鱼类中性粒细胞及其胞外陷阱对疫苗免疫的影响与作用机制

Neutrophils are the first cells to arrive at the site of infection/ immunization and are central cells of innate immunity of vertebrates. Upon activation, neutrophils are capable of releasing chromatin fiber and form neutrophil extracellular traps (NETs) that may immobilize and destruct microbes. An important question, which presently is far from being answered, is: Does a strong and early innate neutrophil response (NETs/NETosis) from e.g. vaccination affect the adaptive immune response? In this proposal, we will pursue the interplay among different professional antigen presenting cells for antigen acquisition during activation of neutrophils causing NETosis. Proteomic analysis of neutrophil during NETosis will be performed for identification of DAMPs released along with NETs. In addition, in vitro and in vivo assessment of the effect of NETosis on adaptive immune response will be studied to investigate the role of neutrophils and their extracellular traps on immune response during fish vaccination. The achievement of this project will deepen our understanding about the link of innate and adaptive immunity, and create knowledge to vaccine manufacturers for optimization of adjuvant formulations to improve the potency and efficacy of vaccines.

中性粒细胞是机体受到病原侵染及疫苗接种后，最先趋化到侵染/接种部位的免疫细胞，它们可以释放染色质纤维，在胞外形成中性粒细胞胞外陷阱（Neutrophil extracellular traps，NETs）俘获并杀死病原微生物。但在疫苗接种过程中，NETs是否影响适应性免疫应答，目前在所有的脊椎动物中均未知。本项目在前期研究的基础上，将聚焦于鱼类中性粒细胞及NETs对疫苗免疫的影响与作用机制，研究鱼类疫苗腹腔接种后中性粒细胞在腹腔中富集及NETs释放的动态变化，分析NETs对专职抗原递呈细胞摄取抗原的影响；此外，鉴定NETs形成过程（NETosis）中释放的损伤相关分子模式（DAMPs），分析DAMPs诱发的免疫效应，初步阐明NETosis在抗原信号转导通路中的作用。该项目的研究成果将揭示鱼类NETosis在联系先天性免疫和特异性免疫之间的作用，同时为优化疫苗配方和强化疫苗免疫效力提供指导。

中性粒细胞是机体受到病原侵染及疫苗接种后，最先趋化到侵染/接种部位的免疫细胞，它们可以释放染色质纤维，在胞外形成中性粒细胞胞外陷阱俘获并杀死病原微生物。但在疫苗接种过程中，其是否影响适应性免疫应答，目前在所有的脊椎动物中均未知。本项目围绕鱼类中性粒细胞及其胞外陷阱对疫苗免疫应答的影响及其作用机制，主要以牙鲆为试验动物，对其腹腔细胞的种类进行了鉴定，揭示了腹腔细胞参与免疫应答的动态变化。研究结果显示鱼类腹腔刺激后早期吞噬细胞尤其是中性粒细胞的比例快速升高，摄取并消化抗原，主要表现为非特异性免疫应答，在后期特异性免疫应答的特征逐渐显现。通过小动物成像仪对疫苗免疫后牙鲆腹腔胞外陷阱的分析表明，疫苗抗原和佐剂均能够刺激胞外陷阱的产生，明确了疫苗接种初期，胞外陷阱参与了免疫应答。通过蛋白质组学测序，发现基质金属蛋白酶MMP9、MPO、β防御素、NK-lysins等杀菌蛋白均存在于胞外陷阱上。利用体外重组表达技术，我们获得了MMP9、β防御素、NK-lysins等重组蛋白，发现β防御素和NK-lysins等抗菌多肽都具有杀菌、促进细胞吞噬、趋化等免疫学功能，构建带有β防御素双顺反子DNA疫苗免疫牙鲆，可以有效的提高免疫保护效率。利用MPO的抗体，发现MPO阳性细胞主要为中性粒细胞和巨噬细胞，当腹腔免疫后，MPO阳性细胞自前肾趋化到外周血系统和腹腔执行免疫功能。通过肌肉导入基质金属蛋白酶MMP9，可以诱导更多的炎性细胞进入集中位点促进免疫应答反应。综合以上研究成果，胞外陷阱的释放，加强了免疫细胞的趋化、吞噬、杀灭病原等功能，促进了疫苗接种的免疫应答。本项目的研究结果揭示了中性粒细胞及其胞外陷阱的释放在疫苗免疫过程中的作用，建立了腹腔胞外陷阱的体内检测方法，研发了多种检测抗体工具，为鱼类高效疫苗免疫策略的制定及优化疫苗配方提供了基础依据。