基线固有和T细胞群体是独立于血清学的有症状流感病毒感染保护的相关因素

Baseline innate and T cell populations are correlates of protection against symptomatic influenza virus infection independent of serology

作者信息Robert C Mettelman, Aisha Souquette, Lee-Ann Van de Velde, Kasi Vegesana, E Kaitlynn Allen, Christina M Kackos, Sanja Trifkovic, Jennifer DeBeauchamp, Taylor L Wilson, Deryn G St James, Smrithi S Menon, Timothy Wood, Lauren Jelley, Richard J Webby, Q Sue Huang, Paul G Thomas, SHIVERS-II Investigation Team, Judy Bocacao, Jacqui Ralston, Jessica Danielewicz, Wendy Gunn, Nayyereh Aminisani, Ben Waite, R Pamela Kawakami, Annette Nesdale, Michelle Balm, Nikki Turner, Tony Dowell
PMID37592015
发布时间2023-09
DOI10.1038/s41590-023-01590-2

实验完整度

包含多层级证据:人群队列(206例)、高维流式细胞术、血清学检测、单变量和多变量回归建模、随机森林预测模型。

主要模型

SHIVERS-II人类队列(2018年,n=206) 外周血单个核细胞(PBMC)体外刺激模型

重点核对

样本量:206名成人,分为接种/未接种及感染/未感染四组 基线样本采集:未接种者于季前(3-5月),接种者于接种后14天 流式细胞术:使用Cytek Aurora光谱流式细胞仪和FlowJo分析 血清学检测:HAI、NAI-ELLA、ELISA 统计模型:GLM、随机森林、ROC分析

摘要

有证据表明,固有和适应性细胞反应介导了对流感病毒的抵抗力,并在接种疫苗后提供保护。然而,很少有研究在预先存在的抗体滴度的背景下解析细胞反应的贡献。在这里,我们测量了206名接种或未接种疫苗的成年人的外周免疫谱,以确定细胞和体液 compartments 的基线变异如何独立或协同地影响发生有症状流感的风险。保护与多样化和多功能性 CD4 和 CD8 T 细胞、cTfh、mDCs、Th17 细胞和 CD16+ NK 细胞亚群相关。相反,易感性增加主要归因于非特异性炎症群体,包括 γδ T 和活化的 CD16neg NK 细胞,以及 TNFα+ 单产生 CD8 T 细胞。多变量和预测模型表明,细胞亚群 i) 与体液免疫协同作用以提供保护,ii) 优于单独的人口统计学和血清学因素提高模型性能,iii) 构成最重要的预测协变量。总之,这些结果表明,感染前外周细胞组成比单独接种疫苗、人口统计学或血清学更能改善对有症状流感易感性的预测。

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
基线外周血细胞组成能否独立于血清学预测有症状流感的发生,以及细胞与体液免疫如何协同作用?
核心机制
多样化的CD4/CD8 T细胞、cTfh、mDCs和细胞毒性NK细胞与保护相关;而γδ T细胞和活化NK等非特异性炎症群体增加易感性。
主要证据
基于206名SHIVERS-II队列,通过高维流式细胞术和血清学检测,结合GLM和随机森林模型发现细胞亚群可改善预测,其中cTfh ICOS+是最重要的预测变量。
研究意义
研究结果表明,评估流感疫苗效力时需同时考虑细胞和体液免疫,且基线细胞组成可作为更好的预测指标,为下一代疫苗设计提供新靶点。

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

队列建立与分组

建立年龄和性别匹配的四个比较组,以评估疫苗和感染状态对免疫指标的影响。

从2018年SHIVERS-II队列中选取206名成人,分为未接种未感染、未接种感染、接种未感染、接种感染四组。

2

血清学和细胞免疫谱测量

量化基线抗体滴度和细胞亚群频率,以评估其与有症状流感的相关性。

通过HAI、NAI-ELLA和ELISA检测血清抗体;通过高维流式细胞术检测PBMC的免疫细胞亚群。

3

单变量关联分析

独立评估每个细胞亚群和血清学指标与有症状流感风险的关系。

使用单变量GLM和Wilcoxon检验比较感染组和未感染组的指标水平。

4

ROC阈值分析

为每个免疫指标确定保护或易感的临界值。

通过ROC曲线分析确定达到50%灵敏度的阈值,并计算AUC。

5

共调控模块分析

识别协同变化的免疫细胞群体。

基于Pearson相关将细胞亚群聚类为共调控模块,并比较不同感染状态下的模块频率。

6

预测模型构建

比较包含不同变量组合的模型在预测有症状流感中的准确性。

构建四种随机森林模型,使用80:20训练测试分割,并进行交叉验证。

7

多变量回归建模

确定独立预测有症状流感风险的变量,并评估协同效应。

使用GLM结合方差膨胀因子和stepwise选择变量,构建最终多变量模型。

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
EIA/RIA 96孔板Corning3590
重组流感病毒HA蛋白Sino Biological40567-V08H1
重组流感病毒HA蛋白Sino Biological40580-V08H
重组流感病毒HA蛋白Sino Biological40498-V08B
重组流感病毒HA蛋白Sino Biological40016-V08H
重组流感病毒NA蛋白Sino Biological40568-V07H
重组流感病毒NA蛋白Sino Biological40802-V08B
重组流感病毒NA蛋白Sino Biological40502-V07B
重组流感病毒NA蛋白Sino Biological40790-V08B
受体破坏酶Accurate ChemicalYCC340122
牛血清白蛋白Gibco15260037
吐温-20ThermoFisher85113
抗人IgG(Fab特异性)-HRP二抗SigmaA0293
BioTek Synergy H1酶标仪BioTek--
RPMI-1640培养基----
胎牛血清Gibco16140071
非必需氨基酸Gibco11140-050
青霉素-链霉素Gibco15140-122
混合肽(M、NP、PB1)BEI ResourcesNR-2667
细胞刺激混合物BioLegend423302
细胞刺激混合物eBioscience00-4970-93
布雷非德菌素ABioLegend420601
布雷非德菌素ABD555029
莫能菌素BD554715
抗CD107a荧光偶联抗体BioLegend--
人Fc阻断剂BioLegend422302
CCR3 AF647BioLegend310710
CCR5 PerCP/eFluor710ThermoFisher46-1951-82
CCR7 PE/Cy7BioLegend353226
CD1c PE/Cy7BioLegend331516
CD3 BV750BioLegend344846
CD3 BV510BioLegend300448
CD4 BB515BD565996
CD8 BV570BioLegend301038
CD11b CD785BioLegend301346
CD11c BV650BioLegend337238
CD14 APC/Fire750BioLegend367120
CD16 FITCBioLegend360716
CD19 BV510BioLegend302242
CD33 PEBioLegend303404
CD40 AF700BioLegend334328
CD45RA V450ThermoFisher48-0458-42
CD45RA BV570BioLegend304132
CD45RO APC/Fire 750BioLegend304250
CD56 PE-Cy5BioLegend362516
CD64 BV711BD740782
CD80 SuperBright 436ThermoFisher62-0809-42
CD103 BV605BioLegend350217
CD107a BV711BioLegend328640
CD107a PE/Dazzle 594BioLegend328646
CD123 PEBioLegend306006
CD123 PerCP/Cy5.5BioLegend306016
CD141 BV421BioLegend344144
CD177 APCBioLegend315808
CXCR3 PE/Dazzle594BioLegend353736
CXCR3 BV711BioLegend353732
CXCR5 SuperBright436ThermoFisher62-9185-42
HLA-A2 BV650BioLegend343324
HLA-DR AF700BioLegend307626
HLA-DR PE/Dazzle 594BioLegend307654
ICOS PerCP/Cy5.5BioLegend313518
GhostDye Violet 510活力染料Tonbo13-0870-T500
PD1 FITCBioLegend329904
Siglec-8 BV480BD747874
TCRγδ AF647BioLegend331214
Cytofix/CytoPerm固定和透化试剂盒BD554714
CD68 PerCP/Cy5.5BioLegend333814
颗粒酶B AF700BioLegend372222
IL2 APCThermoFisher17-7029-82
IL13 BV421BioLegend501916
IL17 BV785BioLegend512338
IL21 PEBioLegend513004
IFNγ BV480BD566100
TNFα BV605BioLegend502936
Cytek 3激光Aurora光谱流式细胞仪Cytek--
MDCK-SIAT细胞----
火鸡红细胞----
受体破坏酶Denka Seiken--
混合肽BEI Resources--

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
队列选择
年龄和性别匹配的四个比较组,样本量每组具体数量
阅读提示:Methods: Participant categorization and selection; Table 1
基线样本采集
未接种者季前(March-May)采集,接种者接种后14天采集
阅读提示:Methods: SHIVERS-II study design and participant definitions
细胞刺激
肽刺激浓度5 μg/mL;病毒MOI=4;刺激时间2小时(肽)或12小时(病毒);布雷菲德菌素A和莫能菌素处理
阅读提示:Methods: Flow cytometry: surface and intracellular staining
流式细胞术染色
抗体克隆、荧光染料、稀释度、染色时间
阅读提示:Methods: Flow cytometry: surface and intracellular staining; Extended Data Fig. 3-4
统计建模
80:20训练测试分割;随机森林模型变量组成;GLM变量选择和VIF阈值
阅读提示:Methods: Statistical modeling; Predictive modeling