新生期疫苗接种促进神经和认知发育的作用及机制

Billions of children around the world are vaccined, and millions of them in China every year. The vaccination program greatly contribute to resist all kinds of epidemic diseases of children. But how does the immunization influence neurogenesis are still completely unknown in the early life stage, while it modulates the development of immune system. Our previous studies indicate that Bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccine could facilitate the development of cognitive function and neurons in neonatal mice. We are extremely attracted by this manifest. Does different types of immune vaccine does the same effect on neonatal mice? Our investigate will respectively vaccine the neonatal mice with Bacillus Calmette-Guerin (BCG ) and Hepatitis B vaccine, then test the influence, which is led by the immunization in the early life satage or at different time point, to the cognitive function and new neurons and microglia and neural plasticity. We analyse the molecular mechanism that immune cells and cytokines act on neurons in correlated brain area by many methods, including Luminex liquichip, proteome and immunoblotting. We target to search the evidence that how does immunization in the early life facilitates the development of cognitive function and neurogenesis; then obtain the "time-window" and duration that the immunization influence the growth of the central nervous system, and the interactive molecular mechanism between immune and the central nervous system; and try to make a new hypothesis,"Co-development" between immune system and nervous system. It would make a new proof for the pathogenesy of neuro-immunological diseases and the new strategy for the vaccination project.

每年全世界有数亿、中国有数百万儿童接受疫苗接种。儿童计划免疫为对抗各类传染病发挥了重大作用。但免疫接种在促进早期免疫系统发育的同时，对神经系统的发育有何影响尚完全未知。我们初步研究显示新生期接种卡介苗可促进小鼠神经及认知发育。这一现象引起我们极大兴趣：不同免疫类型的疫苗其作用是否一样？本研究拟用卡介苗（细胞免疫）和乙肝疫苗（体液免疫）及其配伍接种新生小鼠，采用水迷宫、双标免疫组化、电生理检测生命早期不同时间点接种对其神经认知发育、小胶质细胞及神经可塑性的影响程度；采用相关脑区液相芯片蛋白质组及免疫印迹等方法分析免疫细胞及免疫因子作用于神经元的分子机制。旨在寻找生命早期免疫接种促进神经及认知发育的证据；获得免疫接种影响中枢神经发育的"时间窗"、持续时间及免疫与中枢神经相互作用的分子机制；尝试提出免疫与神经系统"发育共生"理论假说。为揭示神经免疫疾病发病机制，也为疫苗计划接种策略提供新的理论。

卡介苗（Bacillus Calmette-Guerin， BCG）和乙肝疫苗(Hepatitis B vaccine，HBV)被大多数国家列为婴幼儿计划免疫接种疫苗。新生免疫接种作为一种生命早期强有力的免疫激活，很可能对脑的发育及其功能产生深远的影响。本研究以新生鼠为动物模型，系统地研究新生接种BCG和HBV对神经发生和行为功能所产生的影响，并探讨这其潜在的机制。本项目拟采用新生期C57BL/6小鼠以及SD大鼠模型，在生后1天内分别接种BCG，HBV，BCG联合HBV，PBS/铝佐剂，分别于4 周龄、8周龄、12周龄后采用矿场、高家十字迷宫、Morris水迷宫等行为学检测小鼠情绪状态和空间记忆能力；免疫组织化学法检测海马及侧脑室下带神经发生情况；Dii散色法分析海马颗粒层神经元树突棘的分型（Stubby, Mushroom, Longthin, Filopodia）和密度变化；长时程增强LTP检测穿通通路EPSP的改变；Western blot技术检测海马区域兴奋性突触蛋白（Synaptophysin，PSD95，NMDA receptors）的表达变化；Luminex液相芯片技术检测外周血及海马组织免疫因子及营养因子的改变；RT-PCR法检测免疫接种后海马小胶质细胞M1/M2型的极化情况。结论：1. 新生接种 BCG 促进小鼠神经发生，减少焦虑样行为并提高空间认知能力 （4周龄，下同）； 新生接种 HBV 损害小鼠神经发生，增加焦虑样行为并损害空间认知能力 （8周龄，下同）。2. BCG 和 HBV 分别诱导神经有益性的（高水平IFN-γ、 IL-4、 BDNF 和 IGF-1，低水平TNF-α和IL-β）和神经有害性的（高水平TNF-α，低水平IFN-γ, BDNF 和 IGF-1）海马神经免疫分子表达。3. BCG 和 HBV 分别诱导外周 Th1 和 Th2 型偏移；海马小胶质细胞 M2 和 M1 型极化。4. BCG促进小鼠海马神经元突触可塑性，提高LTP，增加神经元树突棘密度，增加突触蛋白的表达；HBV损害突触可塑性。5. 联合接种 BCG 和 HBV 则未导致上述各项指标的显著改变。科学意义：本研究的发现对于理解关于 BCG 在多种 CNS 疾病动物模型中的神经保护性效果的研究报道以及关于 HBV 可能与多种神经精神疾病有关的临床报告具有重要的帮助。