https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2023.1180785/full
免疫学》，2023 年 8 月 16 日
第 2 部分 疫苗和分子治疗
第 14 卷 - 2023 年 |
https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1180785
用于预防复发性尿路感染疫苗接种的灭活细菌悬浮液可增加小鼠巨噬细胞的吞噬活性
背景：尿路感染是人类消耗抗生素的主要原因。
方法：我们研究了德国许可的疫苗（StroVac®，含有灭活细菌，用于预防复发性尿路感染）对原代小鼠巨噬细胞中促炎细胞因子的释放和大肠杆菌 (E.)吞噬作用的影响和巨噬细胞系J774A.1。
结果： StroVac® 增加细胞因子 TNF-α、IL-6、IL-12/23 p40 和 IL-1β 的释放，并以剂量依赖性方式刺激大肠杆菌的吞噬作用。使用从 LPS 抗性 C3H/HeJ 小鼠中分离出的巨噬细胞表明，这种效应与 LPS 无关。浓度高达 30 毫克/升时，它对细菌或真核细胞没有毒性。
结论： StroVac® 不仅通过适应性免疫系统发挥作用，还通过刺激先天免疫系统发挥作用。这种刺激可能有助于建立针对复发性尿路感染相关细菌病原体的训练有素的先天免疫力。
尿路感染是人类消耗抗生素的主要原因。大约 85% 的病例由大肠杆菌 (E.)引起，而克雷伯菌属、变形杆菌属和肠球菌属则由大肠杆菌引起。5-15% 是致病病原体 ( 1 )。反复的尿路感染和连续的抗生素疗程是抗生素耐药性产生的重要驱动因素 ( 2 , 3 )。因此，与长期服用抗生素相比，一些指南更倾向于采用免疫活性预防来预防复发性尿路感染。
StroVac®（斯特拉斯曼，汉堡，德国）是一种在德国获得许可的疫苗，用于预防复发性尿路感染。单剂量 0.5 ml 含有 10 株至少 10 9 种热灭活细菌的悬浮液：6 种不同的大肠杆菌菌株，以及一种奇异变形杆菌、摩根氏菌、粪肠球菌和肺炎克雷伯菌菌株，以及磷酸铝作为佐剂( 4 )。在临床研究中，它可以有效减少女性和男性的复发性尿路感染 ( 1 , 5 – 8 )。一般来说，由于女性泌尿道的解剖结构及其靠近生殖器官和肛门，女性比男性患复发性尿路感染的风险更高。女性和男性的感染风险随着年龄的增长而增加，尤其是男性，年龄是发生尿路感染的危险因素（9）。
基本免疫包括 3 次 StroVac® 肌肉注射，间隔 2 周。疫苗的保护期约为 12 个月，此后需要加强接种。Nestler 等人，2021 ( 1 ) 将基本免疫加一剂 StroVac® 加强疫苗接种与预防性使用呋喃妥因三个月进行了比较。StroVac® 和呋喃妥因在治疗的第一年内都能保护患者免受尿路感染。第二年，患者明显受益于 StroVac® 疫苗接种：79.3% 接受疫苗的患者免受复发性尿路感染，而接受呋喃妥因治疗的患者中只有 59.2% 没有出现尿路感染（1）。此外，另外两项研究表明，与接种前 6 个月的间隔相比，在接种 StroVac® 疫苗后的前 6 个月内，复发性尿路感染患者的药物消耗量大幅减少 (6 , 10 )。
该疫苗被认为是通过针对病原体的保护性抗体，即通过适应性免疫系统发挥作用（11）。在异源移植受者中，3 剂 StroVac® 并未诱导供体特异性自身抗体 ( 7 )。
由于细菌成分可以直接刺激先天免疫系统的受体，从而激活细胞 ( 12 )，我们分析了 StroVac® 对吞噬细胞的影响。在这里，我们证明了在没有 B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞的情况下，这种细菌悬浮液对巨噬细胞的直接影响，这可能是由先天免疫的病原体识别受体 (PRR) 介导的。
用作预防尿路感染的疫苗的灭活细菌悬浮液 StroVac® 导致促炎细胞因子的释放呈剂量依赖性增加。
在此实验装置中测量了细胞因子 TNF-α、IL-6、IL-12/IL-23 p40 和 IL-1β，因为它们对于防御细菌感染非常重要：TNF-α 的释放增加巨噬细胞的吞噬能力 ( 17 )。IL-6 介导先天性和适应性免疫，因为它由先天性免疫细胞产生，促进 B 淋巴细胞分化为免疫球蛋白产生细胞，并调节初始 CD4+ T-Zellen 的分化 (18 , 19 )。此外，它有助于宿主对细菌感染的抵抗力。IL-1ß 会引起发烧、释放促炎分子并刺激先天免疫系统 ( 20 – 22 )。IL-12 对于宿主的感染抵抗力非常重要，并诱导 TH1 细胞的刺激 ( 23 , 24 )。IL23 调节 TH17 细胞反应 ( 25 )。
与原代巨噬细胞相比，细胞系 J774A.1 的细胞因子释放相对较低。用 StroVac® 刺激后可检测到 TNF-α 和 IL-6，但 IL-12/IL-23 p40 和 IL-1β 的测量值低于 3.9 pg/ml 的检测限。众所周知，细胞系在表型和基因表达方面与原代细胞不同。由于细胞的永生化和反复传代培养，表型可能会改变（26）。
吞噬活性的浓度-反应曲线分析表明，从 C57BL/6 小鼠和 J774A.1 细胞分离的 M0 和 M1 原代巨噬细胞中 E max较高，而在 M2 原代巨噬细胞中相对较低。相反，M2细胞中的EC 50最低。这与从八名健康献血者的血液中制备的离体巨噬细胞的行为相比较：M1细胞表现出最高水平的FITC标记大肠杆菌的吞噬活性，但在M0和M2巨噬细胞中也观察到了吞噬活性（27）。
用 StroVac® 孵育原代巨噬细胞可诱导浓度依赖性促炎细胞因子 TNF-α、IL-6、IL-12/IL-23 p40 和 IL-1β 的释放。在没有淋巴细胞的情况下，这种刺激作用很可能是由先天免疫系统的激活引起的。在这方面，作为Toll样受体(TLR)-4配体的脂多糖似乎没有发挥主要作用。在疫苗制备过程中，几乎所有脂多糖都被热破坏，并且根据制造商的信息，疫苗中存在的最大脂多糖浓度在我们的实验环境中不会刺激真核细胞。此外，StroVac® 刺激 C3H/HeJ BMDM 的吞噬作用，而 C3H/HeJ BMDM 对 LPS 的刺激作用具有抵抗力。因此，该灭活细菌悬浮液中除LPS以外的成分强烈刺激先天免疫系统。免疫细胞可以通过模式识别受体 (PRR) 检测保守的分子特征 [病原体相关分子模式 (PAMP) 或损伤相关分子模式 (DAMPS)] ( 28 )。已经描述了五种不同类型的 PRR：Toll 样受体 (TLR) 和 C 型凝集素受体感知位于细胞外或液泡室内的 PAMPS 和 DAMPS。NOD 样受体、AIM2 样受体和视黄酸诱导基因 (RIG)-I 样受体识别位于细胞质内的 PAMPS 和 DAMPS。PRR 的激活可通过核因子 kB (NFkB) 或干扰素调节因子 (IRF) 途径或通过激活炎症小体（在细胞质中组装的大分子复合物触发促炎症反应）导致促炎症反应 (28 )。此外，铝盐、皂苷、乳剂等佐剂具有触发先天免疫系统强化信号传递至适应性免疫系统的功能，可激活炎症小体（29 ）。因此，除了 LPS 之外，StroVac® 的不同成分很可能会激活先天免疫细胞。Elson 等人的研究，2007 ( 12 ) 证明，活的以及热灭活的革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌能够通过不同的先天免疫受体激活细胞。
患有复发性尿路感染的女性局部合成的分泌性 IgA 水平较低，这些低抗体水平可能导致复发性尿路感染 ( 30 )。据报道，该疫苗的作用是通过增加尿 IgA 的产生来降低复发性尿路感染的频率 ( 11 )。我们的数据表明，在没有淋巴细胞的情况下巨噬细胞受到刺激，表明先天免疫系统对吞噬细胞抗菌能力的额外激活是该疫苗作用的一个组成部分。在过去的几年里，人们对先天免疫系统的长期记忆进行了研究。研究表明，先天免疫系统表现出类似记忆的能力，称为“经过训练的先天免疫”（31）。经过训练的先天免疫的这些长期影响是由表观遗传和代谢变化介导的，可能导致针对相同或不同病原体的长期免疫反应增强（32 , 33 ）。近年来，关于疫苗和细菌成分的作用，已经发表了大量令人信服的数据，例如卡介苗疫苗不仅可以预防结核病感染，而且还可以对由结核病介导的其他感染提供强有力的非特异性保护。先天免疫细胞，如单核细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞 ( 34 )。研究表明，对活疫苗诱导的异源感染的抵抗力可持续长达 5 年。经过训练的先天免疫的免疫学表型是可追溯的，具体取决于 3 个月至一年的研究（总结为（33））。
我们研究的一个局限性是，我们没有分析用 StroVac® 刺激后先天免疫细胞的表型，即 TLR 表达或先天免疫细胞激活标记物在 RNA 或蛋白质水平上的表达。我们假设训练有素的先天免疫的概念可能与 StroVac® 对感染的保护作用有关，但显然，需要进行体内研究来证明这一假设。我们计划进行体内实验，用 StroVac® 对缺乏 B 细胞和 T 细胞的小鼠进行免疫，然后分析其免疫反应的持续时间及其对感染的保护。此外，将在不同时间点从免疫的野生型小鼠中分离巨噬细胞，并分析其抗菌活性和细胞因子的产生。调查 StroVac® 对预防异源感染的影响是未来研究的另一个重要目标。已经发表的数据表明，经过训练的先天免疫可以提供长期保护：间隔 4 天两次腹膜内注射 1 毫克 Toll 样受体 2 激动剂酵母聚糖，可以保护小鼠免受单核细胞增生李斯特氏菌感染，持续 9 周( 35 )。通过酵母聚糖或白色念珠菌诱导经过训练的先天免疫，可以保护经过训练的小鼠的后代免受系统性异源大肠杆菌和单核细胞增生李斯特氏菌感染（36）。
总之，StroVac® 不仅通过适应性免疫系统发挥作用，还通过先天免疫系统发挥作用。对先天免疫系统的刺激作用的确切机制和持续时间仍有待确定。在临床实践中，这种疫苗有助于减少尿路感染中抗生素的消耗，并且可能对该疫苗中的病原体引起的其他细菌感染有效。因此，它可能有助于减少过度使用抗生素对细菌的进化压力。