DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.12.005
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38198850
تاريخ النشر: 2024-01-01
المؤلف: Simone J.C.F.M. Moorlag وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستجابات المناعية والتطعيمات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تباين المناعة المدربة لدى البشر من خلال فحص الاستجابات المناعية لـ 323 فردًا صحيًا بعد تلقي لقاح Bacillus Calmette-Guérin (BCG). يُعتبر BCG لقاحًا حيًا مُضعفًا يُستخدم بشكل أساسي ضد السل، حيث لا يُثير فقط استجابة مناعية تكيفية بل يُنشط أيضًا المناعة الفطرية، مما يُساهم في المناعة المدربة. أنشأت الدراسة ملفات تعريف مناعية شخصية وخرائط وصول الكروماتين على مدى 90 يومًا بعد التطعيم، كاشفةً عن مؤشرات وراثية وإيبيجينية لكل من المناعة الأساسية والاستجابة المناعية لـ BCG.
تشير النتائج إلى أن تلقي لقاح BCG يُعزز بشكل خاص الاستجابة المناعية الفطرية لدى الأفراد الذين لديهم حالة مناعية خاملة في الأساس، بدلاً من توفير زيادة موحدة في المناعة الفطرية عبر جميع المشاركين. تعمق هذه الدراسة في فهم التأثيرات المناعية التحفيزية غير المتجانسة لـ BCG وتؤكد على أهمية حالات الخلايا الإيبيجينية في ربط وظيفة المناعة بالعوامل الوراثية والبيئية.
مقدمة
تستعرض مقدمة ورقة البحث الدور الحاسم لجهاز المناعة في حماية الجسم من مسببات الأمراض مع الحفاظ على توازن لتقليل الآثار السلبية. تُبرز التباين الكبير في الاستجابات المناعية بين الأفراد، المتأثر بالعوامل الوراثية وغير الوراثية، بما في ذلك العمر والجنس والآليات الإيبيجينية. تهدف الدراسة إلى استكشاف العلاقة بين التباين الإيبيجيني ووظيفة المناعة لدى الأفراد الأصحاء، خاصةً استجابةً للقاح Bacillus Calmette-Guérin (BCG)، وهو لقاح حي مُضعف يُستخدم على نطاق واسع ضد السل.
في دراسة سريرية مستقبلية شملت 323 متطوعًا صحيًا، قام الباحثون بإجراء تصنيف مناعي عميق وتحليل وصول الكروماتين قبل وبعد تلقي لقاح BCG. كانوا يهدفون إلى إنشاء ملفات تعريف مناعية شخصية وبيانات متعددة الأوميات على مدى 90 يومًا، مع مقارنة منهجية لوصول الكروماتين، وبيانات الجينوم، وعوامل المضيف والبيئة المختلفة للتنبؤ بوظائف المناعة الفطرية والتكيفية. كشفت النتائج عن توقيع إيبيجيني أساسي يتنبأ بالمناعة المدربة الناتجة عن BCG وحددت تغييرات إيبيجينية محددة مرتبطة بتمثيل الطاقة وإشارات mTOR. بشكل عام، تُ quantifies الدراسة تباين السكان البشريين في الاستجابات المناعية، مما يوفر رؤى حول المناعة المدربة ويضع الأساس لاستراتيجيات علاجية مستقبلية لتعزيز الاستجابات المناعية غير المحددة.
الطرق
تستعرض قسم الطرق في ورقة البحث البروتوكولات التجريبية التفصيلية المستخدمة في الدراسة، والتي تم توضيحها بشكل أكبر في النسخة الإلكترونية. تشمل المكونات الرئيسية مجموعة الدراسة، التي تتكون من 323 بالغًا صحيًا (184 أنثى و139 ذكر) من مجموعة 300BCG، جزء من مشروع الجينوم الوظيفي البشري. تم تجنيد المشاركين من أبريل 2017 إلى يونيو 2018 في مركز رادبود الجامعي الطبي، حيث تلقوا جرعة قياسية تحت الجلد من 0.1 مل من BCG (سلالة بلغارية). تم جمع عينات الدم في الأساس (اليوم 0) وبعد ذلك في اليومين 14 و90 بعد التطعيم. تم تطبيق معايير استبعاد صارمة لضمان صحة المشاركين وأهليتهم، مما أدى إلى مجموعة نهائية بأحجام عينات متغيرة عبر الجدول الزمني للدراسة (323 في اليوم 0، 315 في اليوم 14، و301 في اليوم 90).
تشمل الطرق المستخدمة مجموعة متنوعة من الفحوصات المناعية وتقنيات التحليل، مثل قياس ترددات خلايا المناعة، وعلامات الالتهاب الدائرية، وقدرة إنتاج السيتوكينات، وتحليل وصول الكروماتين عبر ATAC-seq، وعزل الحمض النووي، وتحديد الجينات، وتسلسل RNA على مستوى الخلية الواحدة. تم توفير قائمة شاملة من المواد الكيميائية والموارد والفحوصات التجارية الحيوية المستخدمة في الدراسة، مما يضمن إمكانية إعادة الإنتاج والشفافية في منهجية البحث. تمت الموافقة على الدراسة أخلاقيًا وتم تنفيذها وفقًا لإعلان هلسنكي، حيث قدم جميع المشاركين موافقة مستنيرة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الدراسات السابقة لتسليط الضوء على الفروقات أو التأكيدات المهمة.
في هذا القسم، قد يناقش المؤلفون أيضًا تداعيات نتائجهم، مؤكدين كيف تساهم في المعرفة الحالية في هذا المجال. يتم تفصيل أي اتجاهات أو ارتباطات أو شذوذات ملحوظة، مما يوفر نظرة شاملة على نتائج البحث. بشكل عام، يخدم هذا القسم في التحقق من أهداف البحث ويقدم رؤى في السياق الأوسع للدراسة.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في التباين بين الأفراد في وظيفة المناعة بين 323 متطوعًا صحيًا قبل وبعد تلقي لقاح BCG، مع التركيز على ترددات خلايا المناعة، وعلامات الالتهاب، وإنتاج السيتوكينات، والملفات الوراثية والإيبيجينية. وجدوا أن حوالي 50% من التباين في وظيفة المناعة في الأساس كان ناتجًا عن اختلافات فردية، مع ارتباطات ملحوظة بين معلمات المناعة وعوامل مثل العمر والجنس واستخدام وسائل منع الحمل الفموية. على وجه الخصوص، ارتبط العمر الأكبر بانخفاض ترددات خلايا CD8+ T وزيادة في الخلايا الوحيدة غير الكلاسيكية وخلايا NK، بينما أظهرت علامات الالتهاب اتجاهًا للزيادة مع تقدم العمر، خاصةً لدى الرجال والنساء الذين يستخدمون وسائل منع الحمل الفموية. كما أبرزت الدراسة تأثير ملفات تعريف المناعة الأساسية على الاستجابة لتلقي لقاح BCG، كاشفةً أن الأفراد الذين لديهم قدرة إنتاج سيتوكينات أساسية أقل أظهروا تعزيزًا أكبر في ذاكرة المناعة بعد التطعيم.
أجرى المؤلفون دراسات ارتباط جينومية شاملة (GWAS) ودراسات ارتباط إيبيجينية شاملة (EWAS) لاستكشاف التأثيرات الوراثية والإيبيجينية على وظيفة المناعة. حددوا عدة مواقع جينومية مرتبطة بإنتاج السيتوكينات وعلامات الالتهاب، حيث تفسر التغيرات الوراثية جزءًا كبيرًا من التباين السكاني الملحوظ. من الجدير بالذكر أن الدراسة وجدت تداخلًا ضئيلًا بين الارتباطات الوراثية والإيبيجينية، مما يشير إلى أن هذه العوامل تساهم بشكل مستقل في تباين وظيفة المناعة. تشير النتائج إلى أن تلقي لقاح BCG يعزز الاستجابات المناعية بشكل أساسي لدى الأفراد الذين لديهم تنشيط مناعي أساسي أقل، مما يبرز أهمية ملفات تعريف المناعة الشخصية وعوامل المضيف في تشكيل استجابات اللقاح. بشكل عام، تؤكد هذه البحث على التفاعل المعقد بين العوامل الوراثية والإيبيجينية والبيئية في تحديد استجابات المناعة الفردية للتطعيم.
القيود
تقدم الدراسة تحليلًا شاملاً لتباين السكان البشريين في وظيفة المناعة والاستجابة لتلقي لقاح BCG؛ ومع ذلك، فهي ليست خالية من القيود. تتكون مجموعة المشاركين بشكل أساسي من بالغين أصحاء شباب من هولندا، مما قد لا يمثل الفئات المستهدفة الأوسع التي تُعتبر عادةً للتدخلات المناعية. بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن بروتوكول تلقي لقاح BCG كان موحدًا، لم تتمكن الدراسة من السيطرة على العوامل البيئية أو التحديات المناعية التي واجهها المشاركون خلال فترة الدراسة. لتقليل المتغيرات المربكة، تم استبعاد الأفراد الذين لديهم عدوى حديثة أو تلقي لقاحات سابقة.
علاوة على ذلك، استخدمت الدراسة عينات من خلايا الدم المحيطية الوحيدة (PBMC) لتحليل وصول الكروماتين، جنبًا إلى جنب مع قياس التدفق وتصحيحات إحصائية لتباين ترددات خلايا المناعة. لتعزيز القوة الإحصائية، تم إجراء التحليل على مجموعة بيانات مجمعة بدلاً من مجموعات اكتشاف والتحقق المنفصلة. استخدمت الدراسة تقنيات إحصائية متنوعة، بما في ذلك التحقق المتبادل وتصحيحات الاختبار المتعدد، بالإضافة إلى المقارنات مع مرجع موحد للمناعة المدربة، لتعزيز موثوقية نتائجها.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2023.12.005
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38198850
Publication Date: 2024-01-01
Author(s): Simone J.C.F.M. Moorlag et al.
Primary Topic: Immune responses and vaccinations
Overview
This research investigates the variability of trained immunity in humans by examining the immune responses of 323 healthy individuals following Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccination. BCG, a live-attenuated vaccine primarily used against tuberculosis, not only elicits an adaptive immune response but also activates innate immunity, contributing to trained immunity. The study established personal immune profiles and chromatin accessibility maps over a 90-day period post-vaccination, revealing genetic and epigenetic predictors of both baseline immunity and the immune response to BCG.
The findings indicate that BCG vaccination specifically enhances the innate immune response in individuals with a dormant immune state at baseline, rather than providing a uniform increase in innate immunity across all subjects. This research deepens the understanding of BCG’s heterologous immune-stimulatory effects and emphasizes the importance of epigenetic cell states in linking immune function with genetic and environmental factors.
Introduction
The introduction of the research paper outlines the critical role of the immune system in protecting the body from pathogens while maintaining a balance to minimize adverse effects. It highlights the significant variability in immune responses among individuals, influenced by both genetic and nongenetic factors, including age, sex, and epigenetic mechanisms. The study aims to explore the relationship between epigenetic variation and immune function in healthy individuals, particularly in response to the Bacillus Calmette-Guérin (BCG) vaccine, a widely used live-attenuated vaccine for tuberculosis.
In a prospective clinical study involving 323 healthy volunteers, the researchers conducted deep immunological phenotyping and chromatin accessibility profiling before and after BCG vaccination. They aimed to establish personal immune profiles and multi-omics data over a 90-day period, systematically comparing chromatin accessibility, genotype data, and various host and environmental factors to predict innate and adaptive immune functions. The findings revealed a baseline epigenetic signature that predicts BCG-induced trained immunity and identified specific epigenetic changes associated with energy metabolism and mTOR signaling. Overall, the study quantifies human population variation in immune responses, providing insights into trained immunity and laying the groundwork for future therapeutic strategies to enhance non-specific immune responses.
Methods
The methods section of the research paper outlines the detailed experimental protocols employed in the study, which are further elaborated in the online version. Key components include the study cohort, which consists of 323 healthy adults (184 females and 139 males) from the 300BCG cohort, part of the Human Functional Genomics Project. Participants were recruited from April 2017 to June 2018 at the Radboud University Medical Center, where they received a standard intradermal dose of 0.1 ml BCG (Bulgaria strain). Blood samples were collected at baseline (day 0) and subsequently on days 14 and 90 post-vaccination. Strict exclusion criteria were applied to ensure participant health and eligibility, resulting in a final cohort with varying sample sizes across the study timeline (323 at day 0, 315 at day 14, and 301 at day 90).
The methods employed include various immunological assays and profiling techniques, such as the measurement of immune cell frequencies, circulating inflammatory markers, cytokine production capacity, chromatin accessibility profiling via ATAC-seq, DNA isolation, genotyping, and single-cell RNA sequencing. A comprehensive list of reagents, resources, and critical commercial assays utilized in the study is provided, ensuring reproducibility and transparency in the research methodology. The study was ethically approved and conducted in accordance with the Declaration of Helsinki, with all participants providing informed consent.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables that illustrate the outcomes. The results are often compared against hypotheses or previous studies to highlight significant differences or confirmations.
In this section, the authors may also discuss the implications of their findings, emphasizing how they contribute to the existing body of knowledge in the field. Any observed trends, correlations, or anomalies are detailed, providing a comprehensive overview of the research outcomes. Overall, this section serves to validate the research objectives and offers insights into the broader context of the study.
Discussion
In this study, the authors investigated the inter-individual variation in immune function among 323 healthy volunteers before and after BCG vaccination, focusing on immune cell frequencies, inflammatory markers, cytokine production, and genetic and epigenetic profiles. They found that approximately 50% of the variation in immune function at baseline was attributable to individual differences, with notable associations between immune parameters and factors such as age, sex, and oral contraceptive use. Specifically, older age correlated with decreased CD8+ T cell frequencies and increased non-classical monocytes and NK cells, while inflammatory markers showed a trend of increase with age, particularly in men and women using oral contraceptives. The study also highlighted the impact of baseline immune profiles on the response to BCG vaccination, revealing that individuals with lower baseline cytokine production capacity exhibited greater enhancement in immune memory post-vaccination.
The authors conducted parallel genome-wide association studies (GWAS) and epigenome-wide association studies (EWAS) to explore genetic and epigenetic influences on immune function. They identified several genomic loci associated with cytokine production and inflammatory markers, with genetic variation explaining a significant portion of the observed population variation. Notably, the study found minimal overlap between genetic and epigenetic associations, suggesting that these factors independently contribute to immune function variability. The results indicate that BCG vaccination enhances immune responses primarily in individuals with lower baseline immune activation, emphasizing the importance of personal immune profiles and host factors in shaping vaccine responses. Overall, this research underscores the complex interplay of genetic, epigenetic, and environmental factors in determining individual immune responses to vaccination.
Limitations
The study presents a comprehensive analysis of human population variation in immune function and response to BCG vaccination; however, it is not without limitations. The participant cohort primarily consisted of healthy young adults from the Netherlands, which may not represent the broader target populations typically considered for immune interventions. Additionally, while the BCG vaccination protocol was standardized, the study could not control for environmental factors or immunological challenges faced by participants during the study period. To mitigate confounding variables, individuals with recent infections or prior vaccinations were excluded.
Furthermore, the research utilized bulk peripheral blood mononuclear cell (PBMC) samples for chromatin accessibility profiling, alongside flow cytometry and statistical corrections for immune cell frequency variations. To enhance statistical power, the analysis was conducted on a combined dataset rather than separate discovery and validation cohorts. The study employed various statistical techniques, including cross-validation and multiple testing corrections, as well as comparisons to a curated trained immunity reference, to bolster the reliability of its findings.