Zoonoses原创论文 | 转录组学解析结核疫苗卡介苗BCG免疫学特征

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RNA-seq Analysis of the BCG Vaccine in a Humanized Mouse Model

转录组学解析结核疫苗卡介苗BCG免疫学特征

作者：Jie Wang, Jie Mi, Yan Liang, Xueqiong Wu, Junxian Zhang, Yinping Liu, Lan Wang, Yong Xue, Yingchang Shi, Wenping Gong, Xinru Wang

2023年1月3日，Zoonoses杂志刊发了解放军总医院第八医学中心结核病医学部研究所龚文平副所长团队的一篇原创研究《RNA-seq Analysis of the BCG Vaccine in a Humanized Mouse Model》（转录组学解析结核疫苗卡介苗BCG免疫学特征）。

结核病是由结核分枝杆菌引起的一种呼吸道传染病。根据世界卫生组织发布的《2021年全球结核病报告》，2020年全球新增结核病病例987万例，中国占8.5%，位列第二。中国是结核病负担沉重的国家。研究表明，接种疫苗是预防和控制结核病最有效的方法之一。卡介苗（BCG）是牛分枝杆菌经多次传代后的减毒活疫苗，是唯一被批准用于结核病预防的疫苗，已经被使用了100多年。BCG对儿童重症结核和粟粒状结核具有一定的保护效果，可使婴儿死亡率降低50%。然而，BCG的保护作用持续约10-20年，对成人的防御效率为0% ~ 80%。此外，越来越多的流行病学证据表明，BCG接种可诱导训练免疫，对非结核感染具有非特异性保护。

BCG通过触发先天免疫细胞（如单核细胞和自然杀伤细胞）诱导非特异性免疫，从而增强代谢活性，上调促炎细胞因子(IL-1β、TNF-α和IL-6)，从而在第二次感染中产生更快、更强的免疫反应。BCG是一种有100年历史的古老疫苗，在全球范围内挽救了无数生命，但其诱导免疫保护的分子机制尚不清楚。在之前的研究中，我们通过对MP3RT疫苗的研究建立了完整的转录组分析方法。我们构建了中国人群特异性人源化C57BL/6小鼠，其遗传背景与野生型小鼠显著不同。该动物模型提高了预测的准确性，有助于评估中国人群的免疫反应。为了阐明BCG诱导免疫保护的分子机制，我们使用转录组学技术建立了BCG接种诱导的差异基因表达谱，并对筛选的差异表达基因(DEGs)进一步进行基因本体论(GO)、京都基因与基因组百科(KEGG)信号通路富集和蛋白相互作用网络分析。本研究为探索BCG诱导免疫保护的分子机制提供了理论依据。

在本研究中，我们分别采用了4只PBS组小鼠和5只BCG组小鼠样本进行了转录组测序及DEGs分析，并对两组小鼠的转录组学测序数据进行分析并绘制聚类热图（图1A）和火山图（图1B）。结果显示，PBS组的4个样本聚类特征基本一致，BCG组的5个样本聚类特征基本一致。越红代表上调得越明显，越绿代表下调得越明显。与PBS组相比，BCG疫苗组共有1035个基因存在差异表达，其中398个显著上调，637个显著下调。

我们进一步对BCG疫苗诱导的人源化小鼠的DEGs进行GO富集分析。按照P值由小到大进行排序，筛选出富集分数排名前10的GO Terms。结果显示（图2），DEGs的GO分析在细胞粘附、氧的运输、受体复合物、碳水化合物结合、丝氨酸型内肽酶活性、过氧化物酶活性等词条显著富集。

我们对BCG疫苗诱导的DEGs进行KEGG通路富集分析（图3）显示，DEGs主要富集在Rap1信号通路、轴突导向、癌症中的蛋白多糖、PI3K-Akt信号通路、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、粘着斑痕、细胞因子-细胞因子受体相互作用、血小板活化、造血细胞谱系等通路中。

为了进一步分析DEGs的蛋白质之间的关系，我们做了DEGs的蛋白质互作网络分析。使用BLAST软件，将目的基因与STRING数据库中的蛋白质进行序列比对，寻找同源蛋白，根据同源蛋白的互作关系对构建互作网络（图4）。结果如图所示，蛋白Myc、Itgb3和vegfa聚集度最大，聚集系数最高，连通性最好，并且基因myc和itgb3在转录组测序数据中均差异表达下调，基因vegfa差异表达上调。

总之，在人源小鼠模型中，BCG诱导的1035个DEGs的转录组分析显示，差异下调基因myc和itgb3主要参与PI3K-Akt信号通路。这些基因可能在卡介苗免疫保护的分子机制中发挥重要作用，这一可能性有待进一步验证。本研究为结核病的诊断和治疗提供了新的生物标志物，并为进一步探索卡介苗诱导的免疫训练提供了理论依据。

原文链接：（点击下方阅读原文可直达）

https://www.scienceopen.com/hosted-document?doi=10.15212/ZOONOSES-2022-0035

转自：“ISE学术前沿”微信公众号

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