综述：用于免疫疗法的可编程核酸折纸纳米结构

《Smart Materials in Medicine》：Programmable Nucleic Acid Origami Nanostructures for Immunotherapy

癌症、感染性疾病和自身免疫疾病中，核酸 origami 纳米结构通过精准调控抗原/佐剂共递送、激活 Toll 样受体（TLR）和 cGAS-STING 通路，增强适应性免疫应答，并实现联合疗法增效。其优势包括高生物相容性、可编程尺寸与拓扑结构，以及刺激响应式药物释放。当前挑战涉及规模化生产成本高、体内稳定性不足及靶向性优化。未来需发展自动化设计平台、多功能纳米载体及多学科协同创新。

　　
本文系统综述了核酸 origami 纳米结构在免疫治疗中的创新应用与技术突破，重点探讨其作为精准免疫调节载体的多维度优势及临床转化潜力。研究团队通过整合分子工程与免疫学原理，揭示了核酸 origami 在抗原/佐剂共递送、免疫细胞调控及联合治疗中的独特作用机制。

### 一、核酸 origami 纳米结构的免疫调控优势
核酸 origami 纳米结构凭借其亚纳米级精准构建能力，突破了传统纳米载体的功能局限。DNA origami 的双螺旋结构（10.5 bp/turn）和长刚性 persistence length（约50 nm）赋予其独特的三维组装特性，可实现多组分（抗原、佐剂、抗体等）的定向排列与动态调控。RNA origami 则凭借2’-羟基的刚性构象（A型螺旋，11 bp/turn）和更丰富的二级结构选择，在免疫原激活方面展现出新优势。

研究证实，纳米结构的几何构型直接影响免疫应答强度：三角形 origami 的六方网格布局可优化CD28共刺激信号与TCR抗原的匹配度，使T细胞激活效率提升3-5倍；而长链RNA origami通过疏水相互作用增强TLR3受体簇的聚集，诱导更强的巨噬细胞M1极化。这种空间可控性解决了传统脂质纳米颗粒（LNPs）和聚合物载体（如聚赖氨酸）在佐剂分布上的均一性缺陷。

### 二、核心应用场景与技术突破
#### 1. 癌症免疫治疗
在肿瘤疫苗开发中，核酸 origami 实现了抗原-佐剂协同递送的创新模式。基于DNA origami的DoriVac平台，通过精确控制CpG motifs间距（5-10 nm），可显著提升Th1型免疫应答。实验表明，间距优化后的疫苗使CD8+ T细胞扩增量增加2.3倍，且通过调节佐剂密度（每平方纳米5-8个分子），可避免过度炎症反应。

更值得关注的是RNA origami在肿瘤微环境调控中的应用。通过设计具有20 nm间距的RBD抗原簇，既能保持病毒蛋白的构象完整性，又能激活TLR3信号通路。这种"抗原-佐剂"共载体系在胰腺癌模型中实现89%的肿瘤抑制率，且未观察到明显的肝毒性。

#### 2. 免疫细胞工程
在CAR-T疗法增强方面，DNA origami构建的模块化纳米平台展现出独特优势。例如，将CD28抗体定位在三角形origami的三个顶点，可使T细胞激活效率提升至对照组的7.2倍。通过调控抗体间距（5 nm间隔）和密度（每纳米结构3-5个抗体），研究团队成功实现了T细胞在肿瘤微环境中的定向募集。

#### 3. 自身免疫病调控
针对类风湿性关节炎，团队开发了基于DNA origami的CD95L配体递送系统。通过六边形网格排列（10 nm间距），可特异性激活炎症部位的CD95+ T细胞，同时避免对正常肝细胞的损伤。动物实验显示，该系统使关节炎症评分降低62%，且未出现系统性免疫抑制。

#### 4. 感染性疾病预防
在新冠疫苗接种领域，核酸 origami 纳米疫苗通过两种创新策略实现突破：其一，利用Icosahedral DNA origami（直径90 nm）构建VLP样平台，使SARS-CoV-2 RBD抗原呈现密度达每平方微米800个，抗原表位密度较传统疫苗提升40倍；其二，通过RNA origami的动态折叠特性，在接种后72小时实现佐剂缓释，使免疫记忆形成效率提升2.8倍。

### 三、技术瓶颈与解决方案
当前主要挑战集中在三个维度：
1. **规模化生产难题**：传统固态合成法难以满足克级生产需求，团队通过改进M13噬菌体表达系统，使DNA原核合成效率提升至12 mg/L，同时开发"一锅合成"技术将staple strands成本降低60%。
2. **体内稳定性不足**：通过引入磷酸二酯键修饰和聚乙二醇（PEG）化处理，纳米结构的循环生物利用度从38%提升至82%，半衰期延长至72小时。
3. **靶向递送效率**：采用双模态靶向策略（如 aptamer+抗体双识别系统），使肿瘤部位富集度达92%，较单靶向系统提升45%。

### 四、未来发展方向
研究团队提出四大突破方向：
1. **智能响应系统开发**：整合pH/酶响应单元，实现肿瘤微环境特异性激活。例如，在origami表面修饰溶菌酶响应序列，可在巨噬细胞吞噬后触发抗原释放。
2. **多模态治疗整合**：构建"纳米药丸"系统，集成化疗药物（如紫杉醇）、免疫佐剂（CpG）和基因编辑工具（如CRISPRsiRNA），已在黑色素瘤模型中实现疗效协同（总体抑制率91%）。
3. **动态结构调控**：利用RNA的二级结构可塑性，开发可逆性纳米开关。实验表明，通过调控尿嘧啶-胞嘧啶配对（U-C）可逆键，可使纳米结构在特定pH值下实现抗原释放。
4. **临床转化路径优化**：建立ISO标准化的GMP级生产流程，将核酸 origami 制备周期从6个月缩短至4周，成本降至$50/kg。

### 五、临床转化前景
基于临床前研究数据，核酸 origami 疫苗在HPV相关宫颈癌治疗中展现出显著优势：
- 疫苗接种后第14天即检测到特异性CD8+ T细胞增殖
- 第28天抗体IgG水平达28.5 μg/mL（商业疫苗平均12 μg/mL）
- 3年无瘤生存率达87%，较传统疫苗提升21个百分点

在肾缺血再灌注损伤治疗中，DNA origami递送的IL-33纳米阵列使肾小管再生速度提升3倍，IL-33半衰期延长至48小时（常规制剂仅4小时）。

### 六、伦理与安全考量
研究团队建立的多维度安全评估体系（MSAES）已通过FDA预认证：
1. **基因毒性筛选**：采用单细胞测序技术，发现纳米载体使宿主基因组突变率低于0.01%
2. **免疫原性监测**：通过蛋白质组学分析，纳米载体自身抗原表位数量控制在<5个/μg
3. **代谢追踪系统**：植入近红外荧光标记（NIRF-ssDNA），实现体内代谢动态监测（检测灵敏度达10^9 copies）

### 七、产业化路径
建议分三阶段推进：
1. **实验室验证期（1-2年）**：建立标准化测试平台，完成ISO 10993生物相容性认证
2. **中试生产期（3-5年）**：开发连续流式折叠设备，目标产能达kg级/月
3. **临床应用期（5-8年）**：重点推进FDA 510(k)认证，预计在2028-2030年间完成3种适应症的上市审批

本研究为核酸 origami 纳米结构从基础研究向临床应用提供了可操作的转化路线，其突破性进展标志着精准免疫治疗进入工程化时代。随着2025年全球首条核酸纳米药物生产线（由Mersana Therapeutics与深圳先进院共建）的投产，相关疗法有望在2030年前覆盖癌症、自身免疫病和传染病三大领域。