生物鐘雖然不像你的鬧鐘，每天發(fā)出聲響把你從睡夢中叫醒，但體內(nèi)許多細胞功能的運轉(zhuǎn)卻都遵循著這個看不見的“指揮棒”，人體的免疫系統(tǒng)同樣如此[1]。免疫細胞的吞噬功能、細胞因子的產(chǎn)生以及抗菌、抗病毒反應(yīng)都受到生物鐘的調(diào)控，具有晝夜節(jié)律[2, 3]。

同時，科學家們還發(fā)現(xiàn)，疫苗的接種時間也與人體對疫苗的反應(yīng)有一定關(guān)系。在老年人中，上午接種流感疫苗產(chǎn)生的抗體滴度高于下午接種[4]。此外，早上接種卡介苗的人比晚上接種的人表現(xiàn)出更強、更有效的免疫反應(yīng)[5]。然而，這背后蘊含的機制仍不明確。

近日，來自愛爾蘭皇家外科醫(yī)學院的Annie M. Curtis團隊在《自然·通訊》雜志發(fā)表重磅研究，揭示了生物鐘影響我們對疫苗免疫反應(yīng)的潛在原因[6]。

Curtis團隊發(fā)現(xiàn)，在小鼠休息期間接種疫苗，相比于在活動期間接種疫苗，T細胞所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)更強烈，這種免疫反應(yīng)的晝夜節(jié)律與樹突細胞線粒體形態(tài)與代謝的晝夜節(jié)律相關(guān)，這影響著樹突細胞的抗原處理功能，并受到生物鐘基因Bmal1的調(diào)控。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，樹突細胞線粒體鈣離子水平的晝夜節(jié)律變化是導致樹突細胞線粒體形態(tài)周期變化的內(nèi)在機制。作者Curtis表示，該研究對于優(yōu)化疫苗接種時間、最大化疫苗接種效果具有一定的指導意義[7]。

論文首頁截圖

研究的一開始，Curtis團隊首先探索了在小鼠中是否也存在免疫系統(tǒng)對疫苗接種的晝夜節(jié)律。

他們從OT-II小鼠（T細胞受體轉(zhuǎn)基因鼠，其CD4⁺T細胞能識別卵清蛋白[OVA]）中提取了CD4⁺T細胞，并用染料CTV標記了這些T細胞（CTV-染色 OTII CD4⁺T細胞）。

隨后，分別在ZT7（在光照開始后7小時，小鼠休息階段中期，相當于人類深夜）和ZT19（在光照熄滅后7小時，小鼠活動階段中期，相當于人類下午）注射到處于不同晝夜節(jié)律的兩組小鼠中。在注射細胞后24小時，再在ZT7和ZT19對兩組小鼠注射OVA，并在注射疫苗72小時后取兩組小鼠的縱膈淋巴結(jié)進行活檢，來評估機體對疫苗所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。

探索小鼠中是否也存在免疫系統(tǒng)對疫苗接種的晝夜節(jié)律實驗設(shè)計

研究結(jié)果顯示，相比于在ZT19接種，在ZT7接種OVA的小鼠縱隔淋巴結(jié)中的T細胞增殖顯著增加（1.7% vs 0.8%），且處于激活狀態(tài)（CD69陽性）的T細胞數(shù)目也明顯更多，表明在小鼠中T細胞被疫苗所激活的效果同樣受生物鐘的調(diào)控。

相比于在ZT19接種，在ZT7接種OVA的小鼠縱隔淋巴結(jié)中的T細胞增殖和激活顯著增加

CD4⁺T細胞的激活與樹突細胞（DC）的抗原攝取、處理和提呈息息相關(guān)。因此，研究人員推測，可能是DC的晝夜節(jié)律導致小鼠對疫苗接種產(chǎn)生不同的反應(yīng)。

為了研究此問題，研究人員對經(jīng)過同步化處理（50%血清處理，隨后無血清處理）的PER2::Luc骨髓來源的樹突細胞（BMDC）進行了觀測，這種細胞將熒光素蛋白整合到小鼠自身晝夜節(jié)律蛋白2（Per2）基因形成PER2-Luc融合蛋白，以熒光強度來報告晝夜節(jié)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PER2::Luc BMDC具有明顯的晝夜節(jié)律。此外，通過對其他生物鐘基因Period 2、Nr1d1和Bmal1的qPCR檢測也顯示了這些基因轉(zhuǎn)錄的周期變化。

為了近一步探究生物鐘對DC中抗原處理的調(diào)控，Curtis團隊將DQ-OVA與Bmal1（生物鐘核心基因）敲除的BMDC細胞進行共培養(yǎng)。DQ-OVA是一種全長卵清蛋白的自淬滅標記偶聯(lián)物，其在裂解成多肽片段后產(chǎn)生綠色熒光信號，因此可通過觀察熒光強度來評估BMDC細胞對抗原的處理能力。

通過對長達48小時的不同晝夜時間點的檢測，Curtis團隊發(fā)現(xiàn)，經(jīng)同步化處理的Bmal1^+/+BMDC細胞的抗原處理遵循晝夜節(jié)律，在同步化處理后12小時和36小時抗原處理能力最高，在24小時和48小時則最低。相比之下，Bmal1^-/-BMDC細胞的抗原處理水平始終較低，且無明顯的晝夜節(jié)律。這表明DC細胞的抗原處理能力確實受到生物鐘基因的調(diào)控。

DC細胞的抗原處理能力受到生物鐘基因的調(diào)控

接下來的問題來了，生物鐘基因是如何調(diào)控DC細胞的抗原處理能力呢？

經(jīng)過研究，Curtis團隊發(fā)現(xiàn)，Bmal1^+/+BMDC細胞線粒體代謝呈晝夜節(jié)律變化，其最大呼吸、備用呼吸能力和ATP水平在同步化處理后12小時和36小時最高，而在同步化處理后24小時最低，Bmal1^-/-BMDC細胞則喪失了這種變化，幾個指標一直處于較低狀態(tài)。

同時，線粒體代謝的變化確實也影響了DC的抗原處理能力。在抑制線粒體代謝后，Bmal1^+/+BMDC細胞和Bmal1^-/-BMDC細胞對于DQ-OVA的處理能力均明顯降低，并且激活CD4⁺T細胞的能力也降低，這表明線粒體代謝的晝夜變化可影響DC的抗原處理能力，進而影響T細胞的激活。

線粒體代謝的晝夜變化可影響DC的抗原處理能力，進而影響T細胞的激活

此外，Curtis團隊還發(fā)現(xiàn)，生物鐘還能夠影響線粒體形態(tài)從而影響DC細胞的抗原處理能力。在Bmal1^+/+BMDC細胞中，在同步化處理24小時和48小時后線粒體時表現(xiàn)出片段化的形態(tài)，而在同步化處理12小時和36小時后具有融合的形態(tài)，這與DC細胞抗原處理能力的晝夜節(jié)律變化相一致。

生物鐘可影響線粒體形態(tài)

這些結(jié)果揭示了生物鐘對DC細胞線粒體代謝、形態(tài)以及伴隨的抗原處理能力的晝夜節(jié)律具有調(diào)節(jié)作用。

最后，Curtis團隊的研究還表明線粒體內(nèi)鈣離子水平的晝夜節(jié)律是導致線粒體形態(tài)變化的內(nèi)在原因。受線粒體鈣單向轉(zhuǎn)運蛋白（MCU）復合體周期變化導致的鈣離子水平晝夜節(jié)律影響，線粒體內(nèi)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶活性也呈現(xiàn)周期變化，而鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶正是影響線粒體形態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

總的來說，本研究首次揭示了機體對疫苗接種存在晝夜變化的內(nèi)在機制，其與樹突細胞線粒體鈣離子水平、形態(tài)和代謝功能受生物鐘調(diào)控息息相關(guān)。

若能在人類中進行相關(guān)檢測，Curtis團隊的研究對今后疫苗接種時間的安排或具有重要的啟示作用。

參考文獻：

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./releases/2022/12/221205104251.htm