它在人体内只存活数周,但无数次救了你的命

作者: clefable

来源: 环球科学

发布日期: 2022-10-14 22:03:42

本文探讨了免疫系统在疫苗接种中的作用,特别是B细胞在对抗HIV等病毒中的关键角色。通过研究,科学家们发现了一种新的疫苗接种方法,可以延长生发中心的存在时间,从而产生更强大和多样化的抗体,为开发有效的HIV疫苗提供了新的希望。

免疫系统很强⼤,但有多强⼤,这是个未知数。在接种疫苗时,我们可能会忽略⼀件事情,提供保护的其实并不是疫苗,⽽是身体⾥的免疫系统。疫苗或许是⼈类想到的第⼀种通过调控⼈体内的免疫系统,来制服强⼤病原体的⽅法。疫苗不可以了?很多时候,疫苗都能有效对抗病毒,但也有碰壁的时候,例如遇上HIV。为了研制HIV疫苗,科学家花了数⼗年的时间,但⼀直没有获得实质有效的疫苗。

抗原改变是病毒逃脱免疫反应、疫苗失效的最主要原因。不过,漫⻓的演化也让我们的免疫系统有了⼀套应对办法。数年来,美国拉霍亚免疫学研究所(La Jolla Institute for Immunology,LJI)的Shane Crotty教授领导的研究团队尝试改变了⽬前的疫苗接种⽅法,激发了动物体内的免疫反应,使其产⽣迄今为⽌针对HIV的最强⼤的免疫攻击。

这些发现为后续开发出⼀种真正有效的HIV疫苗奠定了基础,⽽从中我们也能重现认识⾃身免疫系统的强⼤。免疫系统真的可以Shane Crotty教授和同事关注的是免疫系统中的B细胞,它们的直径只有⼏微⽶,但毫⽆疑问是⼈体内最强⼤的武器之⼀。B细胞由⻣髓⽣产,最初从⻣髓进⼊⾎液和淋巴系统时还⽐较⻘涩,被称为“初级B细胞”(Naive B cell)。它们⽬的地是次级淋巴器官,⽐如淋巴结、脾脏、扁桃体等。

这些器官在身体的很多区域都有分布,它们最主要的任务是让“初级B细胞”成熟起来,变成⼀种强⼤的免疫武器。成熟过程都是⽐较痛苦的,对初级B细胞来说可能尤其如此。抵达⽬的地后,它们需要进⼊⼀个特殊的囊泡结构,称为⽣发中⼼。这个“中⼼”⾥⾯包含“暗区”和“光区”。流程上,B细胞需要先到“暗区”待⼀段时间,再进⼊“光区”。这个过程可能也是被迫的,因为初级B细胞的寿命通常只有⼏天,到了⽣发中⼼才有续命的机会。

每当有新的病原体⼊侵或疫苗进⼊⼈体,免疫系统都会经历这样的过程,B细胞不停突变,直到能⽣成合适的抗体,并⽤这些抗体扑灭病原体,我们才得以平安。⽽如果再有另外⼀个变异株⼊侵,曾经那些效应B细胞和记忆细胞产⽣的抗体将不再有效。这时,⽣发中⼼会重新启动,演化出更厉害的效应B细胞,⽽留给“⽼将”后路可能也是凋亡。这个过程——制造出新⼀代效应B细胞,通常需要数周的时间。

Shane Crotty教授将⽣发中⼼称为“抗体演化的引擎”,他说,“这真的是⼀种进化,这个过程⾮常有效,新抗体结合病毒的能⼒提⾼了1000倍。”⽽⽣发中⼼就像⼀个“临时商店”,危机⼀过,它就会崩溃,不⻅踪影。⼀般来说,免疫反应进⾏到15~21天左右,⽣发中⼼会消失,好像收到了某种未知的信号。

Shane Crotty的想法是,既然“⽣发中⼼”如此强⼤,能不能让它存活得更久⼀点,让效应B细胞变得更厉害,⽤来对抗HIV呢?持久⼀点,更好的抗体2019年,在发表于《细胞》的⼀项研究中,Crotty等⼈在普通猕猴(rhesus monkey)中尝试了⼀种新的疫苗接种⽅法,相⽐于常规的⼀次性接种策略,他们采取了⼀种新的、“缓慢”接种疫苗(HIV的包膜蛋⽩+⼀些佐剂)的策略。

具体⽅法为,将相同剂量的疫苗在2周时间内分7次注射到猕猴体内,剂量逐次递增。这个接种⽅法,其实接近⾃然情况下急性感染的过程。他们发现,在接种疫苗2周后,⽣发中⼼⾥才有产⽣中和性抗体的B细胞出现。如果是单次接种疫苗,这类B细胞的数量在7周后会达到顶峰,随后就不再变化。但如果是缓慢多次接种,完成7周后,⽣发中⼼⾥这类B细胞的数量还会继续上升,达到⼀个很⾼的数值。

除此之外,T囊泡辅助细胞的数量,也会明显增加,这会促进效应B细胞形成更多样化的抗体。这些抗体能与抗原上更多的位点结合,有更好的中和效果。在近期发表于《⾃然》杂志的研究中,研究团队⼜设计了⼀组新的实验,想看看⽣发中⼼能坚持存在多久,抗体的多样性和中和效果如何。实验中包括3个⼩组,前2个⼩组(A和B)分别是在第0周和第10周(2个多⽉)时,分别接种第⼀剂和第⼆剂疫苗。

C组第2针的时间,推迟到了第30周左右(7个⽉左右)。A组为对照组,第⼀剂采⽤传统的疫苗接种⽅法,即⼀针打完;⽽B组和C组的第⼀剂都采⽤缓慢接种的策略,即剂量不变的情况下,2周内接种7次疫苗,且剂量依次增加。这3组的第⼆剂接种都是⼀针打完。在B/C两组疫苗中添加的佐剂,研究⼈员进⾏了⼀些调整,使得⽣发中⼼的表现更加稳健。实验结果印证了之前发表在《细胞》发表的研究成果,不过这次获得的数据更加清晰。

在疫苗接种完成3周后,⼩⿏体内⽣发中⼼⾥的B细胞(⽤BGC表示)数量都达到了⼀个峰值。不过具体数量存在显著差异,B/C组中的BGC占B细胞总数的⽐值达到了24%~33%,⽽A组(对照组)的这⼀数值,只有3.5%。且接下来的近10周中,B/C组的这⼀数值能继续维持在20%左右,A组的数据则⼀直在3%左右。这⼀数值也直接影响了产⽣特异性中和抗体的B细胞数量,也就是能够有效抗击病原体的细胞数量。

在B/C组中,这类细胞的数量不断上升,第10周时已经达到了A组的186倍。在第⼆剂(加强针)接种之后,每组的这类细胞都有⼀定的增⻓,不过B/C组仍然远远地超过了A组。由于C组的第2针接种较晚(30周左右),研究⼈员⼀直在持续收集数据,发现直到第29周,⽣发中⼼仍然具有活性,即使是在这时,针对HIV包膜蛋⽩特异性的B细胞数量,仍然是A组巅峰时期的27倍。

也就是说,在缓慢接种策略中,即便⽣发中⼼有近191天(6个⽉)的时间不再接触抗原,它也能继续存在,继续发挥作⽤。分多次、缓慢接种疫苗,实际上改变了⽣发中⼼的整个发展过程。在2项研究中,Crotty等⼈也使得⽣发中⼼的存在时间从最开始的数周,延⻓到了2个⽉,再到6个⽉。⽣发中⼼有更⻓的时间招募B细胞、抗原滞留的时间更⻓,这样通过⼀次⼀次地抗原刺激,能产⽣更厉害、更多样的抗体的效应B细胞才得以形成。

更多、更厉害的抗体对于HIV以及与之类似的、不断变异的病毒来说,最为理想的疫苗或是能促使机体产⽣交叉反应,产⽣更⼴泛的中和性抗体,以应对病毒不断的突变。在第⼀剂和第⼆剂接种后,所有第⼀剂采⽤缓慢多次接种的猕猴都发⽣了很强的抗体中和反应,产⽣的中和性抗体滴度均⾼于2000。⽽第⼀剂1针打完的⼩⿏中,开始的效果没有B/C组好,加强针没有特别明显的效果,抗体的滴度很低,只有37。

研究⼈员发现,在6个⽉时(还没有接种第⼆剂),C组猕猴⽣发中⼼的BGC细胞不仅还能不断扩增,其在功能上也保持着完整性,且⼀直在进⾏抗体的⾼频突变。从第3周到第29周,⽣发中⼼中未成熟B细胞不断减少(低于1%),B细胞产⽣的抗体上出现了越来越多的突变位点。从第3周到第29周,随着其中细胞的不断突变,⼀种中和性抗体经历了近40次突变,起初亲和⼒不⾼,⽽最终对抗原的亲和⼒提⾼了1000倍。

还有其他中和性的抗体也突变了近30次。这些发现表明,在抗体形成中付出⾜够的耐⼼是很有价值的,在这个时间⾥,它们会不断演化,变得更加多样化。⾯对我们难以抵抗的病原体,缓慢给药和逐渐增加剂量的策略取得了成效。这样出现的抗原可能已经让免疫系统有⾜够的时间,“品尝”到病毒的味道,从⽽使⽣发中⼼持续保持开放,促使B细胞尽可能⻓时间地进化,以应对病毒的威胁。

但考虑到接种⽅法⽐较麻烦,从猕猴到真正应⽤在⼈的身上,还需要⼀定的时间。

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