结核病疫苗工作都集中在T辅助1型（TH1）反应上，因为它们对防御细胞内病原体非常重要；但基于这一前提的疫苗在临床试验中没有提供保护。随后的研究集中于刺激额外的T细胞效应功能，特别是干扰素-γ（IFN-γ）、肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素2（IL-2）和IL-17的产生；但在迄今为止的研究中，这些与疫苗保护没有关联。

对感染性病原体的有效T细胞反应取决于T细胞的多种特征（图1），了解这些将为更好的疫苗开发提供信息。为此，Musvosvi等人在本期《自然医学》杂志上发表的一篇论文，对T细胞的抗原和表位（抗原的短肽片段）特异性在结核病免疫控制中的重要性做了新的阐述。为了做到这一点，作者前瞻性地收集了Mtb感染者的血液样本，这些人进展为活动性肺结核（进展者）和那些没有进展的人（控制者），并进行了T细胞受体（TCR）测序和生物信息学分析，这些分析是由结构研究提供的。

Mtb有一个很大的基因组（大约4000个蛋白编码基因4），所以宿主的T细胞组合面临着识别许多Mtb抗原的挑战。此外，结核病免疫学家还面临着识别哪些抗原被处理并呈现给具有不同人类白细胞抗原（HLA）异型的人类T细胞，以及其中哪些产生的T细胞能真正提供抗结核保护的挑战。

Musvosvi等人的研究结果建立在以前使用TCR序列和结构特征来推断感兴趣的T细胞的抗原特异性的努力之上。测序、结构测定和分析平台的进步--如GLIPH2（通过旁观热点对淋巴细胞互动进行分组）、DeepTCR和其他平台--加速了确定可用作传染病疫苗目标的抗原的努力，甚至是确定预测对癌症免疫疗法反应的TCR序列。然而，到目前为止，还没有将TCR取样结果与临床终点联系起来的纵向研究报告--这对于像结核病这样具有可变结果的疾病来说是至关重要的。

Musvosvi等人利用特征明显的结核病队列，其中一些人发展为活动性结核病，而另一些人则保持良好，他们利用Mtb反应性T细胞（大部分是CD4+）的单细胞和大量TCR测序以及GLIPH算法对识别相同表位的TCR进行分组。对其中的数千个进行过滤，以去除罕见的相似性组（更容易出现错误聚类），产生了175个与特定HLA等位基因相关的TCR相似性组。其中大多数在结核病进展者和控制者之间平均分布，而20个在控制者中更频繁，10个在进展者中更频繁。使用Mtb抗原库、人工抗原呈递细胞和报告T细胞系进行的进一步分析，确定了两个Mtb蛋白的表位，即PE13和CFP-10，这些表位被T细胞克隆识别，在控制者中富集。结核病的免疫控制与识别这些特定表位的CD4+T细胞之间的联系意味着含有这些表位的抗原可能是纳入结核病疫苗的良好候选物。需要进一步的研究来确定这些关联是否扩展到其他HLA等位基因、相同抗原中的其他表位和其他人类群体。

PE13是Mtb复合物中一个大蛋白家族的成员。虽然Musvosvi等人3确定的表位是PE13所独有的，但Mtb蛋白质组包括其他PE蛋白质中的9个肽，与该表位的序列相似度大于80%，这就引发了一个问题：保护可能是Mtb表达的多个PE13相关蛋白质交叉识别的结果？CFP-10值得注意的是它在现有的卡介苗中被删除了，它与ESAT-6作为异源二聚体分泌，ESAT-6与Mtb的毒力有关。因此，CFP-10将是一个有价值的疫苗抗原是合理的。然而，CFP-10（与ESAT-6）作为一种抗原被纳入检测Mtb感染的测试中，而这些测试并不能区分控制性和活动性结核。其他的CFP-10表位可能会对抗与本工作中确定的表位相关的保护吗？除了在诊断测试中测量的T细胞功能外，其他的T细胞功能是否可以解释保护作用？尽管作者建议应考虑将PE13和CFP-10纳入结核病的亚单位疫苗中，但在我们能够决定性地得出PE13和CFP-10是结核病疫苗的 "好 "抗原之前，还需要在更广泛的人群中进行更多的研究。

特别值得注意的是，作者确定了一个由结核病进展者中富含的T细胞克隆型识别的表位，可能反映了一种 "坏 "抗原。这个表位来自Mtb的EspA，一个与CFP-10相关的分泌蛋白：EspA是Mtb分泌CFP-10的关键，反之亦然。T细胞对CFP-10和EspA的识别效果明显相反，这突出了根据经验选择抗原的挑战，并强调需要进一步系统分析，将T细胞表型、表位和结核病的结果结合起来。

作者发现大多数TCR相似性簇在结核病控制者和结核病进展者中发现的频率相同，这意味着Mtb表达了许多诱导T细胞的抗原和表位，但对结核病的结果影响不大，因此在感染或疫苗反应方面是无用的。尽管这可能被认为是一种中性效应，但产生抗原特异性效应T细胞是需要新陈代谢的，所以这种效应实际上可能对宿主不利，对细菌有利--因为对 "无用 "表位的反应可能限制了识别 "好 "表位并有可能消除Mtb的T细胞的扩展、贩运和功能。另一个需要考虑的问题是T细胞的重要性，除了释放促进巨噬细胞杀死Mtb的细胞因子外，T细胞还具有其他功能：其他领域的工作已经揭示了T细胞在减轻组织损伤和促进组织修复方面的重要作用。这种效应器功能可能与抗原/表位特异性有关，值得考虑。

Musvosvi等人的工作表明，只要有足够的资源，系统分析T细胞对具有大型蛋白质组的病原体的反应是可能的，也是有参考价值的。许多问题仍然没有答案，包括这里的研究结果是否可以推广到本研究中以南非为主的队列以外的人群，是否可以识别更多的 "坏 "表位，以便在亚单位疫苗中避免它们，并从减毒活疫苗中删除，"无用 "表位和T细胞是否真的像它们看起来那样中性，以及最终，沿着这些思路的更多工作是否会导致结核病疫苗的改进。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41591-022-02110-9

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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