卡介苗 (Bacille Calmette-Guérin，BCG) 自1921年首次在人体接种后被世界各国广泛应用于预防结核病，至今仍是唯一在临床使用的结核病疫苗。由于早期低温储存和冻干技术的缺乏，BCG的保存和生产只能通过细菌的不断传代完成；在该过程中，全球各实验室保藏的原始BCG菌株因此不断进化并产生了不同的BCG菌株亚型。流行病学分析发现，不同BCG亚型菌株所诱导的抗结核保护效力不尽相同；进一步研究发现不同BCG菌株在基因组、蛋白和脂质组成上均存在差异。除了预防结核病之外，研究人员还发现BCG对其它感染性疾病、肿瘤以及自身免疫病也存在不同程度的非特异性保护。其中，大剂量反复BCG膀胱内灌注依然是非肌层浸润型膀胱癌的常规且有效治疗手段，已有研究表明不同BCG菌株治疗膀胱癌的疗效亦存在差异。最近研究发现，BCG可以通过固有免疫细胞（如巨噬细胞）的代谢重编程以及表观遗传修饰等来增强机体应对二次刺激时的反应，这一现象被命名为“训练性免疫”(Trained immunity)。训练性免疫被认为是BCG诱导非特异性保护作用的重要机制之一。然而，不同BCG菌株诱导训练性免疫的异质性及其机制仍然未知。
2024年4月5日，来自上海市重大事传染病和生物安全研究院、上海市公共卫生临床中心和深圳国家感染性疾病临床医学中心的范小勇/卢水华/胡志东研究团队在Science advances上发表题为Multi-omics analysis reveals linoleic acid metabolism is associated with variations of trained immunity induced by distinct BCG strains的研究性文章(Research Article)。作者综合利用小鼠和巨噬细胞训练性免疫模型比较了不同BCG菌株诱导训练性免疫能力的差异，然后通过多组学分析揭示了巨噬细胞亚油酸代谢参与介导了这种异质性。研究结果不仅揭示了不同BCG菌株诱导训练性免疫的代谢机制，也为靶向提高BCG诱导训练免疫能力提供了一种新思路。
首先，研究人员通过建立体内和体外训练性免疫模型分别比较了涵盖4种基因型且全球广泛使用的代表性BCG菌株(BCG-Russia、BCG-Sweden、BCG-China和BCG-Pasteur)诱导训练性免疫的差异。动物实验表明，不同BCG菌株免疫后诱导造血干细胞增殖分化和对抗鼠伤寒沙门杆菌感染的非特异性保护能力不同；体外实验表明，经不同BCG菌株训练的巨噬细胞对抗鼠伤寒沙门杆菌、白色念珠菌和膀胱癌细胞侵染的能力亦不同，且BCG-China和BCG-Pasteur显著优于BCG-Russia菌株。以上结果证实了不同BCG菌株诱导训练性免疫的能力确实存在差异。
接下来，研究人员利用多组学技术探索了不同BCG菌株诱导训练性免疫异质性的调控机制。基于转录组学和表观基因组学分析表明，经过BCG训练的巨噬细胞Akt-mTOR-HIF1α轴、糖酵解和NOD样受体信号通路均被激活。此外，包括甘油磷脂代谢、醚脂代谢和亚油酸代谢在内的脂代谢通路也被激活。代谢组学结果进一步证实糖酵解和甘油磷脂代谢被激活，且甘油磷脂类脂质的浓度与不同BCG菌株诱导的非特异性保护能力相关。多组学联合分析（表观基因组学、转录组学和代谢组学）显示，亚油酸代谢与不同BCG菌株的训练性免疫诱导能力显著正相关。最后，通过亚油酸代谢通路激动剂和抑制剂的功能实验，验证了亚油酸参与调控训练性免疫的诱导，并可作为佐剂或免疫增效剂增强BCG所诱导的训练性免疫，相应的动物实验和临床试验也在进行中。
综上所述，本研究首次比较了不同亚型的BCG菌株在细胞模型和动物感染模型中诱导非特异性保护的差异，并从转录组学、表观基因组学和代谢组学层面深入剖析了其内在机制。最重要的是，本研究首次揭示了亚油酸代谢参与BCG诱导训练性免疫的新机制。本研究甄选出的BCG菌株为后续BCG在不同领域的临床使用提供了数据参考，同时为基于甘油磷脂-亚油酸代谢通路进行免疫治疗制剂和疫苗佐剂开发提供了实验证据。
复旦大学2019级直博生徐进川同学为本文第一作者。上海市重大传染病与生物安全研究院/上海市公共卫生临床中心范小勇研究员为本文通讯作者，深圳国家感染性疾病临床医学中心卢水华主任与上海市公共卫生临床中心胡志东副研究员为共同通讯作者。本项目得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、上海市优秀学术带头人和上海卫生健康优秀学科带头人等项目的支持。
