肠道菌群对口服脊髓灰质炎疫苗粘膜免疫反应的影响与作用机制

Recent studies suggest that the gut microbiota may influence the efficacy of oral vaccines. Mucosal antibody response plays a important role to inhibit virus replication, especially in developing regions to block fecal-oral transmission. We examined mucosal antibody response against poliovirus by measuring the IgA antibody in fecal samples collected from 107 infants 14 days after sequential vaccination combining IPV with OPV. Meanwhile, the gut microbiota was identified using 16s ribsomal RNA sequencing at the time of vaccination. Our datas from clinical trial dectected that intestinal microbiota was associated with mucosal antibody response to poliovirus vaccine. Bifidobacterium and Clostridium were enriched in IgA positive and negative infants respectively. This study will do experiment in poliovirus receptor (PVR) transgenic mice inoculated with gut microbiota and OPV, by which to analyze activated immune cell subsets, the level of cytokines and IgA, and expression profile of intestinal epithelium in the PVR mices，and to further investigate: ①independ influences of different microbial strains on mucosal antibody response; ②the effects of different microbial strains on poliovirus-specific mucosal antibody response; ③ the mechanism of gut microbiota inhibit or active mucosal antibody response, as a role of immunoregulation presenting in mucosal antibody response to poliovirus vaccine. The data from this study will supplement the understanding of relationship between gut microbiota and oral vaccine.

近期的研究表明肠道菌群可能影响口服疫苗的有效性。口服脊髓灰质炎疫苗（OPV）引起的肠道粘膜免疫反应可以有效抑制病毒沿粪口途径传播。临床试验中，我们检测了107名婴幼儿的肠道脊灰特异的IgA，以此分析婴幼儿脊灰特异的粘膜免疫反应。同时，采用16S rRNA测序技术分析在接种OPV当天婴幼儿粪便中的肠道菌群结构。结果表明肠道菌群与OPV引起的粘膜免疫反应相关，双歧杆菌和梭菌分别富集于IgA阳性和阴性的人群中。本次研究将利用脊灰受体转基因小鼠动物模型，接种IgA阳性和阴性人群中差异菌株的小鼠适应株和OPV，并通过相关检测，分析其激活的免疫细胞亚群、细胞因子、IgA分泌水平和肠道上皮细胞的表达谱等，从而探讨①不同类型肠道菌对肠道粘膜免疫环境的影响；②不同肠道菌在疫苗引起的肠道粘膜免疫反应中的效应；③肠道菌调节疫苗引起的粘膜免疫反应中的作用机制。本研究结果将补充人们对口服疫苗和肠道菌群间关系的认识。

由于全球Ⅱ型野生型脊灰病毒已经宣布被消灭，为减少Ⅱ型口服脊灰疫苗衍生株相关病例流行（cVDPVⅡ），从2016年发展中国家实施新的脊髓灰质炎疫苗免疫策略，停用脊灰减毒活疫苗（OPV）中的Ⅱ型成分，改用1剂脊灰灭活疫苗（IPV）加上2剂二价OPV（bOPV）。相比IPV，OPV诱导肠道黏膜免疫能阻断最初的脊灰粪-口途径传播途径。从新政策实施以来我们的研究表明脊灰特异的黏膜中和抗体减少，排毒增加。因此，如何提高脊灰疫苗引起的黏膜免疫限制病毒复制成为目前实现全球脊灰消灭的关键。我们的前期临床研究表明肠道菌群与脊灰疫苗激发的肠道黏膜免疫球蛋白A（IgA）水平相关。在本次研究中我们使用脊灰受体转基因小鼠动物模型，模拟人体的肠道菌群环境，接种临床试验中存在肠道脊灰特异IgA差异的受试者粪便样本和差异菌群，并口服接种脊灰减毒疫苗，在此过程中观察免疫学的指标和效应，寻找不同类型菌群所引起的免疫效应的差异，初步探讨菌群、免疫系统与疫苗免疫效率之间的相互关系和作用机制。结果表明定植脊灰特异的粘膜IgA（PV-IgA）为阳性的婴幼儿肠道菌群后的脊灰受体转基因小鼠，在接种bOPV后检测到的PV-IgA水平更高、脊灰排毒反应更低。富集于PV-IgA为阴性的婴幼儿肠道梭菌定植小鼠在接种bOPV后的脊灰特异肠道粘膜免疫反应降低、排毒反应上升。双歧杆菌可提高bOPV接种后粘膜免疫的PV-IgA水平。定植梭状芽胞杆菌的小鼠肠道固有淋巴细胞群诱导产生更多的Th17和Treg细胞群，这可能抑制了疫苗诱导特异的黏膜免疫反应。另外代谢组和转录组分析表明，定植状芽胞杆菌的小鼠肠道碳水化合物代谢水平降低，能量代谢途径可能影响肠道合成PV-IgA。在接种bOPV之前服用双歧杆菌，可以适当增加接种bOPV后B淋巴细胞分化，提高脊灰特异的粘膜IgA分泌水平，然而这种效应只发现在初次bOPV免疫后，随bOPV免疫剂次增加而减少。我们研究提示了肠道菌群在脊灰特异的粘膜免疫中发挥的潜在作用，为我们下一步开发新的佐剂提高口服疫苗效率提供线索。