CLEC4M

糖基化是指糖分子通过酶促反应附着在蛋白质或脂质分子上的过程。抗体的糖基化修饰，尤其是IgG抗体恒定区的糖基化，对其免疫原性和功能具有重要影响。我们一起来学习一下糖基化如何增强抗体免疫原性。   01   糖基化与抗体结构和功能的关系 抗体的糖基化位点主要包括两个：其一是抗体的恒定区Fc段（重链的CH2区域）有一个保守的N-糖基化位点（Asn297）。在这个位置附着的糖基化修饰对抗体的功能和免疫特性至关重要。糖基化能稳定Fc段的结构，并维持其与Fc受体（FcγR）及补体系统相互作用所需的构象。糖基的存在通过调节抗体结构动态性，影响免疫功能。其二是抗体的Fab区段：与抗原结合区相关，但目前相关文献报道较少，相关的研究也相应较少。 图一：免疫球蛋白Asn297位糖基化修饰的聚糖分子结构异质性示意图  02    糖基化增强抗体免疫原性的主要机制 糖基化增强抗体免疫原性，主要通过以下方式实现： （1）调节Fcγ受体的结合：不同类型的Fcγ受体表达在免疫细胞（如巨噬细胞、NK细胞、树突状细胞等）表面，识别抗体Fc段以启动免疫反应。糖基化修饰能够改变抗体与FcγR的亲和力。例如：①高岩藻糖化修饰（含岩藻糖的糖链）会降低Fc与FcγRIIIa的结合力，削弱抗体依赖性细胞毒性（ADCC）。②去岩藻糖化修饰（afucosylation）则显著增强FcγRIIIa结合能力，提升ADCC效应。 （2）影响补体系统激活：糖基化影响抗体与C1q补体蛋白的结合，而且高甘露糖化修饰可增强补体依赖性细胞毒性（CDC），提高抗体清除靶标的效率。 （3）增强抗体的异源性及免疫识别：糖链结构本身可以被视为“异源性抗原”。不同糖基化修饰（如岩藻糖、半乳糖或唾液酸残基的添加）会显著改变抗体的表面表型，从而引发宿主免疫系统的识别。异常糖基化抗体在非自身生物体中（如抗体药物在人体中）可能被识别为异物，刺激抗体生成。 （4）促进树突状细胞的抗原递呈：特殊糖基化结构（如高甘露糖型修饰）能通过结合甘露糖受体（MR）和DC-SIGN（树突状细胞特异性ICAM-3抓握非整合素）促进树突状细胞对抗体的内吞与抗原递呈，增强T细胞激活。  03   举例：糖基化增强免疫原性的研究 去岩藻糖修饰广泛应用于抗体药物中以提高ADCC效应。如阿妥珠单抗；添加终末半乳糖或唾液酸修饰可增强免疫调节活性，如通过IL-10分泌实现抗炎功能。糖基化修饰的抗体在疫苗中有助于增强免疫原性。例如，糖基化改造的HIV疫苗蛋白能显著提高中和抗体的产生。 图二：市面部分无岩藻糖化抗体 04   总结 抗体糖基化通过调节抗体Fc段与免疫受体、补体的结合，改变抗体稳定性和抗原性，从多个层面增强了免疫原性。这一过程在生物治疗和免疫学研究中具有重要意义，未来的发展可能在精准医疗领域具有较广阔的前景，特别是治疗性抗体的糖基化。 Ref: 1.Zinn, S., Vazquez-Lombardi, R., Zimmermann, C. et al. Advances in antibody-based therapy in oncology. Nat Cancer 4, 165–180 (2023).                                    2.Yusuke Mimura, et al. Glycosylation engineering of therapeutic IgG antibodies: challenges for the safety, functionality and efficacy, Protein & Cell, Volume 9, Issue 1, January 2018, Pages 47–62.                           3.Liu, Liming.Antibody Glycosylation and Its Impact on the Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Monoclonal Antibodies and Fc-Fusion Proteins[J].Journal of Pharmaceutical Sciences.2015,104(6).1866-1884.DOI:10.1002/jps.24444 . 推文用于传递知识，如因版权等有疑问，请于本文刊发30日内联系医药速览。 原创内容未经授权，禁止转载至其他平台。 有问题可发邮件至yong_wang@pku.edu.cn获取更多信息。 ©2021 医药速览 保留所有权利 往期链接 “小小疫苗”养成记 | 医药公司管线盘点  人人学懂免疫学 | 人人学懂免疫学（语音版）    综述文章解读 | 文献略读 | 医学科普 | 医药前沿笔记 PROTAC技术 | 抗体药物 | 抗体药物偶联-ADC 核酸疫苗 | CAR技术 | 化学生物学 温馨提示 医药速览公众号目前已经有近12个交流群（好学，有趣且奔波于医药圈人才聚集于此）。进群加作者微信（yiyaoxueshu666）或者扫描公众号二维码添加作者，备注“姓名/昵称-企业/高校-具体研究领域/专业”，此群仅为科研交流群，非诚勿扰。 简单操作即可星标⭐️医药速览，第一时间收到我们的推送 ①点击标题下方“医药速览”   ②至右上角“...”  ③点击“设为星标

摘要：改进的疫苗接种需要更好地传递抗原并激活自然免疫反应。在这里，我们报告了一种脂质纳米颗粒系统，该系统具有携带包括mRNA和蛋白质在内的抗原的能力，通过表面装饰有刺突蛋白形成病毒样结构，展示了对SARS-CoV-2变体的应用。该策略使用Omicron BA.1上的S1蛋白在表面传递XBB.1的S1蛋白mRNA。病毒样颗粒通过表面S1蛋白与ACE2或DC-SIGN受体的相互作用，能够在人类呼吸道上皮细胞和巨噬细胞中特异性增强mRNA的表达。通过相同的受体结合，展示了巨噬细胞和树突状细胞的激活。与单独的mRNA和蛋白质疫苗相比，蛋白质和mRNA的结合在BALB/c小鼠中增加了抗体反应。我们对这种强大免疫机制的探索表明，它可能涉及交叉呈递给从激活的先天免疫信号到适应性免疫信号的不同亚群的树突状细胞。 1.引言 自2019年底由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的2019冠状病毒病（COVID-19）大流行开始以来，已经开发并上市了多种针对该疾病的疫苗。然而，这些疫苗的应用并未完全限制大流行的传播，流行病学调查中发现的抗体水平显示出有限的持续时间和对病毒变种的低效性。这些发现表明，SARS-CoV-2与宿主免疫系统之间的相互作用在很大程度上尚不清楚，需要开发新型疫苗。幸运的是，基于脂质纳米递送系统的成功开发，mRNA疫苗取得了突破性进展，提供了新的技术可能性。通过人工脂质膜与细胞质膜的融合，将编码抗原的mRNA通过脂质纳米颗粒（LNP）传递到细胞内，可在细胞内有效表达病毒刺突蛋白（S蛋白）抗原，并诱导随后的S抗原呈递，通过树突状细胞（DCs）和巨噬细胞激活先天/适应性免疫。 根据病毒免疫学研究，在细胞内病毒复制过程中产生的结构和/或非结构抗原可以被先天免疫系统的细胞模式识别受体在宿主免疫反应的抗原信号刺激的首次事件中识别。这意味着mRNA具有通过这种自然免疫途径引发免疫反应的优势；其策略在某种程度上类似于膜状病毒SARS-CoV-2的感染机制，尽管活病毒通常利用病毒膜中的S蛋白与细胞膜中的ACE2受体特异性结合以实现病毒基因组的内化。 因此，当脂质递送颗粒在其表面装载S蛋白时，这些脂质颗粒可能具有类似病毒的结构（VLS），通过受体靶向细胞。特别是，SARS-CoV-2的S蛋白被发现与DC和巨噬细胞表面表达的ACE2或DC-SIGN受体相互作用。这些发现导致合乎逻辑的推断，如果能够构建所提出的VLS系统，它将不仅与注射局部组织的肌肉细胞或上皮细胞相互作用，还与携带ACE2受体或DC-SIGN的先天免疫细胞（例如DCs和巨噬细胞）。先前报道了一种可吸入的纳米疫苗，其具有仿生冠状病毒结构，模拟病毒遗传物质由脂质体包裹，表面装载有S蛋白的受体结合域（RBDs）作为“刺突”以模拟病毒结构，表明VLS的可能性。因此，本研究的目的是设计一种VLS颗粒来包裹mRNA分子并装载蛋白质，并研究其免疫学特性，特别是其通过表面S1蛋白特异性结合到DCs和巨噬细胞上的DC-SIGN来在小鼠模型中引发免疫反应的能力。所获得的数据表明，通过VLS结构将mRNA特异性地传递到DCs的这种策略与常规mRNA疫苗相比具有非常重要的意义。 2.结果 2.1.VLS的特性描述 SARS-CoV-2 mRNA疫苗的早期开发中一个重要的技术基础是通过静电吸引和氢键将mRNA分子与阳离子脂质结合，这导致了mRNA分子被LNPs包裹。在我们的VLS设计中，需要一个脂质载体来包裹mRNA，并装载表面蛋白，这可能需要更大的阳离子脂质电荷容量以在离子环境中进行电荷复合。为了使脂质颗粒同时携带mRNA和蛋白的能力更强，我们的设计包括了两种阳离子脂质分子，((2-(2-羟乙氧基)乙基)氮杂二基)双(己烷-6,1-二基)双(2-己基癸酸酯)和1,2-二油酰-3-三甲基铵丙烷；一种中心磷脂，1,2-二油酰-磷脂酰胆碱；以及一种聚聚乙二醇(PEG)分子，甲氧基聚(乙二醇)-N-十四烷基十四酰胺-1-2k。通过微流控工艺生产了这种脂质组成和编码SARS-CoV-2 XBB.1株S1蛋白的mRNA的LNP（补充图1a）。这些特征粒子的结构参数（扩展数据表1）和与脂质定量相关的识别mRNA分子（补充图1a）表明了mRNA疫苗的典型特征。此外，这种LNP能够以剂量依赖性的方式将其包裹的mRNA传递到293细胞中（图1a,b）。此外，表达并纯化的S1重组蛋白（补充图1a）被装载在包裹mRNA的脂质颗粒上，以构建具有与mRNA疫苗相似结构特征的VLSs（扩展数据表1）。我们的电子显微镜观察表明装载过程是不可逆的（补充图1b），并且这种VLS的形态特征显示，与单独包裹mRNA的LNP相比，粒子表面有一些凸起，存在差异（图1c）。添加S抗体可以通过抗体桥使颗粒聚集（图1c）。通过免疫沉淀法对VLSs进行结构分析，使用特定的S抗体表明，沉淀的VLS颗粒含有mRNA分子和S1蛋白（图1d）。这些数据支持在我们的设计模型中使用VLS颗粒。 图1 | VLS和LNP的特征。a，荧光显微镜显示LNP、包裹GFP mRNA的LNP和VLS中GFP表达显著。比例尺，250微米。b，通过西方印迹分析检测293T细胞转染LNPs或VLSs 48小时后的S1蛋白。左图：与LNPs相比，293T细胞转染EGFP或S1 mRNA后的S1蛋白表达；右图：转染不同剂量S1 mRNA的VLSs后，293T细胞中S1蛋白的表达。GAPDH作为蛋白装载对照。西方印迹上信号的强度（条带上方）通过ImageJ（版本1.8.0.112）进行密度分析定量。c，LNPs、包裹S1 mRNA的LNPs、VLS和用特定抗S1抗体处理的VLSs的电子显微镜图像。比例尺，200纳米。a-c中的实验均重复了两次。d，总样品、渗透和洗脱中的蛋白（S1或N）和mRNA含量。“IP-S1”表示样品在与特定抗S1抗体孵育过夜后进行了测试，“IP-N”表示样品与抗N抗体孵育。实验装载量相等，并通过西方印迹和SDS-PAGE银染（Input）鉴定。数据以三个独立实验的平均值±标准差表示。 2.2.VLSs使细胞转染并靶向ACE2/DC-SIGN分子 与mRNA疫苗的LNPs相比，当蛋白装载在表面时，VLSs提高了mRNA的传递能力。S1蛋白与ACE2或DC-SIGN分子的结合可能导致VLSs靶向局部组织中具有这两种受体的细胞。我们的研究表明，VLSs不仅能高效转染293细胞（图2a），而且还能增强16HBE细胞培养中的mRNA表达，这不仅显示了目标mRNA的拷贝数（图2b），而且还表达了蛋白质（图2a），并且在添加针对S或ACE2的抗体后呈现恢复（图2c,d）。THP-1细胞也是如此（图2a,b）。基于我们对大约16HBE细胞表达ACE2和THP-1细胞表达ACE2/DC-SIGN的识别数据（补充图2），两种细胞系中mRNA表达的增强可能是由于ACE2或DC-SIGN与S1蛋白的相互作用介导的。此外，用针对DC-SIGN的特定抗体处理THP-1细胞也干扰了VLS mRNA的表达（图2c,d）。这表明VLSs能够通过S1与ACE2和DC-SIGN受体的相互作用，将mRNA传递到人类巨噬细胞中，这与报告的数据一致。此外，表达DC-SIGN的小鼠DCs（JASWIIs）被发现与S1蛋白相互作用（补充图3a）。这些细胞与VLS包裹的EGF或S1 mRNA的转染导致了明显比单独转染LNP包裹的mRNA更大的mRNA表达，因为针对S或DC-SIGN的特定抗体的阻断消除了这种效应（图2c,d和补充图3c）。使用表达DC-SIGN的小鼠RAW264.7巨噬细胞的相同实验也提供了类似的结果（图2c和补充图3b）。基于先前确认的数据，显示人类DCs和巨噬细胞由于表达ACE2/DC-SIGN而被SARS-CoV-2感染，我们的结果表明，VLS与ACE2或DC-SIGN受体的相互作用可能参与了先天免疫的激活。 图2 | VLS通过S1蛋白靶向ACE2/DC-SIGN分子增强细胞转染，实现mRNA传递。a，不同细胞中S1蛋白的表达通过西方印迹进行检测。c，使用不同细胞的受体或S1（N）蛋白的抗体阻断后，通过西方印迹检测VLSs中S1蛋白的表达。LNPs和包裹S1 mRNA的VLSs与293T细胞、16HBE细胞、THP-1细胞、DCs和RAW264.7细胞共孵育。a和c中的实验均重复了两次。b，通过qRT-PCR评估转染到不同细胞的mRNA拷贝数。d，使用细胞受体的抗体阻断或S1（N）蛋白的抗体阻断后，通过qRT-PCR评估转染到细胞的mRNA拷贝数。b、d中，n=3个独立样本，均值±标准差。黄色框架中的蓝色文本显示了不同抗体处理的样本或细胞。显著性差异是通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey的事后检验确定的。 2.3.VLSs与DCs和巨噬细胞的相互作用 先前的数据表明，LNPs对mRNA疫苗在细胞中诱导的强烈转录反应是由于LNPs引起的外源性损伤，被认为是mRNA疫苗的不良反应。我们研究了是否可以通过S1蛋白与受体的结合来降低我们VLS的活性。在我们的研究中，用VLSs处理的16HBE细胞中具有免疫激活作用的一些分子的表达倾向于增加（图3a），在THP-1细胞中检测到免疫调节因子的表达增加和炎症介质如肿瘤坏死因子（TNF）的表达减少（图3b）。此外，在小鼠DCs的JAWSII菌株中，包括TNF和GATA-3在内的分子表达倾向于减少，而干扰素（IFN）家族成员的表达倾向于增加（图3c）。在RAW264.7小鼠巨噬细胞中观察到免疫调节因子和炎症因子的转录概况轻微且平衡的上调（图3d）。有趣的是，上皮细胞中干扰素家族成员的上调表达与DCs和巨噬细胞中的相似（图3a,c）。这些结果表明VLSs在先天免疫中具有某种免疫激活作用，这与mRNA/LNPs不同，并支持我们的假设，即S1蛋白对VLS表面的影响不仅可以导致mRNA传递，还可以激活DC中的DC-SIGN信号通路。 图3 | LNPs和VLSs转染细胞的免疫基因转录。a-d，16HBE（a）、THP-1（b）、JASWII DC（c）和RAW264.7（d）细胞在转染只包裹S1 mRNA的LNPs或同时包裹S1 mRNA和S1蛋白的VLSs后24小时的免疫反应相关主要基因的表达谱。蓝色代表只包裹S1 mRNA的LNPs，黑色代表VLSs。数据以三个独立实验（n=3）的平均值±标准差表示。显著性差异通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey的事后检验确定。 2.4.用VLSs对小鼠进行免疫接种引发免疫信号传导的差异 我们对VLSs与免疫系统之间的相互作用的研究表明，无论VLS中包裹的mRNA编码GFP还是S1蛋白，它都在局部组织中动态表达（补充图4），类似于mRNA疫苗的报告。有趣的是，VLS组小鼠局部组织中S1抗原与DCs或巨噬细胞的共定位率大于mRNA或单独蛋白组小鼠（图4a和补充图5a,b）。在初次免疫后3-7天，VLS组小鼠脾脏中CD86+ DCs与CD83+ DCs的比率，这表明由Toll样受体（TLR）信号刺激的DCs的成熟度，大于mRNA或蛋白组小鼠（图4b）。 脾脏中特定CD4+与CD8+记忆T细胞的比率在增强型VLS组以及接受用VLS预处理的DCs组中也大于其他两组（图4c,d），这表明VLSs通过S1蛋白特异性结合到DC-SIGN受体与小鼠DCs的相互作用，随后mRNA的有效表达增强了DCs的活化效率，随后激活T细胞是显著的。进一步的抗体测量显示，在注射后第21天，接受用VLS预处理的DCs的小鼠的抗体滴度大于接受用mRNA或蛋白疫苗预处理的DCs的小鼠（图4e）。在免疫后24至48小时，对接种实验VLS疫苗的小鼠局部组织中各种重要免疫分子的转录水平进行后续分析，发现与单独用mRNA或蛋白免疫的小鼠相比，与DCs和巨噬细胞活化直接相关的一些功能分子的表达增加，如CXCL10和MHCI（图4f）。CXCL10的千倍增加表明，由VLSs激活的DCs可以被分类为cDCs21。进一步对接种免疫的小鼠脾脏中收集的淋巴细胞在免疫后不同时间点进行的京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）同源转录组分析显示，与mRNA和蛋白组相比，VLS组显示出特征性的动态轮廓（图4g）。所有转录轮廓的变化表明，接种VLSs和mRNA或蛋白的个体宿主免疫反应存在差异。 图4 | VLSs在小鼠中诱导了先天免疫反应。a，代表性共定位率显示，与肌肉注射VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs的小鼠相比，在24小时和48小时后S1表达与DCs/巨噬细胞在肌肉中的情况。b，小鼠在免疫后3天和7天，脾脏中CD86+与CD83+ DCs的比率，这些小鼠接受了VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs的免疫。c，d，在接受加强和DC处理的输血VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs后，特异性记忆T细胞（c）和活化T细胞（d）中带有CD8标记分子的比率。e，在不同处理组DCs输血后第21天的小鼠抗体滴度。f，小鼠肌肉注射VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs后24小时和48小时，与炎症和先天免疫反应相关的主要基因表达谱。g，在初次免疫后7天、14天和28天以及加强免疫后21天，与免疫调节的激活或分化、细胞过程、信号转导和炎症相关的主要基因表达谱的淋巴结。颜色条代表与LNP组数值相比的log2（倍数变化）。颜色越红，基因转录水平上调越明显。组织中炎症细胞因子的相对表达水平通过比较Ct（ΔΔCt）法归一化至空白对照组（LNP）的水平。数据以三个独立实验（n=3）的平均值±标准差表示。显著性差异通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey的事后检验确定。 2.5.VLSs在小鼠中引发更强的免疫反应 基于对我们的VLS疫苗和当前在人群中使用的mRNA疫苗（III期临床试验）（18岁以上）（补充图6）的分析差异，我们的免疫学数据表明，与mRNA或蛋白疫苗中mRNA和蛋白含量相等的VLSs在接种的BALB/c小鼠中引发强大的免疫反应，接种后对Omicron株S抗原的结合抗体水平远高于单独接种mRNA或蛋白的小鼠；高水平维持了八个月以上（图5a），并且小鼠对武汉、Beta和Delta株的S抗原表现出明显的反应性，水平略低（图5b）。使用假病毒和真病毒同步检测变异株的中和抗体也显示了类似的结果（图5c），其中对变异株的中和抗体达到了高于1:103的水平，这在先前对动物和人类的免疫保护研究中被确认为有效。对武汉、Omicron和XBB.1株的RBD的抗体水平在VLS组中大于其他两组（图5d）。与其他两组相比，接种VLS后，尤其是加强免疫后，VLS组小鼠在上呼吸道和血清中分泌的IgA水平增加（图5e）。此外，比较VLS组和mRNA组小鼠淋巴结中活化B细胞的比率表明，VLS组中活化B细胞的比率大于mRNA组（图5f）。重要的是，针对IFNγ和白介素-4（IL-4）的ELISpot检测显示，在免疫后第90天，VLS组的T细胞反应比mRNA和蛋白组更强烈（图5g）。由于观察到IL-4反应的明显加强，同时对这些小鼠的血清中的多种细胞因子进行了检测，结果表明VLS组的大多数细胞因子水平低于mRNA或蛋白组（图5h）。所有数据表明，VLSs引发的免疫反应应与基于VLSs对先天免疫的已知激活效应的mRNAs或蛋白质引发的免疫反应不同。 图5 | VLSs在小鼠中诱导了适应性免疫反应。a,b, 由VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs在小鼠中诱导产生的针对Omicron（a）和野生型（WT）、Beta和Delta（b）株的SARS-CoV-2特异性抗体滴度。样本在初次注射后的第35、49、120、180和240天获取。c, 由VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs在小鼠中诱导产生的针对Omicron真实病毒株BA.5和假病毒的中和抗体（NAb）滴度。d, 由VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs在小鼠中诱导产生的针对Omicron株、XBB.1株和WT株RBD的IgG抗体滴度。e, 由VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs在小鼠中诱导产生的针对Omicron株刺突蛋白的IgA抗体滴度，在免疫后的第21和49天在小鼠BALF（支气管肺泡灌洗液）和血清中。f, 观察到的经VLS和mRNA疫苗处理的小鼠淋巴结中的活化B细胞。g, 在初次免疫后第49天，经肌肉注射VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs的小鼠的IFNγ和IL-4的ELISpot反应。橙色框架代表包裹5、10、20和40μg S1 mRNA的LNPs，从浅到深；蓝色边框代表5、10、20和30μg S1肽；蓝色边框中的橙色框架从浅到深代表不同剂量的RNA和肽的不同组合的LNPs。SFC，形成斑点的细胞。h, 加强免疫后第28天，用VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs免疫的小鼠血清中的细胞因子。所有测定值都通过减去空白小鼠血清中检测到的值来计算。数据以三个独立实验（n=3）的平均值±标准差表示。显著性差异通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey的事后检验确定。 2.6.VLSs在ACE+/+小鼠中引发的有效免疫保护 在我们的病毒挑战测试中，涉及ACE+/+小鼠和仓鼠（补充图7），结果表明VLSs完全保护了挑战的小鼠免受Omicron BA.5株、XBB.1和武汉株的侵害，因为没有观察到症状（扩展数据表2）。在感染期间，在小鼠的各个器官中检测到很少或没有病毒复制（图6a,b和补充图8-10），并且没有检测到组织病理学变化（扩展数据表3）。值得注意的是，在与VLS阴性小鼠相比，用XBB.1挑战的VLS免疫小鼠的主要器官中没有检测到活病毒（图6c）。此外，对BA.5挑战的小鼠的淋巴细胞在第3天进行了转录组分析。结果表明，与功能反应相关的差异表达基因与免疫系统在VLS组明显不同于其他两组（图6d）。B细胞、CD4+细胞和CD8+细胞的分类表明，更多的DEGs百分比集中在CD4+细胞和B细胞群体中（图6d）。这些基因主要是与淋巴细胞增殖相关的转录调节分子。结合ACE+/+小鼠VLS组中出色的免疫保护效果，这种独特的转录组轮廓表明，通过VLSs与DCs的稳健结合，通过系统激活DCs在VLS刺激下基于不同信号的整合效应引发的免疫学结果。 图6 | VLSs对C57-hACE+/+小鼠中Omicron BA.5和XBB.1株挑战的影响。a, 在Omicron BA.5株感染后，通过RT-qPCR测定了肌肉注射VLS、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs的hACE+/+小鼠在肺、大脑和脊髓中的病毒载量。b,c, 在Omicron XBB.1株感染后，通过RT-qPCR测定了肌肉注射VLS和LNPs的hACE+/+小鼠在大脑、肺、淋巴、气管和脊髓中的病毒载量（b），并通过病毒斑点形成测定了病毒滴度（c）。基线是根据未感染的阴性小鼠中检测到的值定义的。FFU，聚焦形成单位；dpi，感染后天数。d, 在Omicron BA.5株感染后3天，从小鼠肌肉注射VLSs、包裹S1肽的LNPs或包裹S1 mRNA的LNPs的淋巴结组织中分离的CD8+ T、CD4+ T和B细胞的激活或分化相关的显著差异表达基因。颜色条代表与LNP组相比的log2（倍数变化）。颜色越红，表示基因转录水平上调越明显。数据以三个独立实验（n=3）的平均值±标准差表示。显著性差异通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey的事后检验确定。 3.讨论 在过去几年的COVID-19大流行期间，mRNA疫苗为我们提供了新的疫苗研究技术和疫苗设计和开发的新思路。这种技术方法诱导了对传染因子的生物学模仿，并为下一代COVID-19疫苗的开发提供了新的可能性。基于这一进展，我们的工作建立了一个改进的脂质系统，扩大了抗原携带能力，包括mRNA和蛋白。这个系统依赖于由两种阳离子脂质、一种中心磷脂和一种聚-PEG分子组装成的专门脂质颗粒的结构，该结构由mRNA和病毒蛋白组成。这种脂质系统能够有效地包裹编码S1抗原的mRNA，并在其表面携带S1蛋白。此外，我们的结果揭示了表面S1蛋白能够与ACE2/DC-SIGN受体结合，促进mRNA进入细胞并增加抗原表达，除了通过LNP融合到细胞膜的表达之外。因此，我们进一步表明，VLS表面S1蛋白在引导mRNA/LNPs靶向DCs和巨噬细胞方面发挥重要作用，这导致免疫系统对抗原的摄取显著增加。对这些细胞的转录概况的进一步分析表明，VLS能够以平衡的方式激发多种免疫调节因子和炎症介质的表达的一般趋势与mRNA/LNPs不同，这表明了VLS作为疫苗免疫原的重要性。这种设计通过体内免疫学分析进一步得到验证；我们观察到在接种VLS的个体的局部组织中，S1抗原与DCs或巨噬细胞的共定位程度更高，以及在接种VLS的个体的淋巴器官中活化DCs群体的百分比更高，与接种mRNA/LNPs的个体相比。进一步使用体外用VLS预处理的DCs的BALB/c小鼠进行的调查揭示了VLS组中活化T细胞的比例比mRNA疫苗组更高。重要的是，接种VLS的小鼠表现出比接种mRNA/LNPs的小鼠更强烈的抗体反应和更强的细胞毒性T淋巴细胞反应。有趣的是，检测到了从上呼吸道和血清中分泌的特异性IgA。基于进一步的保护性动物测试，我们发现这种增强的免疫力为对抗Omicron BA.5、XBB.1或武汉株提供了更有效的保护。进一步的调查揭示了在VLS组的ACE+/+小鼠在挑战时CD4+细胞群体中大多数基因的系统上调和B细胞和CD8+细胞群体中50%以上基因的上调的差异。这些发现表明，接种VLS的小鼠具有特征性的系统性免疫反应，可能因为来自先天免疫系统的多种信号的综合效应。这些数据支持我们的推测，即VLSs能够与各种细胞相互作用，这不仅导致mRNA的内源性抗原蛋白表达和细胞内TLRs26识别的mRNA分子，而且还有DCs的不同亚群的质膜中的其他TLRs27识别外源性S1蛋白，类似于与DC-SIGN或ACE2的结合。此外，通过脂质融合转染VLSs的上皮细胞的抗原趋化效应使DCs激活以摄取抗原并产生一定的抗原信号。在VLS免疫期间引发的这些事件可能导致不同亚群的DCs和巨噬细胞对T细胞和B细胞的抗原交叉呈递，并可能导致对VLS免疫的强烈免疫反应（扩展数据图1）。因此，我们假设基于在DCs和巨噬细胞中特异性诱导mRNA表达的策略可能有助于开发病毒样疫苗候选物，使其能够引发综合免疫反应，以提供比当前COVID-19 mRNA疫苗更有效的针对病毒变种的保护。 然而，这项研究缺乏足够的数据来解释VLSs的物理化学结构以及它们与细胞（特别是DCs或巨噬细胞）的相互作用机制、在这些细胞中引发的信号以及VLS免疫个体的系统免疫学过程，这值得进一步深入研究。 4.方法 4.1.伦理声明 四周至五周龄的K18-hACE2 C57BL/6小鼠（人类ACE2基因敲入C57BL/6小鼠）由Cyagen Biosciences提供（动物许可证号码SCXK (Su) 2022-0016）。BALB/c小鼠和七至八周龄的金黄仓鼠从Vital River购买（动物许可证号码SCXK (Jing) 2021-0006和SCXK (Jing) 2021-0011）。所有动物都在特定病原体自由的隔离设施中饲养（实验室许可证号码SYXK (Lu) 2020-0019）。实验动物的照顾和使用遵循“3R”原则和动物福利指南。动物实验过程及与动物相关的护理和福利已经山东威高利彤生物制品有限公司的动物实验伦理委员会审查和批准（批准号码LACUC-RD3-2022-006）。 4.2.细胞系 HEK-293T和16HBE细胞在含有10%胎牛血清（FBS；HyClone，GE Healthcare）、100 U/ml青霉素和100 mg/ml链霉素的Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM，Thermo Fisher Scientific）中培养。JASWII树突状细胞在含有20% FBS和5 ng/ml小鼠粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（HY-P7361，MCE）的MEM Alpha（Thermo Fisher Scientific）中培养。RAW264.7细胞在含有10% FBS的最小Eagle培养基（MEM；Thermo Fisher Scientific）中培养。THP-1细胞在含有10% FBS和0.05 mM β-巯基乙醇（M917637，Macklin）的RPMI 1640（Thermo Fisher Scientific）中培养。所有细胞均从ATCC购买，并在37℃、5% CO2条件下维持。 4.3.病毒 新型冠状病Omicron BA.5株（H株）于2022年12月从COVID-19患者中分离出来。完整的基因组序列已上传至NCBI GenBank（OQ179919.1）。新型冠状病KMS-2株（武汉）于2020年2月从云南省传染病医院的COVID-19患者中分离出来。 4.4.动物实验设计 C57BL/6-ACE2（BALB/c或金黄仓鼠）小鼠被随机分为五组（补充图7）。 扩展数据图7| 推测的VLS疫苗与宿主免疫系统相互作用并引发小鼠免疫反应的机制。➀ 注射的VLS疫苗被上皮细胞内吞。从内体逃逸并进入细胞质后，mRNA在核糖体中被翻译成蛋白质。翻译后的抗原蛋白可分泌到细胞外空间。DCs和巨噬细胞可被VLS引起的局部炎症所吸引。分泌的抗原和VLS疫苗表面的抗原均可被招募的DCs和巨噬细胞摄取，随后激活并呈递给Tfh/Th1和B细胞。➁ 注射的VLS疫苗通过S1蛋白特异性结合DC-SIGN或ACE2受体介导，被DCs和巨噬细胞内吞。传递的mRNA被翻译成内源性抗原，可激活DCs和巨噬细胞。这些激活的免疫细胞能够将抗原呈递给Tfh/Th1和B细胞，以激活特异性免疫反应和B细胞的特异性增殖，产生抗体反应，同时引发特异性CTL反应。➂ VLS疫苗表面的S1蛋白抗原作为外源性抗原，被DCs和巨噬细胞识别和内吞，随后激活并呈递给Tfh/Th1和B细胞。这些途径的所有抗原信号都能激活并增强特异性免疫反应。 在A组（免疫实验组，n=35），C57BL/6-hACE2小鼠被分为四组：对照组、VLS组、mRNA组和肽组。VLS包含20μg mRNA和10μg蛋白；mRNA组小鼠接种20μg mRNA，肽组小鼠接种10μg蛋白。所有小鼠在初次免疫后的第21天进行加强免疫。在初次免疫后的24、48和72小时，从免疫部位获取组织，进行qRT-PCR测量细胞因子表达的免疫荧光检测。此外，在初次免疫后的3、7和14天以及加强免疫后的28天，从淋巴结中分离出B细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞，进行转录组测序。 在B组（免疫实验组，n=36），C57BL/6-hACE2小鼠被分为三组：对照组、VLS组和mRNA组。用于探索mRNA分子与传递系统的组织部位的mRNA。在肌肉注射后的第1、3、5和7天收集心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺、大脑和淋巴结，进行组织免疫荧光检测。 在C组（免疫实验组，n=72），BALB/c小鼠被分为12组：N1-N12。N1-N4为mRNA疫苗组，N5-N8为VLS疫苗组，N9-N12为肽疫苗组。N1-N4分别包含5、10、20和40μg mRNA。N5-N8包含5μg mRNA和5μg肽、10μg mRNA和5μg肽、10μg mRNA和10μg肽、20μg mRNA和10μg肽。N9-N12分别包含5μg、10μg、20μg和30μg肽。所有小鼠在初次免疫后的第21天进行加强免疫。在免疫后的第35、49、120、180和240天，从尾静脉采集血液样本进行抗体检测。加强免疫后的第28天，收集血液进行中和抗体和结合抗体测试，脾脏进行淋巴细胞分离和ELISpot检测。同时，比较SARS-CoV-2疫苗的免疫滴度。 在D组（免疫保护实验组；C57BL/6-hACE2，n=75；金黄仓鼠，n=40），加强免疫后的第28天，对照组、VLS组、mRNA组和肽组小鼠分别通过鼻内途径用SARS-CoV-2 Omicron BA.5（10^4.5 50%细胞培养感染剂量（CCID50））、SARS-CoV-2野生型（10^4 CCID50）或SARS-CoV-2 Omicron XBB.1（10^4.5 CCID50）进行挑战。在病毒感染后的第3、5和7天收集心脏、肝脏、脾脏、肾脏、肺、气管、大脑、脊髓、淋巴结和性器官，进行病毒载量定量。同时，在挑战后第3天，从C57BL/6-hACE2小鼠的淋巴结中分离出B细胞、CD4+ T细胞和CD8+ T细胞，进行转录组测序。 在E组（输血实验，n=27），DCs用LNPs-肽、LNPs-mRNA和VLSs处理12小时。体外处理的DCs（每只小鼠3×10^5个细胞）通过尾静脉输注到小鼠体内。在移植后的第3和5天获取脾脏和腹股沟淋巴结，进行流式细胞术和qRT-PCR。输血后21天测量抗体滴度。上述动物挑战实验由武汉生物制品研究所委托进行。 4.5.LNP传递系统的合成和配方 根据((2-(2-羟乙氧基)乙基)氮杂二基)双(己烷-6,1-二基)双(2-己基癸酸酯)、1,2-二油酰-3-三甲基铵丙烷、1,2-二油酰-磷脂酰胆碱和甲氧基聚(乙二醇)-N-十四烷基十四酰胺-1-2k的分子量，分别在绝对乙醇（优级试剂）中溶解至20%、10%、20%和10%的分子浓度。所有四个组分以30.68:6.84:15.2:1的摩尔比在乙醇中混合，以准备LNP传递系统。mRNA根据请求比例在20 mM醋酸钠、2.5 mM KCl和0.1%海藻糖的缓冲液中稀释。通过NanoAssemblr Ignite+ LNPs（Precision Nanosystems）将空白LNPs与mRNA以1:3的重量比混合制备LNP-mRNA。脂质颗粒进一步通过Zetasizer Ultra光谱仪进行表征。 4.6.SARS-CoV-2 S1 mRNA的合成 通过PCR技术将SARS-CoV-2的S1序列扩增并插入到PVAX载体中。将黄热病病毒的5′-非翻译区（UTR）扩增并插入到Kozak序列之前，将人类线粒体核糖体的3′-UTR扩增并插入到S1序列之后，作为S1序列的5′-UTR和3′-UTR。构建的质粒用BamHI（目录号R0136V，NEB）在37℃下线性化3小时进行体外转录反应。通过体外转录反应（HiScribe T7 ARCA mRNA Kit，目录号E2060S，NEB）合成N1mψ修饰的S1 mRNA。反应混合物用DNase I处理，并使用氯化锂沉淀进行纯化。 4.7.VLS疫苗的制备 通过将LNP-mRNA和肽添加到缓冲液（0.1%海藻糖和3.5%葡萄糖）中，在室温下以30 r.p.m.混合30分钟，然后在4℃旋转混合10 r.p.m.过夜。VLS疫苗进一步通过Zetasizer Ultra光谱仪进行表征。 4.8.LNP转染的mRNA和VLS细胞 然后，将0.5、1、2、5和10μg的mRNA通过LNP传递系统转染到293T细胞中，并在转染后24小时进行西方印迹检测。同时，将mRNA和VLSs转染到16HBE、JASWII DCs、THP-1细胞和RAW264.7细胞中，在24小时后进行西方印迹分析和qRT-PCR测量。 4.9.共免疫沉淀 向LNP包裹的mRNA和VLS疫苗（VLS疫苗装载了BA.1 S1蛋白或N蛋白）中加入抗S1和抗N抗体。然后，加入50μl的磁性珠（BeaverBeads Protein A Matrix Antibody Purification Kit，目录号20102，苏州）并孵育30分钟，在室温下30 r.p.m.。接下来，在磁场中吸附含磁性珠的样品2-3分钟，室温下，上清液用于mRNA和蛋白含量测量。然后，用洗涤缓冲液洗涤珠，加入洗脱缓冲液进行洗脱，并通过qRT-PCR和ELISA测量mRNA和蛋白含量。 4.10.qRT-PCR 通过qRT-PCR测量VLS和mRNA疫苗中的mRNA含量。根据指南，引物的结合位点设计在SARS-CoV-2 S1基因区域，S1基因的一部分构建在pUC57质粒中。体外转录的mRNA用作标准样品。引物为F：TGGATCTGGAGGGAAAGCAGGCAACT和R：CCGATTGGCAGATCCACCAGAGGTTC，TaqMan探针（Sangon Biotech）的序列为5′-6FAM-ATGGCTACTTCAAGATCTATAGCAAGC-TAMRA-3′。通过绝对定量的qPCR确定组织中的病毒载量。根据世界卫生组织的指南，引物的结合位点设计在SARS-CoV-2 N基因区域，N基因构建在pUC57质粒上。引物为F：GAATGGCTGGCAATGGCGGTGATGCT和R：TTGTTGGCCTTTACCAGACATTTTGCT，TaqMan探针（Sangon Biotech）的序列为5′-6FAM-TTGCTGCTGCTTGACAGATT-TAMRA-3′。使用RNAiso Plus（T9108，Takara）从组织中提取病毒基因组RNA，使用一步PrimeScript RT-PCR试剂盒（Perfect Real Time）（TaKaRa，代码RR064A）进行反应。 组织和细胞中细胞因子的相对表达，使用RNAiso Plus（T9108，Takara）提取总RNA。基因表达以与LNP注射的小鼠或未感染病毒的细胞中的水平的倍数变化（2−∆∆Ct）表示，这些水平用于校准。使用一步SYBR PrimeScript PLUS RT-PCR试剂盒（TakaRa，代码RR096A）进行反应。使用的具体引物列在扩展数据表4和5中。 4.11.免疫荧光和共聚焦显微镜 收集肌肉组织并立即在液氮中冷冻。组织切片嵌入OCT（Tissue-Tek OCT Compound 4583，Sakura）中，并在冰晶切片机上切成5μm厚（CM1850，Leica）。组织切片固定和用5% BSA封闭。检测病毒抗原时，切片依次用小鼠抗SARS-CoV-2 S抗体（Sino Biological，目录号40150-V08B1）和Alexa Fluor 647偶联的山羊抗小鼠IgG二抗（Invitrogen）孵育。使用抗CD11c抗体（Abcam，目录号ab33483-N418）检测DCs，使用抗F4/80抗体（Zhengneng，目录号263101-31B1），Alexa Fluor 488偶联的山羊抗兔IgG二抗和647偶联的山羊抗小鼠IgG二抗（Invitrogen）检测巨噬细胞。所有细胞核均使用4,6-二氨二苯吲哚检测，并使用共聚焦显微镜（TCS SP2，Leica）分析。 4.12.病毒滴定 病毒滴度通过斑点测定法确定，按照标准协议进行，如前所述。简而言之，病毒经过梯度稀释并加入六孔板。羧甲基纤维素用作液体覆盖的基质，结晶紫用作染色以增强斑点可视化，细胞在37℃、5% CO2条件下培养7天。 4.13.中和试验 简而言之，血清在56℃下灭活30分钟，连续稀释1:4，并与病毒以100倍CCID50/100μl的滴度混合，在37℃下孵育2小时。混合物加入六孔板，并使用羧甲基纤维素作为基质，结晶紫用作染色以在37℃、5% CO2条件下培养后增强斑点可视化。同时，测量假病毒的血清中和滴度，50%抑制稀释（EC50）定义为血清稀释度，与病毒对照孔（病毒+细胞）相比，相对光单位减少了50%，减去只有细胞的对照组的背景相对光单位。简而言之，假病毒（Acro，目录号PSSO-HLC016）与测试样品的连续稀释1:64在37℃下孵育1小时，与病毒对照和细胞对照孔一起。然后，将293T-ACE2细胞加入每个孔中。在37℃、5% CO2环境中孵育48小时后，测量发光。 4.14.IFNγ特异性和IL-4特异性ELISpot检测 对于ELISpot检测，根据制造商的协议使用小鼠IFNγ和IL-4 ELISpot试剂盒（Mabtech）。简而言之，用脾淋巴细胞接种板，然后加入3μg的刺激物（XBB Spike RBD蛋白，目录号40592-V08H144，Sino Biological；B.1.1.529 Spike RBD蛋白，目录号SPD-C522e，Acro；BA.4/BA.5 Spike RBD蛋白，目录号SPD-C522R，Acro；BA.2.12.1 Spike RBD蛋白，目录号SPD-C522q，Acro；BQ.1.1 Spike RBD蛋白，目录号SPD-C5240，Acro；BA.2.75.2 Spike RBD蛋白，目录号SPD-C522z，Acro），然后将细胞加入并37℃孵育30小时。接下来，去除细胞和培养基，显色发展。使用ELISpot阅读器（Mabtech）计数有色斑点。 4.15.从小鼠淋巴结中分离B细胞、CD4+ T细胞和CD8a+ T细胞 在无菌条件下分离淋巴结并轻轻研磨，将淋巴细胞分离成悬浮液。使用MajoSort小鼠CD19纳米珠（目录号SPD-C522R，Acro 480002，BioLegend）富集B细胞，使用EasySep小鼠CD4+ T细胞分离试剂盒（目录号SPD-C522R，Acro 19852A，Stemcell）富集CD4+ T细胞，使用EasySep小鼠CD8a+选择试剂盒（目录号SPD-C522R，Acro 18953，Stemcell）富集CD8+ T细胞。 4.16.B细胞、CD4+ T细胞和CD8a+ T细胞的转录组分析 通过淋巴结分离B细胞、CD4+ T细胞和CD8a+ T细胞。使用TRIzol（目录号DP421，天根）提取总RNA。使用NanoDrop系统和Bioanalyzer评估RNA数量和完整性，并根据Illumina的说明准备样品并测序（Gene Denovo Biotechnology）。在京都基因与基因组百科全书分析中，选择表达变化2倍或更大的基因在P < 0.05，并按功能类别进行分组。所有转录组测序结果已上传至GSA；提交的指定访问号码为CRA010542。 4.17.酶联免疫吸附试验（ELISA） 使用SARS-CoV-2 Spike Protein ELISA Kit（Acro，目录号RAS-A039）定量S1抗原，并使用SARS-CoV-2 (2019-nCoV) Nucleoprotein ELISA Kit（Jiya Biotechnology）定量核蛋白。使用SARS-CoV-2 RBD (Wild-Type) Antibody (IgG) Detection Kits（Vazyme，目录号DD3201-01）、SARS-CoV-2 RBD (Omicron BA.4/5) Antibody (IgG) Detection Kits（Vazyme，目录号DD3214-01，中国）和Mouse Anti-2019-nCoV (S) IgA Elisa Kits（FineTest，目录号1906）进行S1-RBD IgG检测。使用Mouse Anti-SARS-CoV-2 (B.1.1.529) Antibody IgG Titer Serologic Assay Kit (Spike S1)（Acro，目录号RAS-T061）、Mouse Anti-SARS-CoV-2 Antibody IgG Titer Serologic Assay Kit (Spike S1)（Acro，目录号RAS-T045）、Mouse Anti-SARS-CoV-2 (B.1.351) Antibody IgG Titer Serologic Assay Kit (Spike S1)（Acro，目录号RAS-T084）、Mouse Anti-SARS-CoV-2 (B.1.617.2) Antibody IgG Titer Serologic Assay Kit (Spike S1)（Acro，目录号RAS-T086）进行S1抗体检测。光密度值至少比阴性对照高2.1倍的血清样本被视为阳性。终点滴度定义为产生阳性光密度值的最高血清稀释度。几何平均滴度计算为每组阳性血清样本的终点滴度的几何平均值。 4.18.西方印迹法 蛋白质通过12% SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）分离，并转移到聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上。膜用5%牛血清白蛋白-三羟甲基氨基甲烷缓冲液与Tween-20（Sigma-Aldrich）封闭，并与抗SARS-CoV-2 S1抗体（MHC0102，云南乐鹏科技）、抗ACE2抗体（Abcam，目录号ab15348）和抗DC-SIGN抗体（Santa Cruz Biotechnology，目录号sc-74589）孵育2小时；洗涤三次，然后用辣根过氧化物酶（HRP）标记的山羊抗小鼠IgG（H+L）（Sigma）孵育1小时。最后，PVDF膜洗涤三次，用ECL超敏化学发光试剂（NCM Biotech，目录号P10100）覆盖，并在Bio-Rad凝胶成像仪上曝光和显色。 4.19.SDS-PAGE的银染 用试剂盒（Fast Silver Stain Kit，目录号P0017S，Beyotime）对制备的SDS-PAGE凝胶进行银染。SDS-PAGE凝胶的银染分为十个步骤：固定、用30%乙醇洗涤、水洗、增感、水洗、银染、水洗、显色、终止和水洗。 4.20.流式细胞术分析 在疫苗初次和加强免疫后的第3天和第7天收集淋巴结和脾脏，并分离淋巴细胞。用于检测DC激活表面标记的流标抗体为PE/Cy5-CD45（目录号MA5-38732，Thermo Fisher）、PE/Cy7-CD11c（目录号A15849，Thermo Fisher）、FITC-CD80（目录号A14722，Thermo Fisher）、APC-CD83（目录号ab234119，Abcam）和PE-CD86（目录号12-0862-82，Thermo Fisher）。用于检测特定T细胞表面标记的流标抗体为BV421-CD44（目录号103019，BioLegend）、APC-CD25（目录号102011，BioLegend）、PE/Cy5-CD3（目录号100205，BioLegend）、FITC-CD4（目录号100405，BioLegend）、APC/Cy7-CD8（目录号100713，BioLegend）和PE-Tetramer（Helixgen COVID-19 MHC-I Tetramer）。用于检测活化B细胞表面标记的流标抗体为FITC-CD19（目录号115505，BioLegend）、PerCp/Cy5.5-GL7（目录号144609，BioLegend）和PE-S1（Expedeon，目录号336-005）。细胞在4℃下染色30分钟，流式细胞分析（LSR Fortessa，BD）前洗涤两次。 4.21.Luminex分析 根据制造商的说明进行Bio-Plex Mouse 23-Plex Panel试剂盒（目录号M60009RDPD）检测。简而言之，通过将重组标准品连续稀释，生成了从1.6到10,000 pg/ml的标准曲线。通过向每个孔中移液200μl的检测缓冲液来阻断滤板。10分钟后，通过真空吸引弃去检测缓冲液，向指定的样品孔中加入25μl的检测稀释液，向标准品孔中加入RPMI 1640 with GlutaMAX（Gibco）。然后，向相应的孔中加入标准品或样品，以及25μl的抗体包被的荧光珠子。生物素标记的二抗和链亲和素-荧光素标记的抗体随后通过交替孵育和洗涤步骤加入到孔中。然后，向孔中加入100μl的鞘液，立即使用Bio-Plex阵列阅读器在高和低RP1目标上使用五参数逻辑回归曲线进行读取。 4.22.统计分析和可重复性 对于西方印迹和电子显微镜、免疫荧光检测至少重复两次；对于ELISA，定量分析至少重复三次。所有数据表示为均值±标准误差。组间显著性差异通过GraphPad Prism进行分析。统计显著性设为P < 0.05。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 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摘要：佐剂是疫苗不可或缺的组成部分。尽管在疫苗中广泛使用，但其作用机制尚未完全清楚。随着对先天免疫反应如何控制抗原特异性反应机制的更深入了解，佐剂的作用机制开始被阐明。佐剂可分为免疫刺激剂和递送系统。免疫刺激剂是危险信号分子，通过靶向Toll样受体（TLRs）和其他模式识别受体（PRRs），促进抗原信号和共刺激信号的产生，从而增强适应性免疫反应，导致抗原呈递细胞（APCs）的成熟和激活。另一方面，递送系统是载体材料，通过延长装载抗原的生物可用性，以及将抗原靶向淋巴结或APCs，促进抗原呈递。本文综述的开头系统总结了佐剂的作用机制。随后介绍了经典疫苗佐剂的机制、特性和进展。此外，由于一些正在研究的佐剂显示出比经典佐剂更大的免疫激活潜力，这可能弥补经典佐剂的不足，因此随后总结了正在研究的佐剂平台。值得注意的是，我们强调了这些佐剂平台的不同作用机制和免疫学特性，这将为不同疫苗的合理设计提供广泛的选择。在此基础上，本综述指出了疫苗佐剂的发展前景和未来应注意的问题。 1.引言 佐剂被定义为与疫苗抗原联合使用时增强疫苗免疫原性的各种成分（图1）。佐剂可以是合成的小分子化合物，也可以是复杂的天然提取物和颗粒材料。佐剂的第一个证据出现在1926年，当时亚历山大·格伦尼发现将铝盐与抗原混合并注射到豚鼠体内比单独给予抗原诱导出更多的抗体（图2）。随后，在20世纪40年代，弗伦德及其同事开发了水包油乳液，导致了弗伦德佐剂的创建。然而，由于对人类有毒，弗伦德佐剂并未获准用于人类疫苗。与弗伦德佐剂类似，由于局部和系统性副作用，细菌脂多糖（LPS）佐剂在人类疫苗中的使用受到限制。实际上，从20世纪20年代到90年代，尽管努力开发新的人类疫苗佐剂，但只有铝佐剂获得了许可。直到1997年，水包油乳液MF59才作为流感疫苗的佐剂在欧洲获得许可。在接下来的20年里，另外四种佐剂（AS04、AS03、AS01和CpG ODN 1018）获准用于疫苗，改变了人类疫苗佐剂的单调性。此外，在此期间，许多其他不同类别的化合物作为佐剂进行了评估，包括矿物盐、微生物产品、乳液、皂苷、合成小分子激动剂、聚合物、纳米颗粒和脂质体。它们在临床前和临床研究中显示出增强免疫反应的强度、广度和持久性。 图1 佐剂增强疫苗的免疫原性。a 无佐剂的疫苗诱导产生适度的T辅助细胞极化细胞因子、抗体和活化T细胞。b 相比之下，含佐剂的疫苗促进更多APCs（抗原呈递细胞）的成熟，增加APCs与T细胞之间的相互作用，促进产生更多数量和更多类型的T辅助细胞极化细胞因子、多功能T细胞和抗体，从而导致广泛和持久的免疫力，以及剂量和抗原的节省。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 图2 疫苗佐剂研究历史中主要事件的时间线。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 尽管佐剂在疫苗中已广泛使用很长时间，但它们增强免疫反应的机制尚未得到很好的表征。直到揭示了先天免疫反应如何控制适应性免疫反应的机制，科学家们才开始理解佐剂的作用机制。佐剂通过靶向先天免疫细胞并激活模式识别受体（PRRs）信号通路，引导和增强特定的适应性免疫反应。随后，发现一些递送材料也可以通过模仿自然病原体的大小或空间结构，通过促进抗原呈递细胞（APCs）摄取和呈递抗原，作为佐剂通过增强适应性免疫反应发挥作用。尽管在佐剂开发方面取得了上述进展，但由于它们的定义广泛和机制复杂，对佐剂的作用机制缺乏系统的概括和总结。此外，由于缺乏对当前佐剂平台的机制、特性、免疫效果和应用场景的系统深入理解，很难为特定疫苗匹配和设计合适的佐剂。这导致当前疫苗在使用中逐渐显示出不足，例如无法提供长期保护性免疫、老年人群的免疫弱和无法提供有效的细胞免疫。因此，为了解决这些问题，本综述尝试首先总结佐剂的机制。然后，总结了具有潜在发展价值的经典佐剂平台和正在研究的佐剂平台的机制、特性和应用进展。在本文的最后一部分，讨论了佐剂可能的未来发展方向。本综述希望能为佐剂机制的进一步研究、现有佐剂的合理使用以及新佐剂的设计和开发提供有效的参考。 2.佐剂的作用机制 佐剂已广泛用于疫苗中，以促进疫苗接种的成功。佐剂通过激活先天免疫细胞增强疫苗的适应性免疫。核心概念是佐剂通过激活APCs促进抗原呈递信号（信号1）和共刺激信号（信号2）的产生（图3）。抗原呈递信号是抗原肽-主要组织相容性复合体（MHC），在抗原被摄取和处理后呈现在APCs表面。共刺激信号包括APCs表面表达的共刺激分子（例如CD40、CD80、CD86）和分泌的炎症细胞因子（例如IL-6、IL-10、IL-12和TNF-α）。这两种信号的产生可以强烈诱导初始T细胞的激活，导致增强的适应性免疫反应。免疫刺激剂，如病原体相关分子模式（PAMPs）、损伤相关分子模式（DAMPs）和化学合成的TLRs小分子激动剂，可以通过APCs产生信号1和信号2。递送系统，如脂质纳米颗粒（LNPs）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和笼状蛋白纳米颗粒，通过促进MHC分子上的抗原呈递（信号1）发挥作用。值得注意的是，一些研究表明，许多纳米颗粒递送系统可以直接靶向B细胞以诱导最佳有效的抗体反应。接下来，我们详细描述免疫刺激剂和递送系统发挥佐剂效力的具体机制。 图3 佐剂作用机制的核心。佐剂被分类为免疫刺激剂和递送系统。像PAMPs（病原体相关分子模式）、DAMPs（损伤相关分子模式）和化学合成的小分子激动剂这样的免疫刺激剂，提供危险信号（信号0），激活APCs（抗原呈递细胞）上的PRRs（模式识别受体），从而增强MHC分子上的抗原呈递（信号1）。此外，PRRs的激活导致细胞因子和共刺激分子表达上调，这导致共刺激信号增强（信号2）。像LNPs（脂质纳米颗粒）、PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）和自组装蛋白纳米颗粒这样的递送系统，通过促进MHC分子上抗原的呈递（信号1）发挥作用。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 2.1.免疫刺激剂的作用机制 根据作用机制，佐剂可分为免疫刺激剂和递送系统。免疫刺激剂是危险信号分子，通过靶向APCs细胞上特定受体导致APCs的成熟和激活。具体来说，免疫刺激剂作为PAMPs、DAMPs或其模拟物，可以与APCs上的PRRs相互作用，触发先天免疫反应，导致APCs的激活和成熟。成熟的APCs终止其吞噬抗原活性，并增强其呈递抗原和表达高水平共刺激信号和细胞因子的能力。这导致适应性免疫反应的启动和增强。此外，值得注意的是，不同类型的免疫刺激剂将通过不同的PRRs发出信号，并导致不同的细胞因子分泌，这是适应性免疫反应的主要决定因素（图4）。 图4 免疫刺激剂通过激活模式识别受体(PRRs)调节适应性免疫反应的简化图。不同类型的免疫刺激剂通过不同的PRRs发送信号，导致不同细胞因子的分泌，从而诱导不同的适应性免疫反应。免疫刺激剂通过靶向和激活a TLRs；b cGAS-STING；c CLRs；d 其他PRRs来诱导和调节适应性免疫反应。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 靶向TLRs途径。最初发现，免疫刺激剂通过与APCs上的TLRs相互作用来发挥其作用（图4）。作为佐剂的TLRs激动剂通过激活TLRs，增强抗原呈递、上调共刺激信号和细胞因子表达，最终增强适应性免疫反应，显示出有希望的结果。值得注意的是，不同类型的免疫刺激剂通过与不同的TLRs信号传导，介导不同的适应性免疫反应。总体而言，由于TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6表达在细胞表面，它们主要识别微生物膜成分，如脂质、脂蛋白和蛋白质。因此，相应的免疫刺激剂激活APCs表面的TLRs通常会导致产生促炎细胞因子，如IL-1β、TNF-α和IL-6，并最终导致产生Th1或Th2型免疫反应。TLR3、TLR7、TLR8和TLR9是细胞内TLRs，它们在细胞内囊泡中表达并与核酸反应。这些细胞内TLRs被相应的免疫刺激剂激活通常会导致产生I型干扰素。I型干扰素可以促进Th1细胞的分化并调节其功能。此外，I型干扰素通过常规树突状细胞（DCs）促进抗原交叉呈递给CD8+ T细胞，并可能直接刺激CD8+ T细胞的增殖。免疫刺激剂通过TLRs发挥作用的具体机制如下：(1)与TLR2异源二聚体（TLR2/1或TLR2/6）结合的免疫刺激剂通过髓样分化初级反应88（MyD88）途径启动信号传导并激活NF-κB，从而诱导产生促炎细胞因子如IL12。IL-12参与将初始T细胞分化为Th1细胞。此外，靶向TLR2的免疫刺激剂还导致增强的细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）信号传导，结果增强c-Fos蛋白的表达，这将抑制IL-12表达并增强IL-10表达。这推动初始T细胞极化为Th2型细胞。因此，靶向TLR2的免疫刺激剂主要诱导Th2型适应性免疫反应。(2)与TLR3结合的免疫刺激剂通过toll/白介素-1受体结构域包含的适配体诱导干扰素-β（TRIF）途径启动信号传导，激活干扰素调节因子3（IRF3）并刺激APCs产生I型干扰素。这最终导致Th1型反应和细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的产生。(3)与TLR4和TLR5结合的免疫刺激剂通过MyD88途径启动信号传导以激活NF-κB，这诱导促炎细胞因子分泌并推动初始T细胞向Th1型细胞极化。此外，值得注意的是，通过TLR4触发适应性免疫的免疫刺激剂也可以通过TRIF信号传导，导致IRF3的激活，从而产生少量I型干扰素。(4)靶向位于内质体的TLR7/8/9的免疫刺激剂通过MyD88途径激活NF-κB和干扰素调节因子7（IRF7），触发APCs产生促炎细胞因子和I型干扰素，并诱导强烈的Th1和CTLs反应。 靶向cGAS-STING途径。随着环鸟苷酸-腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）途径在协调先天和适应性免疫中独特作用的揭示，科学家们越来越有兴趣尝试将cGAS-STING途径的激动剂作为疫苗佐剂。cGAS是一种胞质DNA受体，可被双链DNA激活。cGAS激活后，将胞质腺苷酸和鸟苷酸环化成环鸟苷酸-腺苷酸（cGAMP）。随后，cGAMP锁定到STING二聚体的V形结合口袋中，引起构象变化、聚集和STING的激活。之后，NF-κB和IRF3将被激活，这反过来促进促炎细胞因子和I型干扰素的产生。I型干扰素如IFN-α/β可以诱导APCs的成熟，上调共刺激信号并增强其呈递或交叉呈递抗原的能力。因此，靶向cGAS-STING途径的免疫刺激剂不仅将初始T细胞极化为Th1型细胞，还促进CTLs的产生。靶向cGAS-STING的免疫刺激剂包括核苷酸小分子激动剂和非核苷酸小分子激动剂。其中，核苷酸小分子激动剂通常是基于环二核苷酸（CDNs）的天然配体分子，如环二鸟苷酸（c-di-GMP）、环二腺苷酸（c-di-AMP）、2’,3’-cGAMP和3’,3’-cGAMP。非核苷酸小分子激动剂的例子是DMXAA和CF501。此外，值得注意的是，胞质中的线粒体DNA（mtDNA）也可以被cGAS感知，从而激活STING途径。 靶向CLRs途径。C型凝集素受体（CLRs）是一个包括Dectin-1、Dectin-2、MINCLE、DC-SIGN、CD206、CD205等的超家族。CLRs主要定位在细胞膜上，作为抗原受体参与捕获和呈递抗原。具有碳水化合物结构的免疫刺激剂通常激活CLRs，随后诱导APCs启动内吞、处理和呈递抗原，以增强适应性免疫反应的发展。此外，一些免疫刺激剂可以激活CLRs，触发不同的信号传导途径，诱导特定细胞因子的表达，从而控制初始T细胞的极化方向。例如，β-葡聚糖通过Dectin-1的激活导致Syk激酶的磷酸化，进而激活NF-κB，导致制造促炎细胞因子IL12、IL-1β、IL6和IL23，从而诱导初始T细胞分化为Th1和Th17细胞。Th1型细胞诱导强烈的CTLs反应以及驱动B细胞中的免疫球蛋白转换为IgG2a。Th17效应细胞以产生IL-17、IL-17F和IL-22为特征，并通过招募中性粒细胞触发大规模炎症反应。免疫刺激剂激活Dectin-2和MINCLE以及DC-SIGN也可以导致NF-κB激活和促炎细胞因子的产生。然而，由于Dectin-2和MINCLE不具有免疫受体酪氨酸基激活基序（ITAMs），它们需要与携带ITAM的FcRγ结合，才能发生信号传导。值得注意的是，多糖配体对DEC-205和CD206的刺激通常偏向于诱导增强的吞噬作用和抗原呈递，而不是细胞内信号传导。 靶向其他PRRs。在后续研究中，科学家发现免疫刺激剂也可以激活许多其他PRRs，如核苷酸结合寡聚化结构域1（NOD1）、核苷酸结合寡聚化结构域2（NOD2）、NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）、视黄酸诱导基因I（RIG-I）和黑素瘤分化相关基因5（MDA5）。NOD1、NOD2和NLRP3是核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLRs）家族的成员。佐剂通过激活它们将导致APCs上调MHC II并有助于增强抗原呈递。此外，这些NLRs的激活将导致产生促炎细胞因子，如IL-1β和IL-18，驱动初始T细胞偏向极化为Th2型细胞。 Muramyl dipeptide (MDP) 或完全弗伦德佐剂 (CFA) 可以激活NOD1和NOD2，随后刺激NF-κB的转录激活，产生IL1、IL18和IL33的前体。随后，在激活的NLRP3炎症体复合体存在下，caspase1将这些因子切割成其活性形式。NLRP3炎症体复合体由NLRP3蛋白、凋亡相关斑点蛋白（ASC）、cardinal和caspase1蛋白组成。总的来说，NOD1、NOD2和NLRP3的激活将导致主要产生Th2型的免疫反应。RIG-I和MDA5是视黄酸诱导基因I样受体（RLRs）家族的成员，主要识别RNA。大多数TLR3激动剂，如polyI:C，也会在APCs中激活MDA5。RIG-I和MDA5的激活导致IRF3和IRF7的激活，进而诱导I型干扰素的表达。因此，靶向这两个受体的免疫刺激剂最终偏向于导致Th1细胞和CTLs的产生。 2.2.递送系统的作用机制 递送系统被定义为装载抗原的载体材料，并增加APCs对抗原的摄取和呈递。换句话说，递送系统的主要功能是促进抗原呈递。抗原呈递过程涉及APCs对抗原的识别、摄取和内吞，然后由MHC在APCs表面装载和呈递。递送系统可以通过一种或多种方式增加APCs表面呈递的抗原信号。 延长抗原的生物可用性。递送系统通过(1)允许抗原持续释放，(2)形成免疫微环境，和(3)为抗原提供货物保护来实现延长抗原的生物可用性。延长的抗原生物可用性将确保有足够的抗原可供APCs使用。因此，这将导致更多的MHC-抗原肽信号产生。 递送系统可以通过持续释放抗原来延长免疫系统中抗原的生物可用性。例如，纳米乳液递送系统（例如，MF59、AS03）的作用机制之一被认为是持续的抗原释放。最近，一些正在研究的递送系统也被发现具有缓慢释放抗原的能力，如可注射水凝胶。可注射水凝胶允许APCs通过缓慢释放持续呈递抗原，这有助于生发中心B细胞经历多轮亲和力选择，最终导致产生更大量和高亲和力的抗体。值得注意的是，通过调整水凝胶网格的大小，可以控制疫苗成分在水凝胶中持续释放的时间，从而调节释放时间窗口。此外，由生物可降解的PLGA或聚醚酸聚合物制成的固体聚合物颗粒可以包裹抗原，并在几天到几个月的时间内缓慢释放亚单位抗原。我们也注意到，具有大孔结构的自组装支架也具有缓慢释放抗原的能力。不仅如此，自组装支架除了抗原外，还可以通过装载免疫刺激剂来释放炎症信号，并增强血清抗体水平和CTLs水平。总之，使用持续释放技术来延长抗原和佐剂在免疫系统中的暴露时间和生物可用性，可以提高适应性免疫反应的效力、持久性和质量。 此外，一些递送系统可以通过在注射部位形成抗原库/免疫微环境来实现更高的免疫激活。以这种方式工作的递送系统不仅延长了抗原在免疫系统中的保留时间，还招募了更多的免疫细胞渗透到注射部位，这将增加抗原的摄取并提供局部炎症线索以激活随后的适应性免疫反应。已证明能够产生炎症免疫微环境的递送系统显著延长了抗原的生物可用性，增加了抗原的摄取，招募了免疫细胞，并增强了抗体滴度和细胞免疫反应。渗透到注射部位的先天免疫细胞的浸润使得形成微环境的递送材料比单独使用持续释放技术制备的递送材料具有更大的免疫激活能力。为了使免疫细胞渗透到递送系统中，可以将一些细胞因子并入递送系统并缓慢释放，从而增加细胞迁移。最常用的细胞因子是粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）。最近，Sun等人开发了一种可注射的聚（己内酯）-聚（乙二醇）-聚（己内酯）热敏水凝胶，包裹GM-CSF和卵清蛋白，增加了注射部位DCs的招募并提高了抗原的摄取效率。 此外，封装一些免疫刺激剂如TLR激动剂也可以促进先天免疫细胞的招募和渗透。研究发现，一些自佐剂递送材料也可以促进免疫细胞的渗透。例如，介孔硅棒是一种自佐剂递送材料，可以激活NLRP3先天免疫途径。当注射到小鼠体内时，它增加了先天免疫细胞对注射部位的渗透并增强了免疫反应。 此外，递送系统还可以通过保护抗原（特别是DNA和mRNA）免受体内酶的分解，从而维持其生物活性来延长抗原的生物可用性。例如，mRNA抗原容易受到细胞外血清中RNA酶的降解。因此，它们需要被包裹在密封的载体中以避免酶促水解，并确保mRNA顺利递送到目标细胞。LNPs是一种被证明有效的mRNA递送系统，其基本功能之一是包裹mRNA并保护其免受降解RNA酶的侵害。 值得注意的是，由于佐剂具有多种机制，延长抗原的生物可用性只是佐剂作用机制之一，它占所有作用机制的比例需要仔细研究。例如，通过形成“抗原库”来延长抗原的保留和生物可用性被认为是铝佐剂的关键作用机制。然而，随着研究的深入，一些研究人员发现，在铝佐剂给药后移除“抗原库”并没有显著减少抗原特异性T和B细胞反应的产生。这意味着形成抗原库以保留抗原的机制可能不是铝佐剂的关键作用机制，应该全面准确地理解佐剂的作用机制，以更合理地使用佐剂和开发新型佐剂。 APCs靶向。递送系统可以通过以下两种方法靶向APCs，并使APCs有效摄取抗原（图5）。增加抗原摄取量，反过来又增加了APCs表面呈递的MHC-抗原肽的数量，从而导致更强的适应性免疫反应。 图5 递送系统的的作用机制图。递送系统通过以下方式促进增强的抗原呈递或抗原交叉呈递，以增强适应性免疫反应：a 延长抗原的生物利用度；b 将抗原靶向到抗原呈递细胞(APCs)；c 直接将抗原运送到淋巴结；d 促进内质网逃逸。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 递送系统的第一种方法是通过模仿病原体的尺寸和空间结构来促进APCs对抗原的摄取。由于病毒和细菌是纳米到微米大小的颗粒，免疫系统已经演化出识别和响应颗粒性抗原的能力。微米或纳米材料已被用于递送抗原，增加了抗原的大小，从而在一定程度上改善了APCs的摄取。例如，与可溶性抗原相比，用脂质纳米颗粒封装抗原可以提高APCs对抗原的识别和内吞作用，从而增加抗原呈递并诱导产生更高幅度和更高亲和力的抗体。另一个例子是，装载H5N1流感抗原的新型水凝胶微粒递送系统可以改善体液反应并增强T细胞激活。这一现象的原因之一是水凝胶微粒增加了抗原的大小，进而提高了APCs对抗原的识别和摄取。此外，高度有序和重复的空间结构是病原体的固有特征，免疫系统已经演化出对这类结构高度敏感的识别和响应能力。自组装蛋白纳米颗粒和其他多价颗粒递送系统通过模仿病原体的高度有序和重复的空间结构，向APCs展示多价抗原，增加了APCs摄取抗原的概率。研究发现，即使在没有其他免疫刺激剂补充的情况下，这些递送系统也能引发强烈的体液和细胞免疫反应。值得注意的是，递送系统的有序和重复的空间结构非常有利于B细胞受体（BCRs）的共聚集，这可以导致B细胞的强烈激活，最终产生高亲和力抗体和记忆B细胞。 此外，递送系统通过直接靶向APCs上特定的受体（例如，Fc受体、CLRs）来促进更有效的抗原摄取。许多研究表明，靶向APCs上Fc受体的递送系统可以选择性地增强体外和体内的抗原摄取和细胞免疫。此外，CLRs是一类特定于DCs亚群的PRRs。这个家族的成员包括DEC-205、DC-SIGN和甘露糖受体等。使用CLRs配体（通常是碳水化合物）来修饰递送系统将导致抗原更直接地靶向特定的DCs，从而增强抗原摄取。例如，甘露糖修饰的聚合物用于递送黑色素瘤抗原肽，在黑色素瘤模型中强烈诱导预防性和治疗性抗肿瘤免疫反应。另一个例子是CDX-1401，它是一种疫苗，由特异性结合DEC-205的单克隆抗体与全长肿瘤抗原NY-ESO-1融合而成。研究表明，这种疫苗通过特异性靶向DEC-205受体的DCs，增加了抗原的摄取和呈递，从而增强了抗肿瘤效果。它在与其他药物联合使用时也显示出了有希望的临床价值。 考虑到与淋巴结相关的不同亚群的DCs可能在诱导不同类型的T细胞反应中具有不同的功能，递送系统的靶向免疫细胞群体（尤其是纳米颗粒）是疫苗递送系统开发中的关键考虑因素。从上述对APCs靶向的描述中可以看出，纳米颗粒递送系统的表面可以被特异性修饰以主动靶向特定的细胞群体。首先，纳米颗粒可以通过与功能化配体的耦合来靶向特定的细胞群体。例如，通过将针对CD169的抗体耦合到纳米颗粒的表面，纳米颗粒可以靶向至被膜下窦巨噬细胞。其次，调整纳米颗粒的大小也是靶向特定细胞群体的策略。当纳米颗粒被设计为保持在50-100纳米时，它们将优先靶向滤泡树突状细胞（FDCs）并被保留在FDCs中。这对于产生高亲和力和持久的抗体免疫反应很重要。此外，增加纳米颗粒的抗原价和纳米颗粒的糖基化修饰也将使纳米颗粒优先靶向FDCs。纳米颗粒还可以被设计为展示多价抗原蛋白以靶向和激活B细胞。总之，这些方法允许纳米颗粒主动靶向不同的细胞群体。 淋巴结迁移。大量的先天免疫细胞和淋巴细胞在淋巴结中积累，淋巴结是初始免疫反应的场所。因此，淋巴结是递送系统的关键靶标。一些递送系统可以直接促进抗原迁移到淋巴结，从而增加抗原在淋巴结中遇到APCs的机会，导致APCs摄取和呈递更多的抗原，增加抗原呈递信号。递送系统以两种方式直接将抗原运输到淋巴结。第一种方法是，递送系统通过被动扩散直接运输到淋巴结。具有适当尺寸和表面特性（如电荷和疏水性）的递送系统可以通过被动扩散进入传入淋巴管，随后进入淋巴结。研究表明，最佳尺寸在5到100纳米之间。如果递送系统的尺寸太小，它倾向于进入毛细血管。然而，如果递送载体佐剂的尺寸太大，它可能无法通过传入淋巴管内皮细胞之间的间隙，因此无法进入传入淋巴管。此外，在这种方法中，递送系统最好带净负电荷，而不是净正电荷，因为传入淋巴管的间质基质主要由胶原纤维和带负电荷的糖胺聚糖组成。此外，递送系统的亲水性影响其在传入淋巴管之间运输疫苗的效率。例如，与非PEG修饰颗粒相比，PEG修饰的50纳米聚合物在大鼠皮下注射后在大鼠淋巴结中的颗粒积累更多。 第二种方法是所谓的白蛋白搭车。由于内源性白蛋白在淋巴系统中循环，如果抗原能够与内源性白蛋白结合，它们就可以通过搭乘白蛋白列车被运输到淋巴结。目前，我们知道白蛋白是脂肪酸分子的转运蛋白，可以捕获并结合一些脂质分子。利用这一机制，研究人员设计了一种带有亲脂尾部的肿瘤肽疫苗。实验结果表明，疫苗与白蛋白结合，并在淋巴结中大量积累，导致T细胞产生增加30倍，并在小鼠注射后显著增强抗肿瘤效果。另一个例子是1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（DSPE），它已被证明可以与内源性白蛋白高效结合，具有高亲和力。秦等人构建了一个基于DSPE的递送系统，装载OVA抗原肽和聚I:C，使疫苗成分能够直接靶向淋巴结，并在淋巴结中大量积累，导致体内产生强烈的CD8+ T细胞反应，从而在小鼠中实现更有效的治疗和延长中位生存时间。此外，内源性白蛋白还可以与一些染料结合，如Evans蓝染料。利用这一特性，朱等人使用临床安全的Evans蓝衍生物与抗原耦合，发现疫苗有效地与白蛋白结合，并随白蛋白的回流被输送到淋巴结。通过体内实验发现，疫苗显著抑制了小鼠原发性或转移性肿瘤的生长。 促进抗原交叉呈递。抗原交叉呈递是外源性抗原通过MHC I分子呈递给CD8+ T细胞的过程。这对于针对病毒感染疫苗和癌症疫苗的接种至关重要。然而，在正常情况下，外源性抗原通常只被APCs内吞并由MHC II分子呈递给CD4+ T细胞，而不会发生任何交叉呈递。已经开发了几种递送系统，通过促进抗原从内体或溶酶体逃逸，然后由MHC I分子装载，从而实现抗原交叉呈递。这些递送系统主要通过三种方式实现这一目标。 第一种是质子海绵效应。当一些带有可质子化的胺基的阳离子聚合物或脂质递送系统被APCs内吞时，它们会吸收大量质子以缓冲APCs内体或溶酶体的酸性环境。这导致大量氯离子和水分从细胞质流入内体或溶酶体，引起内体膨胀和破裂。这一过程导致抗原释放到细胞质中，促进了MHC I分子的抗原交叉呈递。例如，在内体酸性条件下，聚乙烯亚胺（PEI）通过其可质子化的氨基吸收质子，导致内体膨胀和破裂。有研究报告称，用PEI修饰的氢氧化铝纳米颗粒显著增加了抗原交叉呈递。今天，其他阳离子聚合物和阳离子脂质体也被发现可以通过质子海绵效应增加抗原交叉呈递。 第二种，一些递送系统通过与内体/溶酶体膜融合或结合来破坏膜的稳定性，从而将抗原释放到细胞质中。通过Pickering乳液（PAPE）颗粒的阳离子颗粒铝佐剂在传递SARS-CoV-2 RBD疫苗抗原时，与铝佐剂组相比，诱导了3倍多的IFN-γ+ T细胞。这表明这种颗粒具有强大的激活细胞免疫反应的能力。这部分是因为它能够与内体/溶酶体膜结合，破坏内体/溶酶体膜的稳定性，导致抗原释放到细胞质中，并呈递给CD8+ T细胞。 第三种方法是光化学内化释放技术。这种技术提供了一种新兴的技术，通过使用光敏剂基于光诱导破坏内体膜，将内吞物质路由到细胞质中。具体来说，光敏剂被纳入递送系统中与抗原一起递送，随后光敏剂在暴露于特定光源后被激发形成单线态氧，这导致脂质过氧化和内体膜的破坏，从而将抗原释放到细胞质中。在一项研究中，Ji等人使用基于精氨酸和苯丙氨酸的聚酯酰胺作为原料制备阳离子纳米颗粒，这些纳米颗粒随后被进一步用于与光敏剂AlPcS2a形成静电复合物并递送抗原。当在660纳米光源下应用时，它显著促进了抗原从内体/溶酶体逃逸到细胞质，并增强了CD8+ T细胞介导的免疫反应。 3.经典佐剂平台 氢氧化铝佐剂、MF59、AS01、AS03、AS04和CpG ODN 1018是人类疫苗的经典佐剂。它们已被广泛批准用于多种疫苗，并用于增加疫苗抗体滴度和增强细胞免疫反应。 3.1.氢氧化铝佐剂 氢氧化铝佐剂是第一个被批准用于人类疫苗的佐剂。在许可疫苗中常用的两种基于铝的佐剂是氢氧化铝和磷酸铝。氢氧化铝佐剂通过促进Th2细胞反应增强IgG1和IgE抗体的产生。然而，氢氧化铝佐剂的作用机制复杂，学术界仍存在持续的争论。目前有两个方面得到了广泛认可。首先，氢氧化铝佐剂作为递送系统与抗原紧密结合并持续释放抗原，从而延长抗原的生物可用性并增加抗原呈递。其次，氢氧化铝佐剂也可以作为免疫刺激剂，诱导DAMPs的产生，从而激活先天免疫途径的PRRs，导致产生IL-1β等细胞因子和Th2型免疫反应。近年来，一些研究表明，由注射部位的氢氧化铝佐剂诱导的宿主细胞死亡释放的宿主DNA或尿酸可作为内源性危险信号。这些内源性危险信号可以作为DAMPs诱导先天免疫途径的激活。关于氢氧化铝佐剂靶向的PRR，一些科学家认为是NLRP3，而一些人持怀疑态度。然而，这并不妨碍氢氧化铝佐剂成为疫苗行业的佐剂首选，因为其公认的安全性和可靠性。含铝佐剂广泛用于预防和治疗各种疾病，包括白喉、破伤风、脑膜炎和乙型肝炎病毒（HBV）疫苗，已获食品药品监督管理局（FDA）批准。此外，铝也是新临床开发疫苗的候选佐剂，如SARS-CoV-2疫苗。然而，氢氧化铝佐剂也有一些缺点，包括难以诱导强烈的细胞免疫反应和可能的不良反应（红斑、过敏反应）。出于这些原因，通过改进配方或将其制备为纳米铝佐剂，可以使氢氧化铝佐剂更有效。 3.2.乳液佐剂 MF59和AS03都是经典的水包油乳液佐剂。MF59由角鲨烯、Tween 80和Span 85组成。MF59作为流感疫苗的佐剂于1997年获得许可，成为第一个被批准用于人类疫苗的非铝佐剂。MF59乳液具有抗原递送和免疫刺激的双重功能。MF59可以作为乳液递送系统，与抗原共递送时，它可以延长抗原与免疫系统的相互作用时间，并通过在淋巴结中缓慢释放抗原来增加抗原呈递。这导致APCs表面呈递更多的抗原信号，因此，身体对抗原产生更强的特异性免疫反应。此外，MF59还作为免疫刺激剂。MF59可以靶向特定的PRRs并通过诱导产生内源性危险信号来激活先天免疫细胞。MF59在肌肉中的给药激活了巨噬细胞和DCs等先天免疫细胞，并促进了CCL2、CCL4、CCL5和CXCL8等趋化因子的产生。这些趋化因子反过来招募更多的先天免疫细胞到注射部位以进一步放大免疫反应，并促进这些招募的先天免疫细胞迁移到引流淋巴结以激活B细胞和T细胞。然而，值得注意的是，MF59的确切靶向PRR仍然不清楚，除了MF59可能通过NLRP3独立的ASC激活途径和TLR独立的MyD88激活途径发挥作用。（图6） 图6 经典佐剂主要信号通路的简化图。这张图是用BioRender（https://biorender.com/）创建的。 总之，使用MF59佐剂的疫苗接种会导致体内偏向于Th2的免疫反应，并弱化Th1反应的诱导。目前，MF59已被广泛用于多种人类疫苗，并显示出良好的安全性和有效性。AS03是另一种水包油乳液佐剂，由α-生育酚、角鲨烯和Tween 80组成。AS03和MF59的佐剂效果相似。首先，它作为抗原递送系统，通过缓慢释放来增强APCs表面的抗原信号呈递。其次，AS03也具有免疫刺激作用，因为它也含有角鲨烯。和MF59一样，AS03通过NLRP3非依赖性ASC激活途径和TLR非依赖性MyD88激活途径发挥免疫刺激作用。此外，AS03还包含α-生育酚作为额外的免疫刺激成分。研究表明，α-生育酚参与调节某些趋化因子和细胞因子的表达，如CCL2、CCL3、白细胞介素6和CXCL1，这些因子增强APCs对抗原的摄取，并增加引流淋巴结处募集的先天免疫细胞数量。像MF59一样，AS03通常主要诱导偏向于Th2的免疫反应，对Th1反应的诱导较弱。AS03在2009年H1N1大流行期间被欧盟许可用于流感疫苗（Pandemrix, TM,GSK）。随后，在2013年，AS03被美国FDA许可用于H5N1禽流感疫苗，并显示出令人满意的安全性、反应原性和免疫原性。AS03主要用于各种流感疫苗，以增加抗体的滴度和持久性。最近，AS03在COVID-19疫苗（NCT04450004, NCT04405908）的开发中也显示出良好的临床效益。 3.3.基于TLR激动剂分子的佐剂 AS04和CpG ODN 1018都是经典的基于TLR激动剂分子的佐剂。AS04是通过氢氧化铝吸附TLR4激动剂分子制备的。由于AS04包含氢氧化铝佐剂，它也具有免疫刺激和递送抗原的功能。然而，AS04的免疫刺激功能比氢氧化铝佐剂更强。这是因为AS04包含一种更强效的免疫刺激分子，称为单磷酸脂质A（MPLA）。MPLA是从LPS中分离出的低毒性衍生物，可以特异性激活APCs上的TLR4，导致NK-κB激活和促炎细胞因子的表达，从而产生更强的Th1细胞反应。此外，当比较补充AS04的疫苗与仅补充氢氧化铝佐剂的疫苗时，发现补充AS04的疫苗诱导了更高水平的抗体。这证明TLR4激动剂MPLA在AS04中发挥重要作用。总的来说，AS04比氢氧化铝佐剂产生更强的抗体反应和Th1细胞反应，并诱导更平衡的Th1/Th2免疫反应。AS04目前主要用于人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗（Cervarix）和乙型肝炎病毒（HBV）疫苗（Fendrix），以增加抗体产生和激活抗原特异性T细胞。 CpG ODN 1018是一种合成的单链DNA分子，已被广泛研究作为TLR激动剂。CpG ODN 1018特异性激活TLR9，导致TRF7激活，进而导致促炎细胞因子和I型干扰素的产生，最终导致强烈的Th1型细胞反应和细胞毒性T细胞的产生。这使得它比氢氧化铝佐剂产生更好的细胞免疫反应。CpG ODN 1018最初被批准用于乙型肝炎病毒（HBV）疫苗。CpG ODN 1018目前正在临床试验中作为COVID-19疫苗的潜在佐剂进行评估。最近，一种用CpG ODN 1018佐剂的COVID-19疫苗（SCB-2019）已被评估用于紧急使用。 3.4.颗粒佐剂系统 AS01是一种经典的颗粒佐剂系统，是一种含有免疫刺激剂MPLA和从Quillaja Saponaria树皮中提取的活性成分QS-21的脂质体佐剂。AS01具有抗原呈递和免疫刺激的双重功能。AS01的抗原呈递功能由脂质体执行。脂质体是一种中空的磷脂双层人工膜，可用于封装和递送抗原。脂质体可以保护抗原免受降解并延长其生物可用性，从而使APCs能够捕获更多的抗原信号。AS01的免疫刺激功能由MPLA和QS-21贡献。MPLA通过TLR4激活先天免疫系统，导致Th1型反应增加。QS-21激活APCs中的NLRP3，随后激活caspase 1以促进细胞因子IL1β、IL18和IL33的活性形式的产生。此外，QS-21还被发现可以促进内体逃逸并促进交叉呈递。总的来说，这两种免疫刺激成分协同作用，使AS01诱导以Th1为主的免疫反应，并促进CTLs的产生。AS01是已许可的疟疾和带状疱疹疫苗的一部分，促进抗原特异性抗体产生并增强细胞免疫反应。最近，AS01也已应用于新型结核肽疫苗（M72/AS01E）的开发，并已显示出对健康成年人的安全性、有效性和预防结核病的前景。 总之，佐剂是疫苗的重要组成部分。经典佐剂为其他新疫苗的开发提供了相对可翻译的平台。这些佐剂可以优先选择用于新疫苗的临床试验，以便快速获得市场批准。然而，这些佐剂也揭示了一些问题。例如，它们增强疫苗免疫的能力较弱，不提供长期保护性免疫，并且在老年人群中效果较差。此外，大多数这些批准的佐剂只能诱导抗体反应，并且诱导CD8+ T细胞介导的细胞免疫的能力较弱，这对于针对病毒感染性疾病和癌症疫苗至关重要。最后，大多数许可的佐剂的作用机制仍然不清楚，这可能导致这些佐剂的不当使用和不可控制的副作用。因此，需要新型佐剂来解决这些问题。 4.正在研究的佐剂平台 由于佐剂在疫苗中的突出作用，近年来佐剂科学经历了快速发展。一些正在研究的免疫刺激剂和递送系统显示出良好的佐剂效果。接下来，我们将总结和描述它们。 4.1.正在研究的免疫刺激剂平台 近年来，随着对佐剂的深入研究，一些正在研究的免疫刺激剂显示出良好的佐剂效果。在本节中，我们将总结和描述这些正在研究的免疫刺激剂的作用机制、特性和应用进展。 合成双链RNA（dsRNAs）。合成双链RNA（dsRNAs）能够靶向并激活APCs上的TLR3和MDA5，导致产生IL-12等促炎细胞因子和I型干扰素，促进产生强烈的偏向Th1的免疫反应和CTLs。Poly-I:C及其改良变体Poly-ICLC是最研究的合成dsRNA免疫刺激剂。体外研究表明，poly-I:C和poly-ICLC诱导人外周血单核细胞衍生的DCs成熟，导致分泌IFN-β和促炎细胞因子IL-6和IL-12，从而促进外源性抗原与CD8+ T细胞的交叉呈递，并触发偏向Th1的免疫反应。临床前和临床研究均表明，poly-I:C和poly-ICLC是增强抗体产生和CD8+ T细胞免疫反应的有前景的佐剂。在人类的一项测试显示，将poly-ICLC与靶向DC的疫苗结合使用，诱导了与活病毒疫苗相似的先天免疫反应，进一步强调了poly-I:C/poly-ICLC作为疫苗佐剂的有效性。此外，我们注意到poly-I:C和poly-ICLC在临床上用于肽疫苗、DC疫苗和全细胞疫苗，主要用于各种癌症疫苗。将poly-I:C或poly-ICLC添加到癌症疫苗中，增强了疫苗诱导的抗肿瘤T细胞和NK细胞反应，从而有助于肿瘤的消退或根除。然而，值得注意的是，poly-I:C/poly-ICLC可能会有剂量依赖性全身发热和凝血异常等副作用，除了其触发强大免疫反应的功能外。因此，应考虑合理的递送系统来保护它免受降解，并将更多的poly-I:C/poly-ICLC靶向到APCs，以确保尽可能低的剂量激活APCs并减少副作用。 GLA及其衍生物。葡萄糖基脂质A（GLA）是一种合成的LPS模拟物，是MPLA的替代品。GLA可以通过激活APCs上的TLR4在体内诱导Th1型免疫反应。为了增强GLA的免疫效果，通常将其制备成制剂使用。GLA通常被制备成葡萄糖基脂质A-水性纳米悬浮液（GLA-AF）、葡萄糖基脂质A-稳定乳液（GLA-SE）、葡萄糖基脂质A-脂质体（GLA-LS）和葡萄糖基脂质A-氢氧化铝（GLA-alum）。其中，GLA-SE在临床前和临床研究中研究最多。当Clegg等人使用GLA-SE作为H5N1亚单位疫苗的佐剂时，他们发现它诱导产生了抗原特异性Th1型CD4+ T细胞和更高滴度的Th1型抗体，并保护小鼠和雪貂免受H5N1病毒挑战。在非人灵长类动物中，GLA-SE作为流感疫苗佐剂使用时诱导产生更多的Th1型细胞因子，并诱导产生针对多种流感病毒变种的中和抗体，大大提高了疫苗的保护性免疫效果。除了改善疫苗的体液免疫反应外，在一项II期临床试验中，当使用GLA-SE作为H5N1流感疫苗的佐剂时，显示出剂量节省效应，这在大流行性流感情况下特别有益。在几项临床试验中，当GLA-SE作为TB疫苗的佐剂并针对ID93重组蛋白进行测试时，疫苗被发现诱导产生高滴度的抗原特异性抗体产生和CD4+ T细胞反应，在接种人群中展现出良好的安全性和免疫原性。此外，GLA-SE已在临床上作为疟疾疫苗、肿瘤疫苗、HIV疫苗、内脏利什曼病疫苗和血吸虫病疫苗的疫苗佐剂进行评估。这些临床试验似乎表明，GLA-SE是一种有效且安全的疫苗佐剂，有潜力成为下一代疫苗佐剂。GLA-AF是GLA家族中另一个研究得很好的产品。GLA-AF也已在临床前和临床测试中作为几种疫苗的佐剂候选进行了评估。 咪唑喹啉类。咪唑喹啉类能够激活TLR 7/8，导致NF-κB和IRF7激活，促进产生促炎细胞因子和I型干扰素，这将导致强烈的Th1细胞和CTLs产生。伊马克莫德（R837）、雷西莫德（R848）和3M-052（也称为特拉托利莫德）是作为佐剂在临床前和临床环境中研究最多的咪唑喹啉类。大量证据表明，R837在黑色素瘤、HPV、乳腺癌和T细胞淋巴瘤疫苗中表现出强大的佐剂作用。与R848结合的病毒疫苗和肿瘤疫苗显示出更强的体液反应和CD8+ T细胞免疫反应。 3M-052是一种结构类似于R848的咪唑喹啉化合物。3M-052的18-C脂肪酸链赋予了化合物增强的疏水性，从而提高了免疫部位的生物利用度并降低了系统传播的可能性。此外，这种脂化使3M-052更容易纳入基于脂质的制剂中，如乳液或脂质体。用PLGA纳米颗粒或氢氧化铝包裹的3M-052配制的HIV疫苗已被证明能诱导高水平和持续的抗体反应和T细胞反应。基于氢氧化铝-3M-052佐剂的HIV疫苗已在人类I期临床试验中进行了研究。此外，3M-052也用于灭活SARS-CoV-2疫苗。印度III期临床试验的中期结果显示，该疫苗总体估计有效率为77.8%，表明该疫苗耐受性良好。COVAXIN目前已被世界卫生组织（WHO）批准紧急使用。 这些咪唑喹啉类作为疫苗佐剂的使用增强了免疫效果，但也存在一些不足。具体来说，它们经常从注射部位系统扩散，从而远离抗原，降低效果，并诱导系统性副作用。因此，这些咪唑喹啉需要与合成聚合物支架、纳米凝胶、基于脂质的纳米颗粒或其他递送材料结合，以增强其免疫效果并减少副作用。 CpG ODNs。CpG ODNs是合成的单链DNA分子，作为TLR9激动剂已得到广泛研究。其中，最常用作疫苗佐剂的是CpG ODN 1018、CpG ODN 7909和IC31。它们可以导致TRF7的转录激活，进而导致细胞因子IL-12和I型干扰素的产生，最终诱导强烈的Th1型细胞反应和CTLs产生。CpG ODN 1018是在临床前和临床试验中研究最多的CpG ODN，并在前一节中有所描述。除了CpG ODN 1018，CpG ODN 7909是研究最多的CpG ODN。当CpG ODN 7909添加到HBV疫苗中时，CpG ODN 7909在健康人群中诱导出更显著和快速的HBsAg特异性体液反应。CpG ODN 7909还可以改善HIV阳性患者对疫苗的反应率，展示了与CpG ODN 7909配制的疫苗在提高免疫受损个体疫苗反应率方面的潜力。一项随机、双盲对照试验测试了CpG ODN 7909作为HBV疫苗（Engerix-B）佐剂的免疫刺激效果。试验结果表明，添加CpG ODN 7909实现了快速、更高和持续的血清保护，并增加了与单独Engerix-B相比的HBV特异性Th反应。除了与HBV的使用外，CpG ODN 7909(表1, NCT00889616)还用于疟疾疫苗。一项基于蛋白质的疟疾疫苗BSAM2的I期临床试验显示，添加CpG ODN 7909的剂量节省效应。这一特性在资源匮乏的环境中特别有价值。 IC31是TLR9的另一种激动剂，它包含CpG ODN和带正电的抗菌肽成分。它通过TLR9/MyD88依赖途径信号细胞和体液免疫反应。此外，IC31的两个组分之间通过离子和疏水相互作用形成的稳定复合物可以在注射部位形成抗原库，提供抗原的缓慢释放并延长抗原的生物可用性。IC31可以增加APCs的抗原呈递，并显著提高CpG ODN的免疫效果。基于小鼠的研究表明，IC31有助于诱导强大的抗原特异性CTLs和强烈的抗原特异性体液反应。IC31已作为各种亚单位疫苗的候选佐剂在临床前和临床试验中得到广泛评估。结果表明，IC31是一种有效的疫苗佐剂，具有临床转化的潜力。 环二核苷酸（CDNs）。CDNs能够靶向并激活cGAS-STING途径，导致IRF3和NF-κB的激活，诱导产生I型干扰素和促炎细胞因子。I型干扰素选择性刺激抗原交叉呈递并动员CD8+ T细胞。因此，CDNs产生强烈的Th1型细胞反应和CTLs反应。CDNs包括天然CDNs和合成CDNs。天然CDNs包括2',3'-cGAMP、3',3'-cGAMP、c-di-GMP和c-di-AMP，它们是细菌和哺乳动物的第二信使，具有强大的免疫调节功能。基于天然CDNs的佐剂已在多种疫苗中得到评估，并显示出有希望的结果。例如，当2',3'-cGAMP被包裹在肺表面活性剂模拟脂质体中时，它增强了H1N1流感疫苗诱导的体液和CD8+ T细胞反应，并在小鼠和雪貂中诱导了对异型病毒的长期交叉保护免疫反应。Junkins等人将3'3'-cGAMP包裹在酸敏感的乙醛缩聚右旋糖（Ace-DEX）聚合物颗粒中，并与流感疫苗一起给小鼠注射。测试结果表明，与常规氢氧化铝疫苗组相比，抗体滴度高出60至600倍，并且未观察到明显的毒性效应。Lin等人将c-di-GMP包裹在PLGA中，并将MERS疫苗抗原外部耦合形成纳米疫苗。这种疫苗不仅触发了有效的中和抗体和抗原特异性T细胞反应，而且还优先靶向引流淋巴结，产生局部免疫并减少系统反应。当Ebensen将c-di-AMP作为H5N1流感疫苗的粘膜佐剂时，发现它能有效诱导小鼠对H5N1流感的保护性免疫。c-di-AMP作为HPV疫苗佐剂的I期临床试验目前正在进行中。 由于天然CDNs的半衰期短和APCs的摄取效率低，一些具有化学修饰的合成CDNs应运而生，以增强其免疫效果，如ADU S100、MK-1454、BMS-986301、SB-11285、IMSA-101。然而，这些合成CDNs作为疫苗佐剂的具体应用实例尚无。值得注意的是，由于这些合成CDNs在临床前和临床试验中显示出显著增强机体免疫反应的能力，我们相信使用这些合成CDNs作为疫苗佐剂的愿望很快就会实现。 此外，值得注意的是，随着纳米技术的出现，基于纳米颗粒的递送系统，如脂质体、乳液、类病毒颗粒（VLPs）和可生物降解聚合物，已受到显著关注。它们可以持续释放货物并改善货物的生物可用性。因此，使用纳米颗粒包裹CDNs被视为提高体内CDNs利用效率的策略。 代谢佐剂。近年来，一些靶向代谢途径的小分子调节剂被发现是新型疫苗佐剂。甲羟戊酸途径是各种细胞过程的核心代谢途径，包括胆固醇生物合成和蛋白质翻译后香叶基化。研究人员发现，亲脂性他汀类药物和合理设计的双膦酸盐可以通过靶向甲羟戊酸途径中的酶抑制下游代谢产物香叶基焦磷酸（GGPP）的形成。这一结果导致APCs中小型GTPases（例如Rab5）的香叶基化受阻，减缓了抗原从内体到溶酶体的运输并防止了抗原的快速降解。这延长了抗原保留时间，从而增强了抗原呈递。这些靶向甲羟戊酸途径的小分子抑制剂在增加抗体滴度和增强小鼠和猕猴的细胞免疫反应中显示出佐剂效果。 此外，最近的研究发现，雷帕霉素（mTOR）复合体，作为中心代谢调节因子，在调节免疫细胞中起着重要作用。首先，mTOR复合体可以调节浆细胞样DCs中I型干扰素的分泌。抑制mTOR复合体会严重减少产生的干扰素α。此外，mTOR复合体是效应T细胞扩增和生发中心B细胞反应产生的必需调节因子。除了mTOR，氨基酸传感器一般控制非压抑性2（GCN2）也在调节DCs等免疫细胞中发挥作用。研究表明，GCN2的激活导致DCs的自噬增强，从而增强了抗原呈递。这些结果表明，细胞代谢途径的酶或调节剂可能是设计和开发新型佐剂的潜在靶标。 锰佐剂及其衍生物。最近，锰（Mn）及其衍生物被发现具有潜在的佐剂活性。它们作为cGAS的激活剂，直接激活cGAS并诱导非规范的催化合成2'3'-cGAMP。通过这种方式，锰激活cGAS-STING先天免疫途径，诱导产生I型干扰素，增强抗原呈递和交叉呈递，促进抗体产生并增加CD8+ T细胞免疫反应的产生。据报道，Mn2+诱导的小鼠骨髓来源的DCs产生大量IFNβ和IFNα，并在体外实验中导致共刺激分子（例如CD80和CD86）和趋化因子（例如CCL2和CCL3）的显著上调。这表明Mn2+具有诱导DCs成熟和增强抗原呈递的佐剂活性。为了进一步验证其佐剂活性，研究人员将含有Mn2+的溶液与抗原一起注射到小鼠体内，发现它导致抗体滴度增加。为了防止Mn2+在溶液中聚集并失去佐剂活性，研究人员开发了一系列基于Mn2+的纳米佐剂来稳定Mn2+的佐剂活性。 例如，纳米级锰果冻（MnJ），它不仅具有作为免疫刺激剂激活cGAS-STING途径并诱导产生I型干扰素的能力，而且还作为递送系统携带抗原，从而产生强烈的体液和细胞反应。当通过鼻腔给药时，MnJ还作为粘膜佐剂诱导高水平的IgA抗体。王等人开发了另一种名为MnARK的锰佐剂。他们发现，即使在抗原剂量低5倍且注射次数减少的情况下，用含有MnARK佐剂的RBD疫苗接种的小鼠与用含有氢氧化铝佐剂的RBD疫苗接种的小鼠相比，显示出更大的中和假病毒（约270倍）和活冠状病毒（8倍）的感染能力。孙等人使用化学工程策略制造了一种基于Mn2+的纳米锰佐剂，称为nanoMn。以nanoMn为佐剂的冠状病毒疫苗在体内诱导了强烈的CD8+ T细胞免疫反应，并显示出良好的安全性。此外，一些其他基于Mn2+的纳米佐剂也显示出激活cGAS-STING途径和改善疫苗免疫反应的效果。这些结果表明，锰作为新型疫苗佐剂的开发具有巨大潜力。 许多具有不同特性的免疫刺激剂已在临床前和临床试验中得到评估。总体而言，靶向TLRs的免疫刺激剂在临床前和临床研究中仍然是最受欢迎的。另一方面，将多种PRRs激动剂结合起来，并将其配制成水包油乳液或使用其他递送系统进行装载，以增强其靶向APCs(NCT02126579, NCT01585350, NCT01008527, NCT02126579)的趋势日益增加。 4.2.正在调查的交付系统平台 近年来，随着工程材料科学的发展，基于工程材料的多种疫苗递送系统已经被开发出来。新型水包油纳米乳液、脂质纳米颗粒(LNPs)、聚合物纳米颗粒、类病毒颗粒(VLPs)、笼状蛋白纳米颗粒和无机纳米载体是一些重要的递送系统平台。不同类型的递送系统具有不同的机制和物理化学特性，相应地影响疫苗接种的效果。在这里，我们总结并描述了这些递送系统平台的机制、特性和应用。 新型水包油纳米乳液。Montanide ISA 51和Montanide ISA 720是两种在临床试验中测试的新型水包油乳液递送系统。Montanide ISA 51是用矿物油和甘露单油酸酯乳化的，而Montanide ISA 720是用非矿物油和甘露单油酸酯乳化的。此外，它们具有不同的油水比。这两种佐剂的作用机制是形成抗原库和缓慢释放抗原，以延长抗原的生物利用度。临床前和临床测试结果表明，Montanide ISA 51和Montanide ISA 720佐剂增强了血清抗体的产生和细胞毒性T细胞(CTLs)的产生。目前，Montanide ISA 51和Montanide ISA 720正在作为流感、疟疾、黑色素瘤和其他癌症疫苗的佐剂在临床试验中进行评估。此外，Montanide ISA 51在古巴获得了治疗性肺癌疫苗的许可。我们注意到，Montanide ISA 51和Montanide ISA 720通常用作乳化免疫刺激佐剂，以增强免疫刺激剂的效力。 脂质纳米颗粒(LNPs)。LNPs是一种多功能、非病毒性的纳米级脂质囊泡递送系统，由离子化脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇修饰的脂质组成。离子化脂质是LNPs的主要成分。磷脂和胆固醇有助于LNPs的结构完整性，而聚乙二醇修饰有助于维持LNPs的稳定性。LNPs的作用机制主要包括(1)为抗原提供有效的货物保护并延长其生物利用度；(2)增加抗原的粒径以针对抗原呈递细胞(APCs)并促进其被APCs摄取；(3)通过膜融合促进抗原从内质网逃逸，从而引发CD8+ T细胞免疫反应。经过多年的研究，LNPs已被用于各种疫苗的递送，并显示出强烈增强体液和细胞免疫反应的能力。Alameh及其同事发现，LNPs通过诱导强大的T滤泡辅助细胞、生发中心B细胞、长寿命浆细胞和记忆B细胞的增殖，增强了对mRNA和蛋白质亚单位疫苗的体液免疫反应。Oberli及其同事在使用LNPs递送mRNA疫苗治疗B16F10黑色素瘤时，激活了CD8+ T细胞，导致肿瘤缩小并延长了小鼠的总体存活率。近年来，LNPs作为有前景的mRNA疫苗递送系统，在COVID-19疫苗、肿瘤疫苗、流感疫苗等的临床试验中得到了广泛测试。2020年，辉瑞的BNT162b2疫苗(商品名为Comirnaty)和Moderna的mRNA-1273疫苗(商品名为Spikevax)，这两种使用LNPs递送mRNA抗原的疫苗，获得了紧急上市许可。这两种mRNA疫苗在抗击COVID-19方面做出了重要贡献。 聚合物颗粒。聚合物颗粒通常分为天然聚合物和合成聚合物颗粒。它们通常通过缓慢释放抗原来发挥作用。疫苗递送中最常用的天然聚合物是壳聚糖。壳聚糖具有高阳离子电荷和生物粘附特性。因此，壳聚糖可以通过静电相互作用与阴离子核酸形成紧密复合物。此外，壳聚糖的生物粘附特性使其能够长时间保持与粘膜表面的接触，促使抗原持续刺激免疫细胞。这表明壳聚糖可能是核酸疫苗和粘膜疫苗的一个有前景的递送系统。Sawaengsak等人通过将壳聚糖与三聚磷酸钠交联来封装灭活的流感病毒抗原，制备了一种纳米颗粒疫苗，并发现通过鼻内接种两剂这种疫苗的小鼠能够产生更多的抗原特异性抗体和IFNγ+ T细胞。这导致接种疫苗的小鼠100%抵御流感病毒攻击。最近，壳聚糖也被测试为Neocrown DNA疫苗的递送系统。鼻内免疫后，在小鼠体内检测到高水平的中和抗体，并且各种冠状病毒及其突变假病毒被有效中和。此外，壳聚糖最近还被发现通过激活DNA感受器cGAS-STING途径诱导I型干扰素的产生，以促进CD8+ T细胞免疫。 合成聚合物颗粒通常具有比天然聚合物更高的可重复性和更可控的缓慢释放速率。PLGA，一种合成聚合物颗粒材料，现在被广泛用作疫苗递送的载体。在临床前研究中，Kim等人将疫苗成分(包括抗原和免疫刺激剂)封装在PLGA中，以增加DCs对抗原的摄取和呈递，这使得免疫刺激剂能够针对淋巴结中的DCs，而不是系统性传播。Koerner等人设计了一种封装抗原和dsRNA佐剂的PLGA颗粒。这种颗粒疫苗被发现显示出理想的释放曲线，增加了目标淋巴结的数量，并被DCs有效吞噬和呈递。最终产生了有效且持久的抗癌免疫反应。PLGA也被用来递送其他癌症疫苗和HBV疫苗，并增强它们的免疫治疗效果。目前，PLGA颗粒已作为癌症疫苗的递送系统在临床上进行了测试。值得注意的是，PLGA已被FDA批准用于药物递送。因此，我们相信基于PLGA的疫苗递送系统将在未来不久被批准用于人类。 类病毒颗粒(VLPs)。VLPs是由病毒衣壳蛋白的外套蛋白通过蛋白单体的自组装形成的具有固定形状的聚合物颗粒。VLPs的优异粒径和几何形状使其成为递送疫苗抗原的有效平台。VLPs通常直径在20到100纳米之间，因此容易进入淋巴管并靶向淋巴结，由专门的APCs摄取。此外，由于它们高度重复和刚性的结构，VLPs可以在其表面展示多价抗原表位，因此可以广泛交联BCRs，从而刺激B细胞并诱导强烈且持久的抗体反应。目前，基于VLPs的疫苗已经成功并已经广泛上市，如用于HPV的Cervarix®和Gardasil®，用于肝炎病毒的Sci-B-Vac™，以及RTS, S VLP疫苗。VLPs不仅可以递送内源性病毒抗原，还可以递送通过化学偶联或基因融合修饰在VLPs上的异源抗原。例如，一种将HER2抗原表位附着在30纳米二十面体豇豆花叶病毒(CPMV)上的乳腺癌VLP疫苗，能够有效诱导抗原特异性反应和肿瘤保护。此外，肿瘤相关糖抗原MUC1可以共价连接到Qβ，这是一种自组装的二十面体壳VLP，直径为25纳米。这种MUC1 VLP疫苗诱导产生更高水平的特异性抗体，并延长了荷瘤小鼠的存活时间。几种基于VLPs的疫苗已成功进入临床试验，包括基孔肯雅疫苗、流感疫苗、Neocon疫苗、癌症、脑炎等疫苗。值得注意的是，由于VLPs的高度有序和重复的空间结构，非常有利于交联BCRs，即使在没有T辅助(Th)细胞的情况下，VLPs疫苗也能强烈激活B细胞。(表2) 笼状蛋白纳米颗粒。笼状蛋白纳米颗粒通常由一系列重复的图案组成，这些图案允许将抗原表位或抗原并入它们的亚单位结构中，使得这些并入的抗原表位或抗原在组装好的颗粒表面展示出来。与类病毒颗粒类似，笼状蛋白纳米颗粒具有高度有序和重复的空间结构以及适合淋巴结转运的最优尺寸。然而，与类病毒颗粒不同，笼状蛋白纳米颗粒是非病毒来源的。如热休克蛋白、蛋白金库和铁蛋白等笼状蛋白纳米颗粒已被广泛研究作为疫苗的递送平台。在上述蛋白纳米颗粒中，铁蛋白是最常应用的。铁蛋白是由24个亚单位自组装形成的具有八面体对称结构的蛋白，每个亚单位由四个α螺旋束组成。Kanekiyo等人通过将H1N1流感病毒的血凝素抗原与幽门螺杆菌来源的铁蛋白进行遗传融合，并将血凝素抗原插入铁蛋白亚单位并在其表面展示，构建了一种抗体滴度超过许可灭活疫苗10倍以上的纳米流感疫苗。这一设计的有希望的结果帮助开发了三种针对其他流感亚型的疫苗，这些疫苗现在正处于1期临床试验中。在上述三个1期临床试验中，NCT03186781试验已完成。结果显示，无论作为单独还是加强方案，流感疫苗H2HA-铁蛋白都是安全且耐受性良好的，并且可以产生广泛的中和抗体反应。最近，张和他的同事开发了一种基于铁蛋白的SARS-CoV-2纳米颗粒疫苗，该疫苗引发了有效的保护性免疫反应。此外，基于铁蛋白纳米颗粒的乙型肝炎疫苗可以递送乙型肝炎病毒抗原preS1到特定的抗原呈递细胞，激活强烈的免疫反应，并诱导高水平的持续抗体反应。此外，铁蛋白纳米颗粒可以有效递送肿瘤特异性抗原到淋巴结，导致特定的细胞毒性CD8+ T细胞反应和显著抑制肿瘤生长。值得注意的是，一种基于计算机设计的新型笼状蛋白纳米颗粒I53-50最近作为展示多价抗原的强大且多功能平台显示出令人兴奋的结果。基于I53-50的SARS-CoV-2疫苗展示了60个SARS-CoV-2刺突受体结合域在高度免疫原性图案中，产生了比对照疫苗高10倍的中和抗体滴度。同样，一种基于I53-50的纳米颗粒疫苗可以展示20个呼吸道合胞病毒DS-Cav1三聚体抗原，诱导的中和抗体反应比单独的DS-Cav1三聚体抗原高出约10倍。 无机纳米材料。金纳米颗粒是常用的无机纳米材料递送系统之一。由于金纳米颗粒的组成、尺寸、形态、疏水性、表面电荷、均质性和分布等物理化学特性可以通过材料合成和表面化学修饰精确调节以形成特定的免疫类型，因此近年来金纳米颗粒作为有前景的抗原递送系统被研究。金纳米颗粒通过(1)保护抗原免于降解和(2)形成合理粒径的纳米疫苗以促进直接将抗原运送到淋巴结来促进抗原呈递并增强适应性免疫反应。此外，Zhu等人报告称，金纳米颗粒可以通过激活NLRP3炎症体并促进Th2型细胞因子的产生来增强抗原特异性抗体的产生。当金纳米颗粒用作SARS-CoV-2蛋白疫苗的佐剂时，也发现它们可以促进抗原特异性IgG的产生，但未能诱导足够的细胞免疫反应来对抗病毒感染。因此，为了扩大金纳米颗粒的使用，它们通常与其他免疫刺激剂联合使用或表面修饰，以增强它们的T细胞免疫反应。Xu等人制备了修饰有PEI的金纳米颗粒，发现这些纳米颗粒通过激活抗原呈递细胞显著促进了T细胞的增殖。Wang等人将重组流感病毒血凝素与金纳米颗粒偶联，然后将其与TLR5激动剂鞭毛蛋白偶联作为颗粒佐剂系统。用这种疫苗通过鼻内接种小鼠，发现它增加了抗原特异性IgA和IgG水平，并增加了细胞因子IFN-γ的分泌和CD8+ T细胞的激活。在临床上，使用金纳米颗粒作为佐剂的登革热和SARS-CoV-2疫苗正在测试中。 与金纳米颗粒类似，介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)也具有强大的装载能力和易于表面修饰的特点。修饰后的MSNs已被研究作为有效的疫苗递送系统。Lee等人通过将MSNs与氧化铁纳米颗粒组装，形成了具有超大介孔的空心MSNs。然后使用PEI进行表面修饰，使得修饰后的MSNs内部的空隙允许有效装载不同大小的各种模型蛋白，并能增强抗原呈递和交叉呈递。当用作癌症疫苗递送系统时，它增加了抗原特异性CTLs的产生，抑制了小鼠的肿瘤生长，并提高了荷瘤小鼠的存活率。Li等人报告了一种以结核菌素纯化蛋白衍生物为佐剂的介孔二氧化硅/钙磷酸盐复合纳米颗粒的例子。结果表明，复合颗粒能够显著抑制肿瘤的生长。MSNs基材料也已在其他抗原的递送系统中进行了测试。值得注意的是，MSNs作为其他药物的载体已慢慢开始临床试验。由于MSNs在临床前研究中已显示出作为疫苗递送系统的效力，我们相信基于MSNs作为递送系统的疫苗也将在未来不久获得临床试验许可。 随着材料科学的发展，基于材料的递送系统迅速发展。现在可以通过递送系统保护疫苗成分并将其靶向到抗原呈递细胞或特定淋巴组织来增强疫苗接种的适应性免疫反应。然而，与免疫刺激剂相比，相对较少的递送系统进入了临床测试。这可能部分是由于递送系统的安全性问题尚未解决。因此，递送系统与宿主免疫细胞或器官之间的具体相互作用机制仍需要进一步研究以阐明其有效性和副作用，以便更好地平衡和控制两者之间的关系。 5.结论与展望 近年来，新型冠状病毒的出现和传播给全球公共卫生在疾病预防控制方面带来了巨大挑战，这再次凸显了疫苗开发的重要性。疫苗开发中不可忽视的一个话题是佐剂，因为它们能显著增强疫苗的适应性免疫反应。在综述的开头，我们总结了佐剂的作用机制，并对其进行了描述。根据作用机制，佐剂可分为免疫刺激剂和递送系统。免疫刺激剂通过靶向特定的模式识别受体(PRRs)激活抗原呈递细胞(APCs)，从而增强抗原呈递和共刺激信号，导致适应性免疫增强。递送系统通过延长抗原的生物利用度，将抗原靶向到APCs或淋巴结，增强APCs对抗原的摄取和呈递，从而增强适应性免疫反应。随后，本综述详细阐述了经典佐剂平台以及正在研究中的佐剂平台，希望为开发特定疫苗时合理选择佐剂提供信息。为了促进佐剂领域的更好发展，我们认为以下几点可能需要关注。 首先，选择正确的佐剂以协助抗原并改善免疫反应是新疫苗开发中的一个重要问题。然而，这个问题复杂且具有挑战性。这是因为免疫系统对给定疫苗和佐剂的反应高度依赖于具体情况，没有任何一种佐剂适用于所有情况下的抗原。结合本综述中对佐剂的描述，我们在此提出，在为新疫苗开发选择佐剂时，需要考虑以下因素。例如，给药途径（如肌肉内、粘膜、腹膜内）、所需免疫反应的类型（抗体偏向或CD8+ T细胞偏向，或两者兼有）、病原体类型、抗原类型（亚单位抗原或mRNA抗原）以及疾病阶段。此外，疫苗接种者的生物学特征也可能很重要，包括物种、种族、年龄、医疗史和遗传组成等。此外，佐剂的安全性和经济性也需要考虑。所有这些因素都可能影响疫苗佐剂的有效性。 此外，考虑到目前免疫刺激剂（主要是PRRs激动剂）和递送系统（尤其是纳米颗粒递送系统）的结合用于佐剂开发，以实现更高的免疫激活。在这里，需要仔细考虑一些问题。首先，通过我们对黄热病病毒疫苗的了解，我们知道同时激活多个先天受体比激活单个受体更有效。因此，非常需要阐明不同PRRs之间的信号交互作用，以更好地筛选更有效的PRRs组合。此外，鉴于抗原和PRR激动剂之间以及不同PRR激动剂之间的物理化学特性差异，递送系统需要更合理地设计，以足够灵活和兼容，同时递送多种疫苗成分。 最后，我们也想提及一点关于经典佐剂的问题。经典佐剂在历史使用中已显示出良好的生物安全性。此外，成熟的研发技术和完善的制造条件和设备为新疫苗的开发转化提供了相对容易的平台。然而，经典佐剂的缺点是它们的免疫刺激能力有限。鉴于此，迫切需要新佐剂来弥补经典佐剂的不足。然而，临床前开发和临床试验的成本和时间限制了新佐剂的转化。因此，我们认为，在促进新佐剂的开发和转化的同时，对经典佐剂进行一些性能优化和配方改进，如表面修饰、颗粒化，以及与其他提高其免疫效力的佐剂结合，可能是具有临床价值的研究课题。 在本综述中，我们系统总结了佐剂的作用机制，并根据其机制介绍和讨论了不同类型佐剂的特点和应用场景。我们期望这篇综述能为佐剂作用机制的进一步研究、现有佐剂的合理使用以及新佐剂的设计与开发提供参考价值。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。