单细胞转录组学将禽冠状病毒初次免疫接种效果与抗原呈递细胞偏好相关联

Single cell transcriptomics correlate avian coronavirus prime vaccination efficacy with antigen-presenting cell preference.

作者信息Xuefeng Li, Yumeng Liang, Yu Zhang, Botao Fa, Zheyi Liu, Lu Cui, Miaomiao Xi, Shufeng Feng, Li Xu, Xiaoxiao Liu, Zhengtao Xiao, Shengwang Liu, Hai Li
PMID40382358
发布时间2025-05-18
DOI10.1038/s41541-025-01154-5

实验完整度

包含scRNA-seq动态免疫图谱、流式细胞术、ELISA、病毒攻击等体内验证,以及细胞通讯和拟时序分析等多层级证据。

主要模型

35日龄BWEL SPF雄性鸡 H120减毒活疫苗 H120灭活疫苗 H9N2减毒活疫苗和灭活疫苗

重点核对

鸡品系:35日龄BWEL SPF雄性鸡 疫苗剂量和途径:活H120鼻内100 μL(10^4 EID50/mL),灭活H120皮下300 μL(10^6 EID50/0.1 mL) 初次免疫时间点:0, 4, 7, 14 dpv 加强免疫:灭活H120在初次免疫后21天进行 样本数:每组6只半同胞鸡

摘要

安全有效的疫苗迫切需要用于预防和控制禽传染性支气管炎病毒(IBV),这是首个被发现的冠状病毒,尽管数十年来进行了广泛疫苗接种。然而,由于我们对初次免疫接种的理解有限,其开发受到阻碍,而初次免疫接种对于合理的疫苗设计至关重要。在此,我们构建了用减毒活疫苗或灭活IBV免疫的鸡的体内动态单细胞分辨率的血液免疫图谱。生物信息学分析结合体内检查揭示,减毒活疫苗和灭活疫苗通过不同机制重塑淋巴细胞并导致相同的组成。灭活疫苗通过树突状细胞激活T淋巴细胞,随后在初次免疫时依赖T淋巴细胞的B淋巴细胞扩增,但仅在加强免疫后诱导病原体特异性抗体。使用减毒活疫苗进行初次免疫接种导致初始偏好单核细胞/巨噬细胞作为抗原呈递细胞(APCs),随后广泛激活主要APC,这促进了快速的T淋巴细胞扩增并引发满意的体液免疫。随着APC利用的差异,减毒活疫苗和灭活疫苗产生了不同的TCR谱系,并引发了不同的B淋巴细胞动态,尽管它们最终的BCR库相似。此外,APC偏好与疫苗有效性相关,而非与疫苗类型相关,因为初次禽流感疫苗接种触发了有效的适应性免疫应答,其APC偏好与减毒活IBV相同。本研究全面表征了禽冠状病毒初次免疫接种,并强调了APC偏好的关键作用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
减毒活和灭活IBV疫苗初次免疫接种如何引发不同的适应性免疫应答,其机制是什么?
核心机制
减毒活疫苗偏好单核细胞/巨噬细胞作为APCs,增强MHC II信号,随后广泛激活APCs;灭活疫苗偏好树突状细胞作为APCs,但MHC II信号受阻,导致T细胞激活延迟且依赖T细胞的B细胞活化。APC偏好与疫苗效力相关,而非疫苗类型。
主要证据
scRNA-seq分析71,029个PBMC揭示不同APC偏好,FCM验证MHC II表达,ELISA检测抗体和细胞因子,以及病毒攻击实验显示活疫苗提供保护而灭活疫苗未提供。
研究意义
研究强调APC偏好对初次免疫效果的关键作用,为禽类及人冠状病毒疫苗的合理设计提供参考。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立和疫苗接种

建立比较模型,评估减毒活和灭活IBV疫苗的免疫效果。

35日龄BWEL SPF鸡分别鼻内接种活H120或皮下接种灭活H120,在0, 4, 7, 14 dpv采集血液,并在35 dpv对灭活组进行加强免疫。

2

PBMC分离和单细胞RNA测序

获取免疫细胞的单细胞转录组图谱,以分析细胞组成和状态变化。

通过红细胞裂解和密度梯度离心分离PBMC,并进行scRNA-seq(10x Genomics平台)。

3

单细胞转录组数据分析

注释细胞类型、分析组成变化、细胞通讯和轨迹。

使用Cell Ranger处理数据,Seurat聚类和注释,CellChat分析细胞通讯,Monocle3进行拟时序分析。

4

流式细胞术验证关键细胞亚群

验证单细胞测序发现的细胞表面标志物变化。

用抗体染色检测CD4、CD8、MHC II等,分析T细胞和单核细胞亚群。

5

ELISA检测抗体和细胞因子

评估体液免疫和细胞因子应答。

检测抗N蛋白抗体、总抗体、HI抗体、IFN-γ和TGF-β1。

6

病毒攻击实验

评估疫苗的保护效果。

初次免疫后5周或加强免疫后,鼻内攻击H120,检测口咽拭子病毒脱落。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
红细胞裂解液SolelyBio--
鸡淋巴细胞分离试剂盒(Ficoll)Haoyang Biological Technology--
RPMI 1640培养基Gibco--
RNA小提试剂盒Axygen Scientific Inc--
一步法PrimeScript RT-PCR试剂盒Takara--
pMD18-T载体Takara Biotechnology--
IBV酶联免疫吸附测定试剂盒NECVB--
过氧化物酶标记的兔抗鸡Fc抗体Sigma-AldrichA9046
纯化的天然鸡IgYBiossbs-0310P
鸡IFN-γ ELISA试剂盒Mabtech--
鸡TGF-β1 ELISA试剂盒mlbio--
CD3抗体SouthernBiotech8200-11
CD4抗体SouthernBiotech8210-02
CD8α抗体SouthernBiotech8390-09
Bu1抗体SouthernBiotech8395-02
MRC1LB抗体SouthernBiotech8420-09
MHCII抗体SouthernBiotech8350-02
Cytomics FC 500流式细胞仪Beckman Coulter Inc.--
Chromium™单细胞3'试剂盒v310x Genomics--
Chromium™单细胞控制器10x Genomics--
Illumina HiSeq 2500测序系统Illumina--
Cell Ranger流程10x Genomics--
SPSS软件包SPSS Inc.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
鸡和分组
鸡品系、年龄、性别、SPF状态、半同胞配对数
阅读提示:方法部分:Experimental animals, virus, in vivo infection, and vaccination
疫苗接种
疫苗株、剂量、途径(鼻内/皮下)、时间点
阅读提示:方法部分:Experimental animals, virus, in vivo infection, and vaccination;图1
PBMC分离和单细胞测序
红细胞裂解缓冲液品牌、密度梯度离心步骤、细胞池化策略、10x Genomics试剂盒版本
阅读提示:方法部分:Peripheral blood cell separation和Single-cell RNA sequencing
流式细胞术
抗体克隆号和荧光标记、染色条件和仪器
阅读提示:方法部分:Flow cytometry;图2J和4F
ELISA检测
试剂盒品牌和货号、血清稀释、S/P比临界值
阅读提示:方法部分:Serology detections;图1A,B
病毒攻击
攻击毒株、剂量、途径、时间点、病毒RNA提取和qPCR引物
阅读提示:方法部分:Virus shedding detection;图1F