基于转基因球虫模型研究禽类保护性免疫应答产生的机制

There are two basic questions to be addressed in the development of vaccines, one being which antigens are protective antigens from a pathogen, the other the mechanism controlling the presentation of a protective antigen and it’s elicitation of protective immunity in a host. Our recent studies demonstrate that transgenic Eimeria induced potent immune responses against expressed foreign antigens in chickens. Based on the current progress in immunology and our previous findings, we will address the second question mentioned above by the usage of transgenic Eimeria as a pathogen model. We will construct different transgenic Eimeria strains expressing protective proteins from avian influenza virus, ligands for immunoreceptors, cytokines and employ heterologous prime-boost vaccination regimes to test two hypotheses proposed in this proposal. One proposes that the induction of protective immunity could be regulated by combination of pathogen factors (immunogenicity, location, dose and duration of antigens), host factors (binding of its immunoreceptors by ligands and cytokine milieu) as well as infection mode (vaccination regimes); the other is that ligands binding to its pattern recognition receptor on the professional antigen-presenting cells together with cytokine milieu decide exogenous antigen to be cross-presented via the MHCⅠpathway. The most convincing and generalizable findings from this study will be the elucidation of the mechanism controlling the induction of protective immunity and the extracellular mechanism controlling cross-presentation, and will also provide a new perspective for studying immune correlates of protection for the state-of-the-art vaccine development in chickens and other livestock.

疫苗免疫机理研究有两个基本科学问题，一是病原的哪些抗原是保护性抗原？二是调控保护性抗原被有效运送、递呈进而产生保护性免疫应答的机制为何？申请人近年从事转基因球虫及其免疫应答机制的研究表明，转基因球虫可激发宿主产生有效的针对外源抗原的免疫应答。因此本申请拟进一步利用转基因球虫模型来解析上述第二个问题。构建表达病毒蛋白、免疫受体配体、细胞因子等的转基因球虫及采用异源免疫策略来验证本申请提出的两个协同作用模式（假说）：一是宿主保护性免疫应答的产生系多因素协同作用的结果，即病原因素（免疫原性、空间位置、表达量、持续时间/方式）、宿主因素（免疫受体-配体和细胞因子）及感染方式（免疫策略）多个层面协同调控保护性免疫应答的产生；二是免疫受体-配体和免疫微环境通过协同作用促使树突状细胞将外源性抗原交叉递呈于MHCⅠ类途径。研究结果将为高效疫苗研制提供关键切入点和免疫学基础。

阐明疫苗抗原被有效运送、递呈进而激发宿主产生保护性免疫应答的机制是解析疫苗保护性免疫应答产生机理的关键突破口。本项目利用表达异源病原抗原的转基因球虫为模型验证和回答提出的科学假说，即保护性免疫应答的产生是多种因素（病原因素、宿主因素及感染方式）协同作用的结果。我们通过提升球虫表达异源抗原的量、构建异源抗原不同表达部位和方式以及表达细胞因子和免疫受体的配体的转基因球虫系、采用异源-初始加强的免疫策略等多个层面开展研究。研究结果证实，使用球虫自身高表达量蛋白的强启动子、增加基因拷贝数是增强球虫表达异源抗原量的有效策略。表达量提升的转基因球虫激发宿主产生免疫应答的水平更高。细胞因子如IL-2和免疫受体配体如Fc片段通过适当的递呈形式（持续分泌型表达或膜表面展示），可有效调节转基因球虫感染后的免疫微环境，增强球虫抗原的有效递呈，提升免疫应答的水平。以弓形虫和球虫抗原为模型的研究结果证实，膜表面表达的异源抗原可激发宿主产生抵抗异源病原感染的免疫保护力。我们的研究结果还显示，表达HA1的转基因球虫与禽流感灭活疫苗采用异源初始-加强的免疫策略能够降低免疫组攻毒后同居鸡群的排毒量。本项目的研究成果提供了一种用于研究禽类抗病原尤其是肠道病原感染免疫应答机制的理想模型，也促进了球虫作为真核疫苗载体的研制进程。. 在该项目的资助下，研究团队已发表相关SCI文章17篇（影响因子大于5的文章2篇），中文期刊论文3篇，会议论文17篇；授权专利2项，申请发明专利3项；培养毕业博士5名，硕士3名，在读硕士研究生3名；团队成员参加国际会议和邀请领域内专家来华进行学术交流达26人次。超额完成申请书拟定的研究目标（团队成员参加国际会议和邀请领域内专家来华进行学术交流14人次，发表研究相关的SCI文章8-10篇，其中影响因子大于5的文章2-3篇。培养4名博士研究生和5名硕士研究生）。