БЦЖ защищает от нетуберкулезных инфекций за счет модификаций эпигенома клеток крови

Исследователи из Австралии и Нидерландов показали, что противотуберкулезная вакцина БЦЖ влияет на паттерн метилирования моноцитов крови, и это важно для формирования тренированного иммунитета (ТИ).

Тренированный иммунитет — способность клеток, вовлеченных во врожденный иммунный ответ, формировать неспецифическую защиту против инфекционных заболеваний за счет эпигенетического репрограммирования. Известная эффективность БЦЖ против других патогенов, кроме туберкулеза, особенно у младенцев и пожилых людей (об этом ее свойстве часто вспоминали в начале коронавирусной пандемии), по крайней мере частично обусловлена ТИ. Ранее было показано, что моноциты вакцинированного человека через три месяца после иммунизации БЦЖ вырабатывают цитокины в ответ на микобактериальные и другие стимулы. Но вакцинация также вызывает долгосрочные транскриптомные изменения в гемопоэтических стволовых клетках, и эти изменения передаются моноцитам периферической крови за счет эпигенетических механизмов.

Авторы новой работы исследовали эпигенетические события, связанные с БЦЖ-индуцированным ТИ, на моделях in vitro и in vivo. В первом эксперименте моноциты, полученные от пяти взрослых человек, подвергли действию двух штаммов БЦЖ (датского и болгарского). Затем исследовали транскриптомы этих клеток, гистоновые метки и метилирование ДНК.

После воздействия БЦЖ моноциты дифференцировались в обученные макрофаги. Стимуляция бактериальными липополисахаридами (ЛПС) активировала повышенную выработку цитокинов TNF-α и IL-6. Существенных различий между действием двух штаммов вакцины обнаружено не было, хотя согласно другим данным, эти штаммы обеспечивают разные уровни защиты in vivo.

Сравнительный мониторинг транскриптома и эпигенома выявили дифференциально метилированные регионы (ДМР), возникшие после взаимодействия с БЦЖ и стимуляции ЛПС. Авторы отметили повышенную экспрессию почти 200 генов и пониженную — 100 генов по сравнению с необработанными макрофагами. Гены с измененной экспрессией были связаны с презентированием антигенов, каскадом комплемента и противовирусным ответом. Также были обнаружены изменения в H3K27-ацетилировании.

Ученые просканировали промоторы генов с измененной активностью на наличие повторяющихся мотивов и обнаружили, что многие из них содержат ISRE (IFN-stimulated response element). Эпигеномные данные также указывали на важную роль IFN-сигналинга в БЦЖ-индуцированном ТИ, так что ученые решили проверить это и экспериментально. Они ингибировали в клетках продукцию IFNγ и IFN типа I; продукция IL-6 и TNF-α в ответ на вторичную стимуляцию ЛПС снизилась в клетках, в которых ингибировали IFNγ, но не IFN типа I. Это еще раз подтвердило значение IFNγ в развитии тренированного иммунитета после БЦЖ.

После этого ученые решили проверить, будут ли эпигенетические изменения сохраняться так же долго in vivo, как неспецифическое защитное действие БЦЖ, о котором сообщалось в других работах. Основная категория людей, которые получают прививку БЦЖ, — это новорожденные. Поэтому исследователи взяли образцы крови у 63 младенцев, вакцинированных БЦЖ, и 67 невакцинированных; с момента прививки прошло в среднем 14 месяцев. Из крови получили моноциты и провели крупномасштабный эпигеномный поиск ассоциаций (EWAS).

Исследование обнаружило долговременные изменения метилирования ДНК в вакцинированной группе по сравнению с невакцинированной. Всего было выявлено 2836 ДМР. Анализ генов, имеющих ДМР, показал, что многие из них связаны с различными противовирусными и IFN-регулируемыми сигнальными путями.

Во многие из этих путей вовлечен ген ADAR1, продукт которого заменяет аденозин на инозин в РНК. Такие замены в интерферон-индуцируемых РНК, в частности, контролируют врожденный иммунный ответ на РНК-вирусы. И действительно, РНК-секвенирование макрофагов, стимулированных БЦЖ in vitro, обнаружило значительное повышение количества таких модификаций в РНК многих генов.

Более глубокое понимание механизмов тренированного иммунитета может помочь оценить реальные возможности БЦЖ в профилактике респираторных болезней, включая COVID-19.

Как сообщается в пресс-релизе, один из участников исследования, Найджел Кертис (Австралия), вместе с коллегами руководит проектом BRACE — это крупнейшее в мире исследование нецелевых эффектов вакцины БЦЖ, в нем участвуют более 6800 медицинских работников из Австралии, Бразилии, Испании, Нидерландов и Великобритании. В рамках BRACE планируется проверить, может ли БЦЖ защитить инфицированных коронавирусом SARS-CoV-2 от тяжелых симптомов.