高分子免疫佐劑材料

佐劑是一種添加到疫苗中，使疫苗能夠非特異性地增強(qiáng)機(jī)體對(duì)抗原的特異性免疫應(yīng)答的物質(zhì)，具有誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生高效、持久、深遠(yuǎn)的特異性免疫反應(yīng)[1]，減少抗原用量和疫苗接種劑量[2]，提高疫苗穩(wěn)定性和機(jī)體免疫耐受性[3]等特點(diǎn). 早期疫苗，如天花疫苗和牛痘疫苗，以活病毒中提取的病毒核酸及病毒外殼作為佐劑. 直到Pope和Glenny發(fā)現(xiàn)破傷風(fēng)類毒素能夠被不溶性鋁鹽吸附，這才使得鋁佐劑(尤其是磷酸鋁或氫氧化鋁)成為疫苗中最常用的佐劑之一[4]. 目前，隨著亞單位疫苗的發(fā)展，佐劑的作用顯得尤為重要. 狹義上來(lái)講，佐劑是指一些分子佐劑，如模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors，PRRs)激動(dòng)劑等；但廣義上來(lái)講，能夠增強(qiáng)免疫響應(yīng)的材料都可以被稱為免疫佐劑材料. 因此，佐劑材料的發(fā)展越發(fā)成為疫苗及免疫治療領(lǐng)域的重要前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題.

依托于高分子材料而開(kāi)發(fā)的新型生物醫(yī)學(xué)治療手段正在受到越來(lái)越多的關(guān)注. 由于其高分子量[5]、豐富的結(jié)構(gòu)可調(diào)性[6]以及功能性特點(diǎn)，高分子材料經(jīng)過(guò)組裝形成的納米或微米結(jié)構(gòu)在擔(dān)載藥物分子[7]、靶向遞送到生物組織和細(xì)胞[8]等方面表現(xiàn)優(yōu)異，已經(jīng)成為疾病治療和機(jī)體系統(tǒng)調(diào)控的重要工具. 利用高分子材料來(lái)調(diào)節(jié)固有或獲得性免疫響應(yīng)具有很長(zhǎng)的先例. 早在1930年，Goebel和Avery就報(bào)道過(guò)將碳水化合物鍵合到蛋白上形成的糖蛋白能夠調(diào)控肺炎球菌疫苗的免疫響應(yīng)[9,10]；1965年，Scherr等發(fā)現(xiàn)親水聚合物藻酸鹽微/納米顆粒佐劑可以顯著提高抗體滴度[11]，次年，Benet等也報(bào)道了聚乙二醇佐劑對(duì)4種巴比妥類藥物腸道吸收的影響[12]. 隨著研究人員對(duì)高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了解的深入，具有固有免疫刺激能力的高分子逐漸被應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中[13]，如組織工程支架、藥物遞送、藥物輔料、抗菌涂層、基因遞送載體等. 越來(lái)越多的證據(jù)證明，一些高分子具有固有免疫刺激能力，能夠誘導(dǎo)免疫響應(yīng)或免疫毒副作用. 這一特征是高分子材料用于生物醫(yī)學(xué)時(shí)需要被關(guān)注的部分，也可以被利用來(lái)對(duì)機(jī)體進(jìn)行主動(dòng)的靶向或調(diào)控. 實(shí)際上，很多天然高分子，如細(xì)菌糖肽和單鏈DNA，由于其具有區(qū)別于機(jī)體“自我”的，能夠被免疫系統(tǒng)識(shí)別為“非我”或“有害分子”的結(jié)構(gòu)特性，正適合作為生物體內(nèi)的天然免疫原[14,15]. 這類天然的或合成的具有免疫活性的高分子佐劑與小分子佐劑相比，能夠更好地進(jìn)入細(xì)胞，具有更高的與免疫受體結(jié)合的能力，并具有更佳的藥代動(dòng)力學(xué)特征，能夠在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)可調(diào)的免疫響應(yīng)佐劑新途徑.

在本專論中，我們提出了高分子免疫佐劑材料這一概念，并討論了當(dāng)前以高分子材料為基礎(chǔ)的免疫佐劑材料所取得的進(jìn)展，進(jìn)行了代表性應(yīng)用舉例. 一方面，將介紹本身具有免疫佐劑功能的高分子材料，包括天然高分子免疫佐劑材料和人工合成的高分子免疫佐劑材料；另一方面，將介紹與抗原或佐劑結(jié)合的高分子材料，以及其在抗原及小分子佐劑的體內(nèi)傳輸中所起到的作用. 我們將舉例討論這些材料如何在疫苗及腫瘤免疫治療中發(fā)揮重要作用.

1 免疫應(yīng)答與佐劑

免疫系統(tǒng)在機(jī)體防御外源病原體入侵及調(diào)控自體平衡方面扮演著關(guān)鍵角色. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，人體一半以上的疾病都與免疫系統(tǒng)相關(guān)，因此，疫苗是人體抵御疾病的重要工具. 接種疫苗的目的是調(diào)動(dòng)機(jī)體的免疫系統(tǒng)，使其對(duì)外來(lái)抗原產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的免疫反應(yīng). 哺乳動(dòng)物先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵功能包括快速識(shí)別病原體和/或組織損傷以及向適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的細(xì)胞發(fā)出危險(xiǎn)信號(hào)[16]. 該過(guò)程包括抗原提呈細(xì)胞(antigen presenting cells，APCs)如樹(shù)突細(xì)胞和巨噬細(xì)胞捕獲侵入機(jī)體的病原體，將其吞噬后分解為較短的肽鏈段，并裝載到主要組織相容性復(fù)合體Ⅰ或Ⅱ (MHC-Ⅰ，MHC-Ⅱ)上，將信號(hào)呈遞給未成熟的T細(xì)胞，從而啟動(dòng)免疫反應(yīng)[8,17]. 在此過(guò)程中，如果缺乏免疫刺激分子，免疫響應(yīng)就無(wú)法被抗原呈遞過(guò)程激活，進(jìn)而導(dǎo)致T細(xì)胞的無(wú)效能或耗竭. 而當(dāng)機(jī)體內(nèi)存在免疫刺激分子時(shí)，APCs則能夠被病原相關(guān)分子模式(PAMPs)或損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)經(jīng)APCs表面、內(nèi)涵體或細(xì)胞質(zhì)中的模式識(shí)別受體激活，并分泌炎性因子，進(jìn)而活化接受抗原呈遞的T細(xì)胞，使其快速做出免疫響應(yīng).

獲得性免疫響應(yīng)也被稱為特異性免疫響應(yīng)，由T細(xì)胞受體(TCRs)和B細(xì)胞受體(BCRs)產(chǎn)生，并且僅攻擊曾遇到過(guò)的抗原[18]. TCRs在CD8和CD4分子的協(xié)助下，分別結(jié)合APCs表面被MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ分子呈遞的抗原，并產(chǎn)生CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞(CTL)來(lái)殺傷腫瘤細(xì)胞或清除被病原體感染的細(xì)胞；或者產(chǎn)生CD4+輔助T細(xì)胞分泌炎性因子來(lái)增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞或B細(xì)胞的免疫響應(yīng). BCRs則主要識(shí)別抗原大分子如蛋白或多糖，刺激未成熟的B細(xì)胞與抗原結(jié)合并在CD4+輔助T細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子的作用下分化成漿細(xì)胞，分泌大量的抗體并吸附在病原體表面，使病原體更容易被吞噬細(xì)胞吞噬. 不同的細(xì)胞因子會(huì)使B細(xì)胞的抗原表型發(fā)生改變，如從分泌IgM和IgD型抗體轉(zhuǎn)變?yōu)榉置贗gG2或IgA型抗體[19] (圖1).

Fig. 1  Schematic overview of the adaptive immune response processes. Antigens are processed by antigen presenting cells (APCs) and presented to CD8+ and CD4+ T cells to initiate cellular immune responses through the interaction of major histocompatibility complexes (MHC-I and MHC-II) and T cell receptors (TCRs); during which process, APCs are activated and secrete inflammatory cytokines through the recognition of pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) or damage-associated molecular patterns (DAMPs) by pattern recognition receptors (PRRs). B cells could also recognize antigens with the help of CD4+ T cells and translate into plasma cells to secrete antibodies for humoral immune responses.

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固有免疫響應(yīng)又稱先天免疫響應(yīng)或非特異性免疫響應(yīng)，通過(guò)模式識(shí)別受體識(shí)別病原體. 因此在給予抗原的同時(shí)給予能夠結(jié)合PRRs的免疫刺激劑對(duì)于疫苗和免疫治療的實(shí)施至關(guān)重要. 這些與抗原同時(shí)使用的，用于調(diào)控免疫響應(yīng)的分子激動(dòng)劑就是佐劑. 以往的預(yù)防性疫苗主要采用減毒或滅活的病原體，其本身具有PAMPs刺激成分，能夠起到類似佐劑的免疫調(diào)控作用[1]；而近年來(lái)發(fā)展的亞單位抗原，如多肽抗原和mRNA抗原由于單獨(dú)的抗原不足以產(chǎn)生高免疫原性，因此必須添加佐劑來(lái)增強(qiáng)其免疫原性[20]. 目前設(shè)計(jì)合成分子佐劑以引發(fā)特異性的細(xì)胞因子釋放進(jìn)而用于疫苗和腫瘤免疫治療已經(jīng)成為研究焦點(diǎn). 然而，分子佐劑經(jīng)常會(huì)造成過(guò)度的細(xì)胞因子分泌并引起發(fā)燒、注射部位疼痛或其他副作用癥狀，甚至可能引發(fā)炎性因子風(fēng)暴等致命副作用[21]. 因此，將抗原和佐劑共裝載在同一個(gè)遞送載體(如輔助乳液[22]和脂質(zhì)體佐劑[23])中，實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定的免疫細(xì)胞亞型的靶向性，或者在保持疫苗性能的同時(shí)降低佐劑給予劑量，對(duì)于疫苗的成功是十分必要的. 盡管如此，目前除了鋁佐劑外，只有MF59 (含角鯊烯的水包油乳劑)、AS03 (含角鯊烯、維生素E和Tween80)、含單磷?；|(zhì)A (monophos-phoryl lipid A, MPL)的AS01和AS02佐劑，以及胞嘧啶鳥(niǎo)嘌呤寡聚脫氧核苷酸(CpG oligo- nucleotide，CpG-ODN)等少數(shù)幾種佐劑被FDA批準(zhǔn)應(yīng)用于人類疫苗. 分子佐劑的臨床試驗(yàn)中造成的脫靶問(wèn)題成為限制此類佐劑在疫苗中應(yīng)用的關(guān)鍵.

高分子免疫佐劑材料經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的早期生物相容性測(cè)試，為解決小分子免疫佐劑材料的副作用問(wèn)題提供了新的思路. 特別是，高分子免疫佐劑材料能夠自組裝形成納米結(jié)構(gòu)，具有與病原體類似的尺寸、形狀、分布等，本身容易被抗原提呈細(xì)胞等識(shí)別；其次，高分子免疫佐劑材料能夠通過(guò)物理包埋或化學(xué)鍵合的形式擔(dān)載分子佐劑，經(jīng)過(guò)多種分子設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)器官選擇性靶向，并可控遞送其所擔(dān)載的免疫成分，降低系統(tǒng)暴露[24]，從而能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)新的疫苗和腫瘤免疫治療范式帶來(lái)解決思路. 在接下來(lái)的部分中，我們將介紹相關(guān)方面的一些代表性工作.

2 具有固有免疫刺激活性的天然高分子材料

固有免疫系統(tǒng)能夠識(shí)別具有病原體特性的病原相關(guān)分子模式，例如細(xì)菌脂多糖、未甲基化的CpG DNA，鞭毛蛋白等[25]. 這一類具有免疫佐劑活性的天然高分子能夠從生物質(zhì)中直接提取而來(lái)，并在作為疫苗佐劑用于免疫治療時(shí)，發(fā)揮促進(jìn)抗原呈遞、形成抗原儲(chǔ)庫(kù)、調(diào)節(jié)免疫響應(yīng)類型等作用[26]. 例如作為生命體重要組成之一的糖分子既是細(xì)胞膜主要結(jié)構(gòu)成分之一，同時(shí)又在很多生理識(shí)別中扮演重要作用. 目前，多種聚多糖已被證實(shí)具有刺激免疫響應(yīng)的作用，其往往通過(guò)與C-型凝集素的結(jié)合而發(fā)揮作用. C-型凝集素的定義起初是被用來(lái)區(qū)分Ca 2+依賴性和Ca 2+非依賴性碳水化合物結(jié)合凝集素的[27]，這些C-型凝集素包括結(jié)合甘露聚糖的DC-SIGN、結(jié)合β-葡聚糖的Dectin-1、結(jié)合唾液酸的唾液酸結(jié)合性免疫球蛋白樣凝集素(Siglecs)等. 結(jié)合C-型凝集素的碳水化合物佐劑與傳統(tǒng)的分子佐劑相比往往具有更低的毒性. 此外，天然來(lái)源提取的糖脂分子、皂苷、α-半乳糖基神經(jīng)酰胺等也能夠經(jīng)Toll樣受體4 (TLR4)、NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3 (NLRP3)和CD1d等激活免疫反應(yīng). 例如皂苷是一種兩親性的含有萜類分子的寡糖，自1970年以后開(kāi)始被投入使用，能夠經(jīng)多種PRRs增強(qiáng)抗原內(nèi)吞、平衡Th1和Th2響應(yīng)等[28]；皂苷提取物已經(jīng)被用于多種佐劑劑型中并獲得批準(zhǔn)(如AS01，Matrix-M等)，用于帶狀皰疹、瘧疾與新冠病毒等的疫苗當(dāng)中[29].

2.1 甘露聚糖(mannan)

甘露聚糖是一種酵母多糖，具有可被巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞和DC上的模式識(shí)別受體識(shí)別的重復(fù)碳水化合物單元[30]，是細(xì)胞介導(dǎo)免疫的有效抑制劑. 已有研究人員提出甘露聚糖或甘露聚糖分解代謝物能夠作用于單核細(xì)胞或抑制性T淋巴細(xì)胞[31]. 甘露糖受體CD206主要存在于巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的表面，它是一種I型膜受體，可以結(jié)合真菌和其他病原體上發(fā)現(xiàn)的末端甘露糖，并介導(dǎo)巨噬細(xì)胞對(duì)糖蛋白的內(nèi)吞，已被證明可介導(dǎo)對(duì)真菌抗原的體外細(xì)胞免疫反應(yīng)[32,33]. 這一特點(diǎn)使得甘露聚糖能夠經(jīng)受體或漿細(xì)胞DC (pDC)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)作用而增加疫苗向淋巴結(jié)的聚集. 此外，甘露聚糖自身還具有激活TLR4的作用. 利用甘露聚糖的這些特性，以甘露聚糖為殼，聚乳酸-聚乙烯亞胺(PLA-PEI)為核組裝制備納米顆粒疫苗，蛋白抗原和Toll樣受體9 (TLR9)激動(dòng)劑CpG通過(guò)靜電相互作用吸附在PLA-PEI內(nèi)核上. 我們發(fā)現(xiàn)，甘露聚糖修飾可以大大增強(qiáng)納米顆粒疫苗的淋巴結(jié)引流能力，并且甘露聚糖本身作為TLR4激動(dòng)劑可以與 CpG 協(xié)同最大程度地激活 DC，從而誘導(dǎo)強(qiáng)有力的抗腫瘤免疫反應(yīng)[34].

2.2 β-葡聚糖

β-葡聚糖是真菌細(xì)胞壁中發(fā)現(xiàn)的β1→3和β1→6連接的聚多糖，其能夠被CD3、Dectin-1和TLR2等多種免疫受體識(shí)別. C型凝集素Dectin-1是一種β-葡聚糖受體，存在于巨噬細(xì)胞上，可以識(shí)別各種β-葡聚糖[35,36]. 由于β-葡聚糖的易獲得性、低毒性，以及可以形成納米顆粒等特性，以β-葡聚糖為原料制備的疫苗制劑具有很多優(yōu)于傳統(tǒng)佐劑的特點(diǎn). Seong等發(fā)現(xiàn)，用β-葡聚糖刺激巨噬細(xì)胞會(huì)增加腫瘤壞死因子-α (TNF-α)的表達(dá). 當(dāng)用β-葡聚糖和脂多糖(LPS)共同刺激細(xì)胞時(shí)，可以通過(guò)增加的TNF-α表達(dá)觀察到協(xié)同效應(yīng). 在白細(xì)胞介素-6 (IL-6)表達(dá)中，任何β-葡聚糖本身不能誘導(dǎo)IL-6表達(dá). 然而，當(dāng)β-葡聚糖和LPS發(fā)生共刺激時(shí)，細(xì)胞通過(guò)增加IL-6表達(dá)顯示出強(qiáng)烈的協(xié)同作用. 這說(shuō)明了β-葡聚糖能夠增加免疫調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，并顯示出與LPS的協(xié)同作用[36]. 目前，將β-葡聚糖應(yīng)用于臨床的主要障礙是合成和分離具有精準(zhǔn)明確結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖，這仍是高分子化學(xué)家需要解決的問(wèn)題.

2.3 殼聚糖

殼聚糖是一種從甲殼素中提取的多糖，其作為可溶性蛋白質(zhì)的輸送系統(tǒng)具有相當(dāng)大的潛力. 它是一種由具有正電荷的，β1→4葡萄糖胺連接的天然高分子材料，具有良好的生物相容性. 殼聚糖的局部鼻內(nèi)、皮下、眼部或局部給藥通常是安全的，副反應(yīng)癥狀輕微[37]. 此外，殼聚糖能夠通過(guò)一系列固有免疫識(shí)別受體促進(jìn)DC成熟并分泌I型干擾素. 2011年，Heffernan等的研究使用了黏性殼聚糖溶液和IL-12 (一種 Th1 誘導(dǎo)細(xì)胞因子)開(kāi)發(fā)了一種疫苗佐劑系統(tǒng). 皮下注射后發(fā)現(xiàn)，殼聚糖/IL-12/OVA 疫苗能顯著提高CD4+脾細(xì)胞增殖、Th1細(xì)胞因子釋放、CD8+ T 細(xì)胞干擾素-γ(IFN-γ)釋放和MHC I類肽的量，從而引發(fā)更強(qiáng)烈的抗原特異性 CD4+和 CD8+T 細(xì)胞反應(yīng). 殼聚糖和 IL-12 的組合還能增強(qiáng)IgG2a 和 IgG2b抗體對(duì)OVA 的反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)模型蛋白疫苗誘導(dǎo)的 Th1 免疫反應(yīng)的產(chǎn)生[38]. 殼聚糖誘導(dǎo)Th1免疫反應(yīng)的機(jī)制是殼聚糖能夠增加線粒體壓力和活性氧的產(chǎn)生，導(dǎo)致線粒體DNA向細(xì)胞質(zhì)中的泄露，最終活化胞質(zhì)中的cGAS-STING通路生成I型干擾素(IFN-I)[39]. 除了STING通路，殼聚糖還被報(bào)道能夠活化NLRP3炎性小體通路，與TLR2、TLR4和巨噬細(xì)胞甘露糖受體(MMR)等多種PRRs結(jié)合，并形成抗原儲(chǔ)庫(kù)來(lái)發(fā)揮佐劑功能[40]. 除此之外，多項(xiàng)研究還證實(shí)殼聚糖能夠增強(qiáng)黏膜免疫，從而可以用于吸入疫苗的設(shè)計(jì)，這得益于殼聚糖所帶的正電荷能夠幫助它更高效地穿過(guò)黏膜而遞送抗原和刺激固有免疫響應(yīng)[41]. 與其他多糖一樣，殼聚糖復(fù)雜的多價(jià)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致機(jī)制研究的困難，對(duì)于殼聚糖在疫苗佐劑中的轉(zhuǎn)化問(wèn)題仍需要進(jìn)一步研究.

3 具有固有免疫刺激活性的合成高分子材料

合成高分子材料作為藥物傳輸材料通常不具有免疫活性，但近年來(lái)的一些研究則發(fā)現(xiàn)一些合成高分子材料本身就能夠作為危險(xiǎn)信號(hào)而激起免疫響應(yīng)[42]. 隨著PRR識(shí)別機(jī)制在分子層面被更好地理解，合理設(shè)計(jì)合成的高分子材料可以可控地打破細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)、與天然受體相互作用、并引發(fā)固有免疫刺激活性. 這類具有PRR功能的合成高分子材料相比傳統(tǒng)的PRR小分子激動(dòng)劑具有低成本、高可調(diào)性和與現(xiàn)有疫苗或免疫治療體系的兼容性更好[6~8]等優(yōu)勢(shì)，彰顯了良好的轉(zhuǎn)化前景. 當(dāng)前報(bào)道較清楚的兩類能夠被合成高分子作為危險(xiǎn)信號(hào)激活的PRR通路是STING和NLRP3受體，這可能是由于這兩個(gè)通路與其他的模式識(shí)別受體不同，它們位于細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中，并且具有更廣泛的識(shí)別能力(而其他模式識(shí)別受體的專屬性更強(qiáng)).

3.1 活化STING通路的合成高分子

干擾素基因刺激因子(stimulator of interferon genes，STING)是一類位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，對(duì)固有免疫具有強(qiáng)烈激活作用的適配蛋白，它在識(shí)別細(xì)胞質(zhì)中的雙鏈DNA (dsDNA)后被激活，在一系列過(guò)程作用下引發(fā)I型干擾素的分泌[43]. STING通路的活化通常包括兩個(gè)步驟，一是環(huán)狀GMP-AMP合成酶(cGAS)與胞質(zhì)中的dsDNA結(jié)合后催化三磷酸腺苷(ATP)和三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)合成“第二信使”——環(huán)二核苷酸(2'3'-cGAMP)或其他環(huán)二核苷酸，如環(huán)狀-di-AMP(c-di-AMP)或c-di-GMP[44,45]，之后這些環(huán)二核苷酸(統(tǒng)稱為CDNs)與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的STING蛋白域結(jié)合，使STING蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，并從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)遷移到高爾基體，聚集形成STING蛋白多價(jià)聚集體，最終招募下游TBK1和IRF3，并使其發(fā)生磷酸化，驅(qū)動(dòng)IFN-I相關(guān)的干擾素刺激基因(ISGs)的轉(zhuǎn)錄[46,47] (圖2(a)). 利用STING激動(dòng)劑來(lái)發(fā)展腫瘤疫苗的優(yōu)勢(shì)在于STING通路主要刺激干擾素產(chǎn)生從而引發(fā)Th1型CTL響應(yīng)，而較少產(chǎn)生容易帶來(lái)炎性副作用的炎性因子，可以在高效激活免疫的同時(shí)減低炎性副作用.

Fig. 2  The cGAS-STING pathway and related polymeric stimulants. (a) Mechanism of cGAS-STING pathway; (b) Screening of azole molecules tethered branched polyethylenimine (PEI-M) as polymeric STING agonists (Reprinted with permission from Ref.?[51]; Copyright (2022) Wiley‐VCH GmbH).

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盡管小分子仍是STING激動(dòng)劑研發(fā)的主要類型，近年來(lái)的一些研究發(fā)現(xiàn)一些合成高分子材料也具有STING激活功能. Shae及其課題組的同事為了解決小分子環(huán)二核苷酸細(xì)胞靶向性差、清除速度快和向 STING 定位的細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)效率低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了具有pH響應(yīng)、膜去穩(wěn)定活性的聚(乙二醇)-嵌段-((2-(二乙基氨基)甲基丙烯酸乙酯)-co-(甲基丙烯酸丁酯)-co-(吡啶基二硫化物甲基丙烯酸乙酯))聚合物納米囊泡，用于激活STING通路. 該聚合物納米囊泡能夠增強(qiáng)腫瘤微環(huán)境和前哨淋巴結(jié)中的 STING 信號(hào)傳導(dǎo)，使得cGAMP 被有效地封裝到囊泡當(dāng)中，而在進(jìn)入溶酶體后則會(huì)在酸性條件下而分解解體，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的 STING通路內(nèi)源性環(huán)二核苷酸配體的胞質(zhì)遞送[48]. 此外，美國(guó)西南醫(yī)學(xué)中心的高金明課題組也報(bào)道了一種聚乙二醇嵌段聚甲基丙烯酸甲酯鍵合七元環(huán)胺(PC7A)的結(jié)構(gòu)，其被發(fā)現(xiàn)能夠與STING蛋白直接結(jié)合而引發(fā)STING蛋白的聚集以及下游TBK-1活化和I型干擾素的產(chǎn)生. 該研究證明，PC7A作為疫苗載體表現(xiàn)出比傳統(tǒng)小分子佐劑更好的治療效果. 重要的是，由于STING激活主要產(chǎn)生的是I型干擾素而較少產(chǎn)生IL-6等炎性因子，采用STING激動(dòng)劑作為疫苗佐劑能夠帶來(lái)的副作用更小. 此外，由于PC7A與STING的結(jié)合位點(diǎn)與內(nèi)源環(huán)二核苷酸并不相同，PC7A能夠與2',3'-cGAMP聯(lián)合作為雙STING激動(dòng)劑治療，在多種腫瘤模型上表現(xiàn)出出色的腫瘤治療效果[49,50]. 我們的研究團(tuán)隊(duì)則篩選了一系列五元含氮雜環(huán)小分子及其苯并結(jié)構(gòu)，將其鍵接到支化聚乙烯亞胺上，發(fā)現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)體系(PEI-M)也可以刺激細(xì)胞內(nèi)STING通路的活化及I型干擾素的分泌；而小分子和支化聚乙烯亞胺本身并不具備這樣的刺激活性[51](圖2(b)). 這一結(jié)果證實(shí)，含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)小分子修飾的高分子材料可能是一類潛在的STING激動(dòng)劑材料. STING作為一種位于細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)源性受體，除了識(shí)別天然cGAMP小分子而激活外，還能夠被人工合成的聚合物材料所激活，這一發(fā)現(xiàn)非常有趣，也為開(kāi)發(fā)基于合成高分子材料的免疫佐劑帶來(lái)了新思路.

3.2 活化NLRP3的合成高分子

NLRP3是一種細(xì)胞內(nèi)傳感器，主要分布于間質(zhì)及細(xì)胞膜中，參與多種宿主免疫和炎癥反應(yīng). 與其他PRR不同，NLRP3在包括線粒體上積累的活性氧[52]、機(jī)體內(nèi)結(jié)晶物質(zhì)如單鈉尿酸鹽(MSU)晶體、二水焦磷酸鈣(CPPD)晶體、膽固醇晶體[53,54]，以及ATP[55]等多種刺激下都會(huì)發(fā)生構(gòu)象的轉(zhuǎn)變和活化. NLRP3被激活后，會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，暴露嘧啶核苷(PYD)，并結(jié)合凋亡相關(guān)ASC和pro-caspase-1，形成NLRP3炎性小體，剪切產(chǎn)生有活性的Caspase-1，促進(jìn)IL-1β和IL-18的分泌以及細(xì)胞焦亡的發(fā)生[56] (圖3). NLRP3炎性小體在多種疾病中都扮演重要角色，如痛風(fēng)[53]、動(dòng)脈粥樣硬化[55]、肥胖和阿爾茲海默癥[57]等，也被認(rèn)為是疫苗和免疫治療的重要靶點(diǎn).

Fig. 3  The NLRP3 inflammasome pathway.

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利用合成高分子來(lái)活化NLRP3炎性小體作為佐劑并用于生物治療是很吸引人的，可以解決小分子激動(dòng)劑的來(lái)源困難、免疫毒副作用等問(wèn)題. 近年來(lái)發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子聚合物能夠通過(guò)內(nèi)涵體、溶酶體的破壞而活化NLRP3炎性小體. Turley等報(bào)道了一種脫乙?；臍ぞ厶牵且环N陽(yáng)離子多糖，具有生物相容性和可生物降解的性質(zhì)[58]. 該研究證明，脫乙酰化的殼聚糖能夠誘導(dǎo)NLRP3炎性小體活化并分泌IL-6、IL-1β等細(xì)胞因子. 離子聚合物被細(xì)胞吞噬后能夠插入內(nèi)涵體的膜表面，在內(nèi)涵體酸化過(guò)程中導(dǎo)致膜的破裂，并通過(guò)質(zhì)子海綿效應(yīng)和內(nèi)涵體逃逸實(shí)現(xiàn)NLRP3炎性小體的活化. 通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物的性質(zhì)來(lái)調(diào)控內(nèi)涵體的裂解程度是精準(zhǔn)控制NLRP3炎性小體活化的有效手段. 例如：Esser-Kahn的研究組發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝狀骨架包含不同比例的陽(yáng)離子氨基酸和四(乙烯乙二醇)結(jié)構(gòu)域能夠調(diào)節(jié)內(nèi)涵體和溶酶體的間充質(zhì)壓力，從而控制下游Caspase1和IL-1β的活性[59] (圖4(a))；Baljon等報(bào)道pH響應(yīng)聚合物中丁基甲基丙烯酸酯與2-二甲氨基乙基乙酸酯的比例能夠調(diào)節(jié)內(nèi)涵體破裂和炎性小體活化的程度[60]；Nandi等報(bào)道聚乙二醇嵌段香豆素甲基丙烯酸甲酯和辛基丙烯酸甲酯中的烷基鏈的含量同樣會(huì)影響內(nèi)涵體破裂的速率以及炎性小體的活化情況[61] (圖4(b)). 上述結(jié)果證實(shí)聚合物結(jié)構(gòu)中的微小改變即會(huì)對(duì)其活化NLRP3炎性小體的活性產(chǎn)生影響，這也為篩選具有不同需求的高分子佐劑材料提供了可能.

Fig. 4  Precisely control the activation of the NLRP3 inflammasome by regulating the properties of the polymers. (a) Structure of dendritic lysines capped by histidine and tryptophan and cofunctionalized by TEG chains (efficiently/inefficiently ruptures lysosomes) (red, histidine; blue, tryptophan) and proposed mode of action (Reprinted with permission from Ref.?[59]; Copyright (2018) American Chemical Society); (b) Polymer structure of a core hydrophobicity nanoparticle-associated-molecular pattern (NAMP) responsible for activating NLRP3 inflammasome (Adapted from permission from Ref.?[61]; Copyright (2021) American Chemical Society).

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4 鍵合或擔(dān)載抗原的高分子佐劑材料

高分子材料作為載體材料擔(dān)載藥物用于藥物的靶向傳輸、可控持續(xù)釋放等，在過(guò)去得到了大量的研究，已有多種多樣的敏感鍵合方法、組裝結(jié)構(gòu)，以及智能響應(yīng)設(shè)計(jì)被報(bào)道出來(lái)[62~65]. 在免疫治療當(dāng)中，利用高分子材料進(jìn)行化學(xué)鍵合，或者物理?yè)?dān)載免疫原性成分可以充分發(fā)揮高分子的多價(jià)效應(yīng)、遞送功能和緩釋功能等，從而實(shí)現(xiàn)一種或多種免疫成分的增效協(xié)同并降低免疫成分的免疫相關(guān)副作用，并使得高分子材料成為新型的更有潛力的免疫制劑類型. 在本部分中，我們將介紹化學(xué)鍵合及物理?yè)?dān)載免疫激動(dòng)劑藥物的例子.

4.1 高分子材料共價(jià)鍵合免疫佐劑提升免疫佐劑活性

利用高分子材料共價(jià)鍵合免疫佐劑為設(shè)計(jì)具有精準(zhǔn)化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子組成的高分子免疫佐劑提供了一種有吸引力的方法. 高分子材料可以被設(shè)計(jì)為線性的、樹(shù)枝狀的或超支化的大分子，用于滿足不同情況下的載體需求. 例如：為了使疫苗實(shí)現(xiàn)對(duì)于多種抗體(體液免疫)和CD8+T細(xì)胞反應(yīng)(細(xì)胞免疫)的激發(fā)，Hubbell的研究組設(shè)計(jì)了一種高分子藥物偶聯(lián)物——p(Man-TLR7) 的合成糖佐劑，這種高分子佐劑能利用靶向甘露糖結(jié)合C型凝集素的優(yōu)勢(shì)來(lái)有效地協(xié)同傳遞抗原和聚合佐劑，從而增強(qiáng)疫苗的免疫效率[66]. 首先，他們將含有TLR7激動(dòng)劑的甲基丙烯酰胺單體和含有甘露糖的甲基丙烯酰胺單體進(jìn)行可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合(RAFT)，制備得到了免疫活性聚合物p(Man-s-TLR7)，再經(jīng)自斷裂連接鍵與模型抗原OVA蛋白偶聯(lián)得到疫苗. 該疫苗在體外實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出良好的內(nèi)吞能力和將抗原呈遞給T細(xì)胞的能力，并且能很好地靶向DC細(xì)胞或通過(guò)TLR7激活DC. 在經(jīng)過(guò)糖基化處理后，該疫苗與缺乏甘露糖靶向或TLR7配體的聚合物偶聯(lián)的OVA相比，激發(fā)了更顯著的體液和細(xì)胞免疫. 在利用模型抗原OVA證實(shí)這一特征后，作者將瘧疾的環(huán)子孢子蛋白抗原CSP與p(Man-TLR7)綴合，并與由 CSP和脂質(zhì)體組成的制劑進(jìn)行比較，結(jié)果表明，只有CSP-p(Man-TLR7)疫苗組產(chǎn)生了CSP特異性CD8+ T細(xì)胞免疫反應(yīng)，表現(xiàn)為TNFα+、IFN-γ+、CD8+ T細(xì)胞的百分比的顯著增加，同樣證實(shí)了這一鍵合設(shè)計(jì)在增強(qiáng)抗原特異性T細(xì)胞和B細(xì)胞免疫方面的作用.

Lynn和Laga等將小分子TLR7/8激動(dòng)劑R848通過(guò)噻唑啉-2-硫酮鍵合到聚N-(2-羥基丙基)甲基丙烯酰胺骨架上，得到溫度響應(yīng)聚合物-鍵合TLR-7/8a，并將其作為疫苗佐劑用于靈長(zhǎng)類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中[67]. 作者詳細(xì)研究了免疫激動(dòng)劑的接枝密度、電荷、納米組裝形式等對(duì)于該材料的免疫活性的影響，證實(shí)大分子免疫佐劑材料的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)于材料免疫原性影響的重要性. 除了線性聚合物，樹(shù)枝狀大分子也可以用來(lái)鍵合抗原和佐劑，特別是樹(shù)枝狀大分子的結(jié)構(gòu)能夠增加溶解性并將佐劑暴露在表面. 例如：Wang及合作者們最近報(bào)道了一種負(fù)載有光敏劑二氫卟酚e6 (Ce6)的缺氧響應(yīng)性兩親聚賴氨酸樹(shù)枝狀大分子(HAD)納米顆粒，該疫苗在近紅外光照射下，不僅誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞裂解和腫瘤抗原釋放，而且促進(jìn)含有2-硝基咪唑的樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為含有2-氨基咪唑的樹(shù)枝狀大分子，通過(guò)TLR7激活DC信號(hào)通路. 其能夠有效抑制原發(fā)性和異位腫瘤生長(zhǎng)，并誘導(dǎo)強(qiáng)烈的抗原特異性免疫記憶效應(yīng)，以防止體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，對(duì)于多種腫瘤表現(xiàn)出了非常強(qiáng)的治療效果[68].

4.2 非共價(jià)策略來(lái)增強(qiáng)抗原的免疫原性

通過(guò)組裝以非共價(jià)策略來(lái)制備佐劑材料是另外一種增強(qiáng)抗原及佐劑免疫原性的方式. 這一策略的好處是可以使用廉價(jià)可獲得的初始材料來(lái)制造新的佐劑材料，并且可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)疫苗遞送的靶向性而降低現(xiàn)有小分子佐劑的毒性. 例如：TLR7/8激動(dòng)劑咪喹莫特因注射后的系統(tǒng)毒性而影響了其作為疫苗佐劑的臨床轉(zhuǎn)化，而脂質(zhì)衍生咪喹莫特并吸附于鋁佐劑上的3M-052佐劑的安全性則能夠得到保障，其作為流感預(yù)防性的疫苗研究已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn). 這顯示了利用自組裝的納米材料提升現(xiàn)有佐劑能力方面的巨大潛力[69,70].

常見(jiàn)的自組裝納米遞送系統(tǒng)如脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒、膠束、聚合物囊泡等在近年來(lái)用于藥物傳輸方面吸引了大量的關(guān)注. 這些納米遞送體系具有自組裝穩(wěn)定、制備工藝成熟、生物安全性良好、能夠穩(wěn)定裝載所擔(dān)載的藥物并隨時(shí)間可控釋放等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；且由于其具有兩親性質(zhì)，既可以裝載疏水藥物分子，也可以裝載親水藥物分子. 例如：基于脂質(zhì)納米顆粒的mRNA新冠疫苗mRNA-1273已經(jīng)在2021年獲得批準(zhǔn)；在這一體系中，Baden等制備了可離子化的脂質(zhì)納米載體封裝的mRNA疫苗，并進(jìn)行了一系列臨床試驗(yàn). 研究證明，這種疫苗在內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞后，可以保護(hù)mRNA免于被降解，能夠幫助mRNA實(shí)現(xiàn)向細(xì)胞質(zhì)中的逃逸[71,72]. 相比于脂質(zhì)體和脂質(zhì)納米顆粒，基于高分子材料的膠束或高分子囊泡具有更好的穩(wěn)定性. Dowling和Scott等為了解決新生兒存在的過(guò)度的免疫反應(yīng)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了針對(duì)年齡特異性的疫苗制劑. 他們合成了一系列基于聚乙二醇嵌段聚丙烯硫醚的聚合物囊泡擔(dān)載抗原和小分子TLR8激動(dòng)劑；他們比較了不同的聚合物囊泡尺寸與疫苗免疫原性的關(guān)系，將其與減毒疫苗進(jìn)行對(duì)比并發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聚合物囊泡的尺寸與減毒活疫苗的尺寸相當(dāng)時(shí)，疫苗能夠產(chǎn)生最強(qiáng)的固有和獲得性免疫響應(yīng)[73].

免疫佐劑材料擔(dān)載免疫活性物質(zhì)所形成納米組裝體的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)于最終的疫苗產(chǎn)生的免疫刺激活性和生物安全性具有重要影響. 例如：納米粒子的尺寸會(huì)影響顆粒到達(dá)淋巴結(jié)的方式：大的顆粒(>500 nm)會(huì)在注射部位形成抗原儲(chǔ)庫(kù)，并等待組織中的APCs來(lái)吞噬和加工抗原；小的顆粒(<100 nm)則可以快速回流到淋巴結(jié)并被淋巴結(jié)內(nèi)的APCs加工呈遞；可溶的抗原或佐劑(<10 nm)則會(huì)快速進(jìn)入血液循環(huán)，引發(fā)脫靶副作用[74~76]. 除了尺寸影響，相同尺寸納米顆粒的形狀、電荷、表面形貌等也會(huì)對(duì)免疫響應(yīng)產(chǎn)生影響. 例如：Mitragotri及其課題組的成員證明了納米粒子的形狀在抗原的吞噬和加工過(guò)程中扮演著重要角色：小尺寸的、球形的粒子(類似于天然病原體結(jié)構(gòu)的)往往表現(xiàn)出更高效地被APCs吞噬的效率；相反，高縱橫比的材料會(huì)導(dǎo)致較差的細(xì)胞內(nèi)吞和細(xì)胞損傷(可能是由于導(dǎo)致NLRP3炎性小體的活化)[77,78]. 除此之外，電荷也能夠影響高分子免疫佐劑的活性. 陽(yáng)離子聚合物如聚乙烯亞胺(PEI)、聚(2-氨乙基丙烯酸甲酯) (PAEMA)、聚(N,N′-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸甲酯)(PDMAEMA)、聚精氨酸等已被用于與帶有負(fù)電荷的PRR激動(dòng)劑如CpG(TLR9激動(dòng)劑)、Poly(I:C)(TLR3激動(dòng)劑)等復(fù)合并提升細(xì)胞內(nèi)吞和胞質(zhì)傳輸. 這些陽(yáng)離子聚合物能夠幫助實(shí)現(xiàn)更加有效的胞質(zhì)傳輸、增加抗原交叉呈遞向MHC-I及CTL response的發(fā)生，以及實(shí)現(xiàn)mRNA或DNA的基因或疫苗遞送等. 此外，聚合物材料的表面紋理對(duì)于免疫活性也是有影響的. 例如：Kurt-Jones的研究組證實(shí)具有粗糙表面的聚苯乙烯納米顆粒能夠比具有平滑表面的粒子引發(fā)更強(qiáng)的免疫刺激活性及中性粒細(xì)胞的浸潤(rùn)[79]. 謝曦及其小組的工作以微生物表面的拓?fù)涮卣鲗?duì)免疫反應(yīng)的影響為靈感，制備了具有納米尖刺的裝飾的微粒，證明了納米尖刺對(duì)細(xì)胞施加機(jī)械應(yīng)力，能夠?qū)е峦淌蛇^(guò)程中巨噬細(xì)胞和DC中的鉀外流和炎癥小體激活，進(jìn)而顯著增強(qiáng)抗原特異性體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)，并引發(fā)針對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和流感病毒感染的保護(hù)性免疫[80]. 更多參數(shù)對(duì)于免疫活性影響，仍然是值得研究的問(wèn)題.

中山大學(xué)陳永明課題組開(kāi)發(fā)了一種快速納米絡(luò)合(FNC)技術(shù)，用于制備治療性納米疫苗. 首先，為了治療人類慢性乙型肝炎，陳永明課題組開(kāi)發(fā)了一種基于殼聚糖-肝素的治療性納米疫苗，這種疫苗包括載有重組乙型肝炎表面抗原HBsAg (rHBsAg)和CpG的納米疫苗(NSG)以及載有重組乙型肝炎核心抗原HBcAg (rHBcAg)和CpG的納米疫苗(NCG). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，聯(lián)合給藥的納米疫苗可以打破免疫耐受，實(shí)現(xiàn)HBsAg血清清除和抗HBsAg抗體(HBsAb)血清轉(zhuǎn)化，并在HBV攜帶小鼠中誘導(dǎo)有效的細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)反應(yīng)[81]. 由于半柔性蠕蟲(chóng)狀納米粒子在穿過(guò)淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞和穿透淋巴結(jié)內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 到達(dá)運(yùn)輸中的免疫細(xì)胞方面表現(xiàn)出的獨(dú)特特性，陳永明課題組設(shè)計(jì)了一種蠕蟲(chóng)狀納米佐劑控制疫苗，這種疫苗采用載有CpG的定制大小和縱橫比的聚合物分子刷作為納米佐劑，并證明這種定制佐劑的納米疫苗更容易內(nèi)化到APC中，并在TLR9所在的晚期內(nèi)涵體中積累[82]. 為了實(shí)現(xiàn)納米粒子在淋巴結(jié)中的長(zhǎng)時(shí)間保留，使抗原或分子佐劑延長(zhǎng)釋放，作者進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種單寧酸(TA)修飾的TLR7/8激動(dòng)劑咪喹莫特納米疫苗. 經(jīng)TA修飾的納米粒子增加了疫苗向淋巴結(jié)中轉(zhuǎn)移性腫瘤部位的遞送，在那里腫瘤相關(guān)抗原被釋放并由導(dǎo)管襯里的DC呈遞以激活T細(xì)胞. 沉積到淋巴結(jié)導(dǎo)管的納米粒子在預(yù)防三陰性乳腺癌細(xì)胞的淋巴血管侵襲和隨后的肺轉(zhuǎn)移方面表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能[83]. 為了解決CpG激動(dòng)劑在給藥后引發(fā)的全身毒性問(wèn)題，作者團(tuán)隊(duì)使用FNC技術(shù)，將生物相容性魚(yú)精蛋白和三聚磷酸鹽(TPP)通過(guò)物理交聯(lián)生成納米顆粒，并將CpG封裝在魚(yú)精蛋白和TPP的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米佐劑可以將CpG重定向到引流淋巴結(jié)中，以減少全身擴(kuò)散，從而提高安全性[84].

除了預(yù)先自組裝成納米結(jié)構(gòu)以外，基于聚合物的微球、宏觀植入件或水凝膠也被用作新型的免疫佐劑材料[85~89]. 2020年，馬光輝研究組報(bào)道了一種用于高性能癌癥疫苗接種的新型自愈微膠囊制劑. 首先將抗原分子以后擴(kuò)散方式加載到基于聚乳酸(PLA)的微球中，再通過(guò)密封過(guò)程使微球表面的孔隙愈合，得到載有抗原的微膠囊. 接種疫苗后，這些微膠囊能夠留在注射部位并形成抗原庫(kù). 伴隨著微膠囊降解和抗原的持續(xù)釋放，APC募集可以得到有效實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使抗原內(nèi)化持續(xù)增加. 其次，微膠囊降解產(chǎn)生的乳酸創(chuàng)造的酸性環(huán)境進(jìn)一步促進(jìn)了抗原的吸收、交叉呈遞、APC招募和APC激活，使得這些APC歸巢于淋巴結(jié)并持續(xù)誘導(dǎo)T細(xì)胞攻擊腫瘤細(xì)胞[90]. Mooney及其同事使用聚(丙交酯-乙交酯)和生物活性分子(GM-CSF和CpG-ODN)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種能夠用于規(guī)劃和控制體內(nèi)各種類型細(xì)胞運(yùn)輸?shù)妮d體材料[91]. 他們希望設(shè)計(jì)的高分子佐劑不僅能作為藥物傳遞裝置，而且作為一個(gè)物理的抗原提呈結(jié)構(gòu)，使樹(shù)突狀細(xì)胞能夠被招募到其中，且在被激活時(shí)能駐留于此. 也就是說(shuō)，使構(gòu)建的疫苗可以作為一座“倉(cāng)庫(kù)”(depot)，縮減疫苗治療的時(shí)間、費(fèi)用和繁瑣的流程，實(shí)現(xiàn)在不需要多次注射和高藥物負(fù)荷的情況下達(dá)到良好的治療效果. 我們圍繞這一問(wèn)題也進(jìn)行了相關(guān)研究，基于我們之前報(bào)道的動(dòng)態(tài)共價(jià)水凝膠技術(shù)[87,92]，我們提出了一種個(gè)性化癌癥疫苗開(kāi)發(fā)策略，即基于動(dòng)態(tài)共價(jià)水凝膠的疫苗(DCHVax)，將氧化葡聚糖和八臂氨基聚乙二醇混合在一起制備水凝膠，并在此過(guò)程中將蛋白抗原和佐劑加載到水凝膠中，用于術(shù)后腫瘤治療，由于該系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定緩釋所擔(dān)載的抗原和佐劑，延長(zhǎng)免疫刺激所維持的時(shí)間，有效地激活了抗腫瘤免疫響應(yīng)，在幾種小鼠腫瘤模型中都有效抑制了殘留腫瘤的術(shù)后生長(zhǎng)[93].

在疫苗作用過(guò)程中，抗原持續(xù)釋放時(shí)間情況往往會(huì)決定疫苗所產(chǎn)生的免疫效果. 例如：Appel研究組報(bào)道的聚合物-納米顆粒水凝膠系統(tǒng)，包含十二烷基修飾的羥丙基甲基纖維素為基質(zhì)擔(dān)載PEG-PLA納米顆粒[94]. 這一系統(tǒng)可以擔(dān)載親水及疏水的藥物并具有剪切變稀性質(zhì)，可以經(jīng)注射器注射進(jìn)入體內(nèi). 當(dāng)擔(dān)載親水模型抗原蛋白及疏水的TLR3激動(dòng)劑時(shí)，其可以表現(xiàn)出儲(chǔ)庫(kù)效應(yīng)而在注射部位持續(xù)緩釋達(dá)1周左右，從而在不經(jīng)加強(qiáng)針的情況下可以維持抗體響應(yīng)達(dá)90天以上. 這種局部緩釋劑型可以增強(qiáng)疫苗的依存性和疫苗使用的簡(jiǎn)便性，通過(guò)控制抗原及佐劑的緩釋時(shí)長(zhǎng)和動(dòng)力學(xué)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)疫苗的免疫效果. 在2021年，Appel研究組進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一種可注射的聚合物納米顆粒(PNP)水凝膠系統(tǒng)，用于疫苗抗原貨物RBD的持續(xù)遞送[95]. 具體來(lái)說(shuō)，作者使用了混合疏水改性的羥丙基甲基纖維素衍生物(HPMC-C12)和由聚(乙二醇)-b-聚(乳酸)制成的可生物降解聚合物納米粒子(NP)制備了溫和穩(wěn)定、便于注射、快速自愈且具有足夠屈服能力的水凝膠疫苗載體，并擔(dān)載RBD抗原，證明了該疫苗佐劑系統(tǒng)能夠很好地解決由于RBD體積小而造成的低效的淋巴吸收問(wèn)題，增強(qiáng)RBD與關(guān)鍵免疫細(xì)胞的相互作用，并顯著提高了體液免疫的激活水平. 康奈爾大學(xué)的馬明林小組也進(jìn)行了相關(guān)的研究[96]. 作者報(bào)告了一種高親和力可注射水凝膠支架，通過(guò)程序分析聚合物的晶體結(jié)構(gòu)與RBD側(cè)鏈官能團(tuán)之間的親和力大小，確定使用聚(N-(3-氨基丙基)甲基丙烯酰胺)-co-(N-(三(羥甲基)甲基)丙烯酰胺) (p(APMA-THMA))制備水凝膠疫苗佐劑，用于RBD抗原的遞送. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該水凝膠支架能夠誘導(dǎo)有效的生發(fā)中心(GC)反應(yīng)，且該反應(yīng)與RBD特異性抗體的產(chǎn)生和強(qiáng)大的1型T細(xì)胞反應(yīng)相關(guān). 這證明了除了作為持久的RBD儲(chǔ)存器外，該水凝膠支架還成為先天免疫細(xì)胞激活的局部位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，更強(qiáng)烈的免疫反應(yīng).

5 結(jié)論與展望

疫苗是人類醫(yī)學(xué)史上最偉大的發(fā)明之一. 1798年，英國(guó)醫(yī)生愛(ài)德華·詹納通過(guò)接種牛痘幫助人類預(yù)防天花，開(kāi)啟了現(xiàn)代疫苗科學(xué)[97]；二百多年來(lái)，全球已經(jīng)批準(zhǔn)了92種疫苗，用于預(yù)防24種病毒和16種細(xì)菌的感染和復(fù)發(fā). 疫苗技術(shù)的出現(xiàn)大大延長(zhǎng)了人類的平均壽命，也使得大規(guī)模的城市人口聚集成為可能. 佐劑是指能夠增強(qiáng)免疫應(yīng)答或改變免疫應(yīng)答類型的物質(zhì). 作為疫苗的重要組成部分，佐劑能夠激活抗原提呈細(xì)胞、保護(hù)抗原免被降解、提升抗原的傳輸效率等，為疫苗抗原發(fā)揮預(yù)防和治療作用發(fā)揮了關(guān)鍵作用. 時(shí)至今日，疫苗的概念正在從預(yù)防性疫苗向治療性疫苗如腫瘤疫苗、自體免疫疾病疫苗、代謝病疫苗等方向進(jìn)展，疫苗抗原的類型也在從傳統(tǒng)的減毒或滅活病原體向重組蛋白、多肽、mRNA等亞單位抗原類型轉(zhuǎn)變[20]. 盡管這些亞單位抗原更加精確和安全，但是其免疫原性和穩(wěn)定性也隨之降低，這就使得佐劑材料的運(yùn)用在現(xiàn)代疫苗技術(shù)中起到越來(lái)越重要的作用. 此外，現(xiàn)有疫苗技術(shù)在很多感染與疾病面前仍然無(wú)能為力，疫苗的給予途徑可能也會(huì)對(duì)疫苗刺激產(chǎn)生的免疫效力帶來(lái)重要影響[98,99]，而這些都依賴于新型佐劑材料的發(fā)展.

高分子免疫佐劑材料，是通過(guò)高分子材料來(lái)提升免疫佐劑的安全性和有效性，或者設(shè)計(jì)全新的具有免疫刺激活性的大分子佐劑，有望解決現(xiàn)有小分子免疫佐劑存在的免疫副作用大、臨床應(yīng)用受限的問(wèn)題，這對(duì)于疫苗及新型腫瘤免疫療法的發(fā)展都至關(guān)重要. 然而，由于疫苗應(yīng)用的廣泛性，新型佐劑材料的批準(zhǔn)需要慎之又慎，這也是目前全球僅有6款佐劑材料獲得批準(zhǔn)應(yīng)用的原因. 但是我們也看到，隨著亞單位抗原越來(lái)越廣泛的運(yùn)用，佐劑材料已然成為限制新疫苗技術(shù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素，也必將迎來(lái)飛速發(fā)展和巨大需求. 因此，新型佐劑材料的快速發(fā)展和批準(zhǔn)在未來(lái)一定是更加值得期待的.