造血幹細胞具免疫記憶!為新冠肺炎疫苗開發鋪路?

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近日,由法國國家健康與醫學研究院(Inserm)和法國國家科學研究中心(CNRS)以及德勒斯登再生治療中心(CRTD)組成的研究團隊發現造血幹細胞(hematopoietic stem cells)不僅能持續製造新的血液細胞和免疫細胞,還具有「免疫記憶」能力,能追蹤過去被細菌或病毒感染的情況,以便將來可以觸發更快及更有效的免疫反應。相關研究結果刊登於《Cell Stem Cell》。

先前的研究指出,先天免疫系統能夠對感染做出即時防禦,並且具有某種形式的記憶,但仍不清楚詳細的機制。因此,該研究團隊推測這種先天免疫系統的記憶是否在造血幹細胞中形成的。為了驗證這一假設,他們首先將小鼠暴露於大腸桿菌表面的脂多醣(lipopolysaccharide, LPS)上。然後,再將從小鼠身上獲得的造血幹細胞轉移到免疫系統先前已被破壞的未感染小鼠中,以這些幹細胞完全重建其免疫系統。然後,他們再用綠膿桿菌(Pseudomonas aeruginosa)感染這一組小鼠,其死亡率僅為 25%。但是,未經造血幹細胞注射的對照組小鼠死亡率高達 75%。

他們更進一步發現,LPS 誘導的免疫記憶需要 C/EBPβ。其中,骨髓性增強子(myeloid enhancers)富含 C/EBPβ 標靶,而 C/EBPβ 缺失反而消除 LPS 誘導的表觀遺傳標記和基因表現的長期印記。因此,在續發性感染(secondary infection)期間,短期免疫訊息傳遞能誘導 C/EBPβ 依賴的染色質可及性,進而誘導造血幹細胞訓練免疫(trained immunity)。

另外,他們也發現該機制不局限於特定的病原體,因為在另一個實驗中,先前暴露於病毒抗原的造血幹細胞,能保護小鼠免受於綠膿桿菌的二次感染。

由上述結果得知,造血幹細胞具有免疫記憶,若能將接觸過病原體的造血幹細胞移植到小鼠內,能增強其免疫功能。不僅如此,這種免疫記憶不限於最初遇到的病原體,能產生範圍更廣的免疫保護作用。

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如何協助新冠肺炎疫苗開發?

近日,另一項觀察研究指出,能誘導先天性免疫記憶的卡介苗疫苗也作用於造血幹細胞,並提供一定程度的保護以抵抗呼吸道感染,該疫苗也正在進行研究以測試其對新冠肺炎(COVID-19)的有效性及安全性。對此,法國國家健康與醫學研究院指出,本研究結果不僅增加人們對免疫系統和造血幹細胞功能的理解,還有助於推動疫苗研發,特別是在目前新冠肺炎蔓延全球下,幫助科學家開發新冠疫苗。

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參考資料:
1. Cell Stem Cell. 2020 May 7;26(5):793. doi: 10.1016/j.stem.2020.03.014.
2. https://healthcare-in-europe.com/en/news/immune-memory-of-blood-stem-cells-could-help-fight-covid-19.html

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