金属有机纳米颗粒使疫苗递送更好，免疫反应更强

经过新冠疫情、猴痘、和霍乱疫苗紧缺等事件，疫苗的重要性更加毋庸置疑。如何让疫苗更安全和更有效？麻省理工的科学家在《科学进展》上介绍了一种新的递送颗粒。关注疫苗技术新进展！

　　

来自麻省理工学院(MIT)和其他地方的科学家在《科学进展》(Science Advances)上发表了一篇论文，描述了一种被称为金属有机骨架(metal organic framework，MOF)的纳米颗粒用于递送疫苗，能在较低剂量下引发强烈的免疫反应。

在这项以小鼠为对象的研究中，研究人员发现，MOF成功地包裹并递送了部分SARS-CoV-2刺突蛋白，在细胞内响应pH值分解、释放蛋白荷载，同时起到佐剂的作用。

麻省理工学院科赫综合癌症研究所的首席研究员、该研究的资深作者之一Ana Jaklenec博士说:“我们不仅通过纳米颗粒以更可控的方式输送蛋白质，而且这种颗粒的组成结构也起到了佐剂作用。”“与使用蛋白质本身接种疫苗相比，我们能够实现对COVID-19蛋白的非常特异性的反应，并且具有剂量节约效果。”

本研究中使用的金属有机骨架是沸石咪唑盐骨架8或ZIF-8（Zeolitic imidazolate framework），是由一个锌离子连接到四个咪唑分子组成的四面体单元晶格。颗粒的直径通常在100到200纳米之间，这使得它们足够小，可以直接进入淋巴结，也可以通过巨噬细胞等免疫细胞进入。先前的研究表明，ZIF-8颗粒可以显著增强免疫反应。目前尚不清楚它们是如何激活免疫系统的。

为了回答这个问题，研究人员设计了一种由SARS-CoV-2受体结合蛋白嵌入ZIF-8颗粒组成的实验性疫苗。一旦颗粒进入细胞，MOF就会分解，释放出病毒蛋白。MOF的咪唑成分然后激活toll样受体，这有助于刺激先天免疫反应。

接种疫苗的小鼠淋巴结细胞的RNA测序显示，多种免疫相关途径被激活，包括TLR-7途径，这导致细胞因子和其他炎症分子的产生增加。他们还观察到，接种了这种颗粒的小鼠对病毒蛋白质的反应比只接种这种蛋白质的小鼠强得多。

在将这些颗粒用于疫苗之前，科学家们不仅要评估它们的安全性，还要评估它们是否可以扩大规模以进行更大规模的生产。然而，即使ZIF-8没有成功，研究人员相信他们的发现可以帮助指导将类似纳米颗粒用于递送亚基疫苗的努力，亚基疫苗通常比mRNA疫苗更容易制造，也更便宜。

Jaklenec指出:“设计利用具有特定化学成分的纳米颗粒的新疫苗，不仅有助于抗原递送，还可以激活特定的免疫途径，这有可能提高疫苗的效力。”“了解药物递送载体如何增强佐剂免疫反应，可能对设计新疫苗非常有帮助。”

文章摘要

纳米材料为设计免疫调节活性提供了独特的机会。在这项工作中，我们报道了纳米级佐剂咪唑酸分子筛框架-8 (ZIF-8)的toll样受体激动剂活性。ZIF-8在核内体中的积累及其亚基的pH响应性释放使其能够选择性地与核内体toll样受体结合，从而最大限度地降低脱靶激活的风险。ZIF-8的固有佐剂特性，以及SARS-2刺突蛋白受体结合域三聚体的高效递送和仿生呈现，以剂量节约的方式启动了快速体液和细胞介导的免疫。我们的研究为下一代佐剂提供了可能影响未来疫苗开发的见解。

内容介绍

亚基蛋白抗原比传统的全病原体疫苗更安全，更容易制造，但它们通常需要与佐剂共同给药，以增强抗原呈递并产生有效的免疫结果。合理设计的疫苗佐剂旨在触发抗原呈递细胞(APCs)上的特异性受体，以指导免疫系统以Th1、Th2或Th17的方式作出反应。模式识别受体（Pattern recognition receptors , PRR)特别是主要在抗原呈递细胞(APCs)上表达的toll样受体(TLRs)，在这些免疫反应的调节中起着关键作用。当PRR激动剂与亚单位蛋白抗原共同施用时，有助于产生更大的免疫反应强度和针对疫苗靶点的持久记忆反应。然而，由于安全性和耐受性问题，只有少数PRR佐剂获准用于美国食品和药物管理局批准的疫苗中。然而，可以通过新的递送方法，包括基于纳米颗粒(NP)的方法来潜在地减轻安全性和耐受性问题。

仿生纳米颗粒递送策略已被证明即使在超低抗原剂量下也能提高抗体滴度。一系列纳米颗粒通过增强抗原和佐剂向抗原呈递细胞(APCs)和淋巴结(LNs)的共递送，显示出佐剂活性。纳米颗粒允许被动疫苗引流到淋巴结，与B细胞产生多价抗原相互作用，并促进抗原呈递到I类主要组织相容性复合体(MHC I)分子上，从而增强CD8+ T细胞反应。一些研究表明，在缺乏佐剂和抗原的情况下，聚合纳米颗粒抗原和脂质体激活刺激免疫途径，如TLR 或炎性小体。我们应该探索纳米颗粒的内在免疫特性，以避免APCs因先天免疫反应过度激活而导致免疫信号处理的潜在改变。研究纳米颗粒的免疫刺激特性为研究新的载体提供了一个机会，这些载体不仅可以调节疫苗抗原的时空分布，还可以直接参与先天信号通路并使免疫通路选择性激活。

沸石咪唑酸骨架-8 (ZIF-8)是金属有机骨架的一个亚类，通过仿生矿化过程包封抗原，在保持生物利用度的同时，提供特殊的生物、热和化学降解保护。ZIF-8也被确立为有效的疫苗递送平台。临床前研究表明，ZIF-8调节疫苗诱导的免疫反应，并通过向APCs共递送抗原和佐剂来刺激高抗体反应。然而，ZIF-8的组成对其佐剂性能的贡献却没有得到很好的表征。咪唑是ZIF-8的基本组成部分，是合成的TLR激动剂中最小的片段，可以修饰产生TLR特异性激动剂或拮抗剂分子，特别是TLR-7和TLR-8。在这里，我们以 (SARS-CoV-2)刺突蛋白受体结合域(RBD)三聚体为模型抗原，研究了ZIF-8 纳米颗粒如何调节先天免疫激活以增强对蛋白质抗原的适应性免疫反应。为了更好地了解ZIF-8如何提高免疫原性，我们使用了生物分布研究、免疫学技术和转录组测序。

我们发现ZIF-8可以被动地引流到淋巴结 (dLN)，同时也可以激活注射部位的先天免疫反应。摄取后，ZIF-8 纳米颗粒在核内体中进行pH响应降解，使其同时释放其有效载荷，而其降解产生的咪唑激活核内体中的TLR (TLRe)。淋巴结中的基因表达分析表明 MyD88依赖性反应和核因子κB (NF-κB)的激活，导致白细胞介素-6 (IL-6)和I型干扰素β (IFN-β)的产生与抗病毒反应相关。这与TLR反应性巨噬细胞和树突状细胞(DC)群体中CCR-7和CD80等共刺激分子的表达增加相吻合。当包封RBD给小鼠时，与游离RBD相比，ZIF-8可实现节约剂量，并且能够与TLR-7激动剂佐剂加地喹莫特(Gdq)共包。ZIF-8还提高了RBD的稳定性。