《自然》子刊：疫苗接种也有良辰吉时？科学家首次揭示昼夜节律影响T细胞响应疫苗的机制，树突细胞的抗原处理功能是关键

生物钟虽然不像你的闹钟，每天发出声响把你从睡梦中叫醒，但体内许多细胞功能的运转却都遵循着这个看不见的“指挥棒”，人体的免疫系统同样如此[1]。免疫细胞的吞噬功能、细胞因子的产生以及抗菌、抗病毒反应都受到生物钟的调控，具有昼夜节律[2, 3]。

同时，科学家们还发现，疫苗的接种时间也与人体对疫苗的反应有一定关系。在老年人中，上午接种流感疫苗产生的抗体滴度高于下午接种[4]。此外，早上接种卡介苗的人比晚上接种的人表现出更强、更有效的免疫反应[5]。然而，这背后蕴含的机制仍不明确。

近日，来自爱尔兰皇家外科医学院的Annie M. Curtis团队在《自然·通讯》杂志发表重磅研究，揭示了生物钟影响我们对疫苗免疫反应的潜在原因[6]。

Curtis团队发现，在小鼠休息期间接种疫苗，相比于在活动期间接种疫苗，T细胞所产生的免疫反应更强烈，这种免疫反应的昼夜节律与树突细胞线粒体形态与代谢的昼夜节律相关，这影响着树突细胞的抗原处理功能，并受到生物钟基因Bmal1的调控。

此外，研究人员还发现，树突细胞线粒体钙离子水平的昼夜节律变化是导致树突细胞线粒体形态周期变化的内在机制。作者Curtis表示，该研究对于优化疫苗接种时间、最大化疫苗接种效果具有一定的指导意义[7]。

论文首页截图

研究的一开始，Curtis团队首先探索了在小鼠中是否也存在免疫系统对疫苗接种的昼夜节律。

他们从OT-II小鼠（T细胞受体转基因鼠，其CD4⁺T细胞能识别卵清蛋白[OVA]）中提取了CD4⁺T细胞，并用染料CTV标记了这些T细胞（CTV-染色 OTII CD4⁺T细胞）。

随后，分别在ZT7（在光照开始后7小时，小鼠休息阶段中期，相当于人类深夜）和ZT19（在光照熄灭后7小时，小鼠活动阶段中期，相当于人类下午）注射到处于不同昼夜节律的两组小鼠中。在注射细胞后24小时，再在ZT7和ZT19对两组小鼠注射OVA，并在注射疫苗72小时后取两组小鼠的纵膈淋巴结进行活检，来评估机体对疫苗所产生的免疫反应。

探索小鼠中是否也存在免疫系统对疫苗接种的昼夜节律实验设计

研究结果显示，相比于在ZT19接种，在ZT7接种OVA的小鼠纵隔淋巴结中的T细胞增殖显著增加（1.7% vs 0.8%），且处于激活状态（CD69阳性）的T细胞数目也明显更多，表明在小鼠中T细胞被疫苗所激活的效果同样受生物钟的调控。

相比于在ZT19接种，在ZT7接种OVA的小鼠纵隔淋巴结中的T细胞增殖和激活显著增加

CD4⁺T细胞的激活与树突细胞（DC）的抗原摄取、处理和提呈息息相关。因此，研究人员推测，可能是DC的昼夜节律导致小鼠对疫苗接种产生不同的反应。

为了研究此问题，研究人员对经过同步化处理（50%血清处理，随后无血清处理）的PER2::Luc骨髓来源的树突细胞（BMDC）进行了观测，这种细胞将荧光素蛋白整合到小鼠自身昼夜节律蛋白2（Per2）基因形成PER2-Luc融合蛋白，以荧光强度来报告昼夜节律，结果发现PER2::Luc BMDC具有明显的昼夜节律。此外，通过对其他生物钟基因Period 2、Nr1d1和Bmal1的qPCR检测也显示了这些基因转录的周期变化。

为了近一步探究生物钟对DC中抗原处理的调控，Curtis团队将DQ-OVA与Bmal1（生物钟核心基因）敲除的BMDC细胞进行共培养。DQ-OVA是一种全长卵清蛋白的自淬灭标记偶联物，其在裂解成多肽片段后产生绿色荧光信号，因此可通过观察荧光强度来评估BMDC细胞对抗原的处理能力。

通过对长达48小时的不同昼夜时间点的检测，Curtis团队发现，经同步化处理的Bmal1^+/+BMDC细胞的抗原处理遵循昼夜节律，在同步化处理后12小时和36小时抗原处理能力最高，在24小时和48小时则最低。相比之下，Bmal1^-/-BMDC细胞的抗原处理水平始终较低，且无明显的昼夜节律。这表明DC细胞的抗原处理能力确实受到生物钟基因的调控。

DC细胞的抗原处理能力受到生物钟基因的调控

接下来的问题来了，生物钟基因是如何调控DC细胞的抗原处理能力呢？

经过研究，Curtis团队发现，Bmal1^+/+BMDC细胞线粒体代谢呈昼夜节律变化，其最大呼吸、备用呼吸能力和ATP水平在同步化处理后12小时和36小时最高，而在同步化处理后24小时最低，Bmal1^-/-BMDC细胞则丧失了这种变化，几个指标一直处于较低状态。

同时，线粒体代谢的变化确实也影响了DC的抗原处理能力。在抑制线粒体代谢后，Bmal1^+/+BMDC细胞和Bmal1^-/-BMDC细胞对于DQ-OVA的处理能力均明显降低，并且激活CD4⁺T细胞的能力也降低，这表明线粒体代谢的昼夜变化可影响DC的抗原处理能力，进而影响T细胞的激活。

线粒体代谢的昼夜变化可影响DC的抗原处理能力，进而影响T细胞的激活

此外，Curtis团队还发现，生物钟还能够影响线粒体形态从而影响DC细胞的抗原处理能力。在Bmal1^+/+BMDC细胞中，在同步化处理24小时和48小时后线粒体时表现出片段化的形态，而在同步化处理12小时和36小时后具有融合的形态，这与DC细胞抗原处理能力的昼夜节律变化相一致。

生物钟可影响线粒体形态

这些结果揭示了生物钟对DC细胞线粒体代谢、形态以及伴随的抗原处理能力的昼夜节律具有调节作用。

最后，Curtis团队的研究还表明线粒体内钙离子水平的昼夜节律是导致线粒体形态变化的内在原因。受线粒体钙单向转运蛋白（MCU）复合体周期变化导致的钙离子水平昼夜节律影响，线粒体内钙调神经磷酸酶活性也呈现周期变化，而钙调神经磷酸酶正是影响线粒体形态的关键调节因子。

总的来说，本研究首次揭示了机体对疫苗接种存在昼夜变化的内在机制，其与树突细胞线粒体钙离子水平、形态和代谢功能受生物钟调控息息相关。

若能在人类中进行相关检测，Curtis团队的研究对今后疫苗接种时间的安排或具有重要的启示作用。

参考文献：

1. Silver AC, Arjona A, Walker WE, Fikrig E: The circadian clock controls toll-like receptor 9-mediated innate and adaptive immunity. Immunity 2012, 36(2):251-261.

2. Oliva-Ramirez J, Moreno-Altamirano MM, Pineda-Olvera B, Cauich-Sanchez P, Sanchez-Garcia FJ: Crosstalk between circadian rhythmicity, mitochondrial dynamics and macrophage bactericidal activity. Immunology 2014, 143(3):490-497.

3. Pick R, He W, Chen CS, Scheiermann C: Time-of-Day-Dependent Trafficking and Function of Leukocyte Subsets. Trends Immunol 2019, 40(6):524-537.

4. Long JE, Drayson MT, Taylor AE, Toellner KM, Lord JM, Phillips AC: Morning vaccination enhances antibody response over afternoon vaccination: A cluster-randomised trial. Vaccine 2016, 34(24):2679-2685.

5. de Bree LCJ, Mourits VP, Koeken VA, Moorlag SJ, Janssen R, Folkman L, Barreca D, Krausgruber T, Fife-Gernedl V, Novakovic B et al: Circadian rhythm influences induction of trained immunity by BCG vaccination. J Clin Invest 2020, 130(10):5603-5617.

6. Cervantes-Silva MP, Carroll RG, Wilk MM, Moreira D, Payet CA, O'Siorain JR, Cox SL, Fagan LE, Klavina PA, He Y et al: The circadian clock influences T cell responses to vaccination by regulating dendritic cell antigen processing. Nat Commun 2022, 13(1):7217.

7.https://www.sciencedaily.com/releases/2022/12/221205104251.htm