Nature大子刊：天然微米粒子调节衰老群体疫苗应答

衰老会损害免疫功能并降低疫苗效力，但树突状细胞作为通过抗原呈递启动免疫应答的核心细胞，是否导致这种衰退尚不清楚。通过对年轻和衰老小鼠疫苗接种后淋巴结变化的单细胞RNA测序分析，我们发现了衰老过程中树突状细胞迁移的缺陷，以及迁移性树突状细胞中与功能障碍相关的基因特征，并将这些缺陷与衰老中观察到的疫苗应答减弱联系起来。此外，我们证明口服酵母来源的纳米颗粒可提高肠道树突状细胞中趋化因子受体CCR7的表达，促进它们在免疫后响应趋化信号向淋巴结的迁移，从而增强衰老动物的疫苗诱导免疫。这些发现揭示了免疫衰老的一个关键机制，并为改善衰老中树突状细胞功能和疫苗效力提供了一种非侵入性策略。
衰老伴随着多种生理系统的进行性退化，包括胸腺退化、细胞衰老、先天免疫失调和慢性炎症。在COVID-19大流行期间，年龄是导致重症COVID-19综合征的最关键因素之一。尽管疫苗取得了成功，但老年人通常表现出抗体应答减弱、效应T细胞应答降低以及疫苗接种后免疫记忆形成受损。鉴于目前各种传染性病原体的日益增长威胁，如何提高老年人群疫苗的效力是全球范围内至关重要的公共卫生目标，特别是在发展中国家。此外，理解其潜在机制对于专门为老年人群定制疫苗接种策略、提高他们对各种传染病的保护至关重要。
疫苗接种后抗原特异性抗体的产生通过两种主要的细胞途径发生：一种是抗原暴露后早期抗体激增的细胞外应答；另一种是淋巴结中生发中心反应，它产生能够长期持续存在的浆细胞和记忆B细胞。最近的研究表明，衰老小鼠疫苗应答减弱的主要原因可能包括初始T细胞和B细胞产生减少、CD4阳性T细胞应答受损、滤泡辅助性T细胞的空间失调、表位特异性T细胞克隆不足以及细胞因子产生失调。树突状细胞是免疫系统中关键的抗原呈递细胞，在启动免疫应答中发挥核心作用。尽管已经揭示了几种与年龄相关的免疫细胞缺陷，但关于树突状细胞缺陷对免疫后疫苗应答的影响及其潜在机制的研究有限。
传统2型树突状细胞是树突状细胞的一个亚群，在启动和塑造CD4阳性T细胞应答中发挥主要作用，特别是Th2和Th17应答。在本研究中，我们发现与年龄相关的树突状细胞迁移缺陷在衰老小鼠免疫后观察到的免疫应答减弱中起着关键作用。与年轻小鼠相比，衰老小鼠淋巴结中迁移性cDC2的数量和频率在免疫后显著下降，而其他树突状细胞亚群则没有这种变化。我们发现衰老小鼠中减少的迁移性cDC2数量与下降的血清抗体滴度之间存在显著正相关。值得注意的是，我们发现口服酵母来源的纳米颗粒可以增强衰老小鼠的疫苗应答并补充淋巴结中的迁移性cDC2。我们进一步发现，口服YNP可以有效促进肠道树突状细胞中CCR7的表达，利用Kaede小鼠证明，这促进了它们在免疫后响应趋化因子从肠道向次级淋巴器官的迁移。我们确定了衰老小鼠疫苗接种后淋巴结中迁移性cDC2的缺陷，并探索了一种通过肠道-免疫对话、具有潜在安全、低成本和非侵入性特点的口服干预策略，以克服老年个体的低反应性。
各图解读
图1 | 衰老小鼠表现出对疫苗接种的免疫应答减弱
图1系统展示了衰老对疫苗诱导免疫应答的影响。A部分示意了实验设计：对年轻（8-10周龄）和衰老（80-90周龄）小鼠进行RBD蛋白加弗氏佐剂的皮下免疫。B部分通过ELISA检测血清抗RBD IgG抗体滴度，显示衰老小鼠的抗体应答显著低于年轻小鼠。C部分通过假病毒中和实验显示，衰老小鼠对多种SARS-CoV-2变异株（武汉株、Beta、Delta、BA.1）的中和抗体滴度均显著降低。D部分显示，衰老小鼠淋巴结中生发中心B细胞的数量显著减少。E部分通过ELISpot检测脾脏中RBD特异性IFNγ产生细胞，显示衰老小鼠的T细胞应答显著减弱。F和G部分通过细胞内细胞因子染色显示，衰老小鼠CD4和CD8 T细胞中产生IFNγ、IL-2和TNF的细胞频率均显著降低。扩展数据图显示，衰老小鼠外周血和淋巴器官中T细胞总数减少，初始T细胞比例下降而效应/记忆表型增加，T细胞表达更高水平的耗竭标志物（PD-1、TIM-3、LAG-3、CTLA-4），B细胞数量减少且与抗体滴度正相关，树突状细胞表达更高水平的抑制性配体（PD-L1、TIM-3、LAG-3）。这些结果确立了衰老小鼠疫苗接种后免疫应答减弱的模型。
图2 | 衰老小鼠接种疫苗后淋巴结中迁移性cDC2减少
图2通过单细胞RNA测序深入分析了淋巴结中树突状细胞的变化。A部分示意了scRNA-seq的实验设计，比较年轻和衰老小鼠在免疫后第7天的淋巴结。B和C部分通过t-SNE降维展示了淋巴结中免疫细胞的聚类和树突状细胞亚群的细分，包括迁移性cDC2、驻留性cDC2、cDC1、朗格汉斯细胞等。D到G部分显示，免疫后衰老小鼠淋巴结中迁移性cDC2的百分比和绝对数量均显著低于年轻小鼠，而其他树突状细胞亚群无显著差异。H部分显示，衰老小鼠迁移性cDC2中CCR7（淋巴结归巢关键趋化因子受体）的表达显著降低。I和J部分通过相关性分析显示，迁移性cDC2的数量与血清抗体滴度、滤泡辅助性T细胞数量均呈显著正相关。K到N部分进一步分析了树突状细胞的功能基因表达，衰老小鼠迁移性cDC2中与内吞、抗原加工呈递、趋化信号通路相关的基因表达下调，而与细胞功能障碍相关的基因表达上调。扩展数据图显示，其他树突状细胞亚群（cDC1、朗格汉斯细胞、驻留性cDC2）的数量与抗体滴度无显著相关性，强调了迁移性cDC2在衰老相关疫苗应答减弱中的特异性作用。
图3 | 口服YNP补充淋巴结迁移性cDC2增强衰老小鼠疫苗应答
图3展示了YNP的制备、表征及其对树突状细胞的影响。A到D部分展示了YNP的制备过程和表征结果：通过超高压低温匀浆从酵母细胞壁中获得粒径约300 nm的球形纳米颗粒，主要成分为β-葡聚糖（90.60%），具有良好的稳定性和分散性。E部分示意了实验设计：衰老小鼠接种疫苗的同时口服YNP（每2天一次，持续1周）。F到H部分显示，YNP处理显著增加了淋巴结中树突状细胞的数量和Ki67阳性增殖树突状细胞的数量。I到K部分显示，YNP处理显著增加了淋巴结中CCR7阳性树突状细胞的比例和数量。L和M部分通过t-SNE分析显示，YNP处理显著增加了淋巴结中迁移性cDC2的比例。N到Q部分通过转录组分析显示，YNP处理上调了迁移性cDC2中与内吞、抗原加工呈递、趋化信号通路相关的基因表达，下调了功能障碍相关基因表达。R部分通过细胞通讯分析显示，YNP处理后树突状细胞与T细胞、B细胞之间的相互作用增强。扩展数据图显示，YNP处理未引起肠道炎症或通透性改变，且对T细胞和B细胞的耗竭标志物表达无直接影响，表明其作用主要通过对树突状细胞的调节实现。图4 | YNP增强衰老小鼠的疫苗应答
图4展示了YNP对衰老小鼠疫苗应答的增强作用。A部分示意了免疫与YNP处理的时间线。B部分显示，YNP处理使血清抗RBD IgG抗体滴度提高2.5-3倍。C部分显示，YNP处理显著增强了对多种SARS-CoV-2变异株的中和抗体应答。D到F部分通过scRNA-seq分析淋巴结T细胞，显示YNP处理显著增加了滤泡辅助性T细胞的比例，并上调了与Tfh细胞活化相关的基因（Pdc1、Cxcr5、Irf4、Bcl6等）。G到I部分分析B细胞，显示YNP处理显著增加了浆细胞的比例，并上调了与B细胞活化、分化、增殖相关的基因表达。J部分通过ELISpot显示，YNP处理显著增加了脾脏中RBD特异性IFNγ产生细胞的数量。K和L部分显示，YNP处理显著增加了CD4和CD8 T细胞中产生IFNγ、IL-2、TNF的多功能T细胞比例。扩展数据图显示，在OVA模型和年轻小鼠中也观察到类似的增强效应，证明了该策略的广泛适用性。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s43587-026-01068-4