《Genes & Immunity》：Single-cell mapping of peripheral immune dynamics in pregnant women after Moderna mRNA COVID-19 vaccination
编辑推荐：
本研究针对孕妇因怀孕期特殊免疫状态导致COVID-19重症风险增高，但疫苗接种诱导的免疫反应尚不明确的问题，运用单细胞RNA测序技术纵向分析接种疫苗孕妇的外周血单个核细胞。研究发现，首剂接种后出现短暂促炎性单核细胞增加和CD4? T细胞激活与记忆分化，而B细胞反应在首剂后不明显，体液免疫激活延迟。研究揭示了孕期接种mRNA疫苗诱导了非过度的天然免疫激活、协调的T细胞反应和减弱的B细胞活性，为孕期定制疫苗接种策略提供了重要免疫学依据。
席卷全球的COVID-19大流行已造成数百万人死亡，而孕妇因其怀孕期间的独特免疫状态，被认为是感染后发展为重症的高危人群。尽管卫生部门（如美国疾病控制与预防中心，CDC）已建议孕妇接种COVID-19疫苗，但疫苗临床试验初期通常将孕妇排除在外，导致我们对孕期接种疫苗后具体发生了什么知之甚少。孕期免疫系统需要维持一种微妙的平衡：既要保护母体免受病原体侵害，又要耐受胎儿这个“半同种异体”移植物。这种免疫调节状态，是否会影响疫苗激发保护性免疫反应的能力？接种后，是哪些免疫细胞在“工作”？它们的动态变化与普通人有何不同？解答这些问题，对于评估孕期疫苗接种的安全性和有效性、制定针对这一特殊群体的免疫策略至关重要。
为了填补这一知识空白，研究人员开展了一项纵向研究，利用单细胞RNA测序技术这把“分子显微镜”，精细描绘了三名孕妇在接种Moderna mRNA-1273 (Spikevax) 疫苗前后外周免疫细胞图谱的动态变化。这项题为“Single-cell mapping of peripheral immune dynamics in pregnant women after Moderna mRNA COVID-19 vaccination”的研究发表在《Genes & Immunity》期刊上。研究揭示，孕期接种mRNA疫苗能够诱导出协调且适度的免疫反应：先天免疫（如促炎性单核细胞）有短暂激活但不剧烈，适应性免疫中T细胞被有效激活并向记忆亚群分化，而B细胞介导的体液免疫反应则相对延迟，在接种第二剂后才显著增强。这些发现为理解孕期免疫系统如何响应疫苗接种提供了宝贵的单细胞水平见解，并强调了为孕妇群体定制疫苗接种策略的重要性。
本研究主要运用了几个关键技术方法：首先，研究人员招募了三名孕妇作为研究对象，在其接种前、首剂接种后一周、两周以及产后接种第二剂后四个关键时间点采集外周血，分离外周血单个核细胞进行样本制备。其次，研究核心采用了基于10x Genomics平台的单细胞RNA测序技术，对细胞进行转录组图谱绘制。在数据分析阶段，利用Seurat软件包对数据进行质控、整合、降维和聚类分析，通过SingleR等工具结合已知标记基因对免疫细胞类型进行注释，并使用差异表达基因分析和基因集富集分析等方法深入探究了不同细胞亚群在接种后的功能变化。
研究结果
疫苗接种时间线及抗SARS-CoV-2 IgG抗体反应
研究人员绘制了详细的采样时间线，并监测了抗SARS-CoV-2 IgG抗体水平。结果显示，在首剂接种后第一周(T2)，未检测到抗体；第二周(T3)出现轻微上升；而在产后接种第二剂后(T4)，所有参与者的抗体水平均达到检测上限。这表明，单剂疫苗在孕期内不足以激发强效的抗体反应，显著的体液免疫应答在第二剂接种后才出现。
接种疫苗孕妇PBMCs的单细胞图谱
通过对超过11,000个细胞进行单细胞RNA测序分析，研究人员成功构建了孕妇接种疫苗后的外周免疫细胞图谱，鉴定出包括单核细胞、T细胞、B细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞等在内的11种经典免疫细胞类型。整体细胞组成比例在各时间点保持稳定，未观察到显著变化。
妊娠期接种COVID-19疫苗后单核细胞亚群的动态变化
对单核细胞进行深入分析，将其进一步分为三个经典单核细胞亚群（cM_1, cM_2, cM_3）和一个非经典单核细胞亚群（ncM）。研究发现，在首剂接种后一周(T2)，表达促炎基因（如IL1B, NLRP3, NFKB1）的cM_1亚群比例短暂升高，随后在T3时恢复到基线水平。基因集变异分析显示，cM_1是主要的炎症效应亚群。然而，与T1（接种前）相比，T2时经典单核细胞的差异表达基因富集在淋巴细胞分化、TGF-β反应等通路，表明其更多地参与了代谢调节和免疫协调，而非强烈的炎症反应。在产后（T4），cM_1比例下降，cM_2成为主导，其转录特征提示细胞可能转向了以免疫调节、代谢和组织修复为主的状态。
妊娠期接种COVID-19疫苗后T细胞的特征
T细胞被细分为多个亚群，包括CD4+初始T细胞、中央记忆T细胞、效应记忆T细胞，以及CD8+T细胞、NKT细胞和NK细胞等。分析发现，T/NK细胞的比例在首剂接种后保持稳定。然而，在基因表达层面，T2时T细胞显示出与激活、增殖相关的基因上调，通路富集分析也提示CD4阳性αβ T细胞激活。到T3时，T细胞的转录特征转向与细胞凋亡、能量代谢和线粒体活动相关的通路。这表明，即使在孕期，mRNA疫苗接种也能有效诱导T细胞激活和分化，并随时间推移逐渐向功能成熟或记忆维持状态转变。
妊娠期接种COVID-19疫苗后B细胞的变化
B细胞被分为初始B细胞和两个记忆B细胞亚群。与单核细胞和T细胞不同，B细胞在首剂接种后（T2和T3）的亚群比例和转录组均未发生显著变化，这与抗体检测中首剂后体液反应微弱的结果一致。直到产后（T4），才观察到记忆B细胞转录活性的变化。这表明，在孕期，B细胞对首剂疫苗的反应较为迟缓。
结论与讨论
本研究通过单细胞转录组学技术，首次在单细胞水平详细描绘了孕妇接种Moderna mRNA COVID-19疫苗后的外周免疫动力学图谱。主要结论包括：1) 首剂疫苗接种可诱导适度的先天免疫激活，表现为促炎性单核细胞（cM_1）的短暂增加，但整体反应受控，未见过度炎症。2) T细胞能够被有效激活，并分化为记忆亚群，显示出完整的适应性细胞免疫应答能力。3) B细胞介导的体液免疫反应在首剂后不明显，抗体水平的显著升高和B细胞转录活性的增强主要发生在第二剂接种后，提示孕期存在B细胞反应的延迟或减弱。4) 产后样本的免疫特征显示向代谢调节和组织修复通路的转变，反映了分娩带来的生理性免疫重塑。
这些发现具有多重重要意义。首先，它从机制上证实了mRNA疫苗在孕妇体内能够安全地诱导免疫记忆，而不会引发过度的炎症反应，这为孕期接种疫苗的安全性提供了科学支持。其次，研究揭示了孕期独特的免疫调节环境对疫苗应答的影响，特别是B细胞反应的延迟，强调了完成完整疫苗接种程序（两剂）对孕妇产生足够保护性抗体的必要性。尽管本研究受限于样本量较小，且末次采样时间点混杂了分娩和第二剂疫苗的影响，但它为理解这一特殊群体的疫苗免疫学提供了宝贵的初步见解，并凸显了未来开展更大规模、更精细设计的研究的价值，以最终实现为孕妇等脆弱人群制定最佳免疫策略的目标。
