靶向疫苗新突破：精准刺激免疫，对抗传染病与癌症

为解决传统疫苗免疫刺激靶向不足等问题，多团队研究人员开展疫苗研发策略研究。结果发现多种创新策略可优化疫苗，增强免疫反应。这些成果为研发更高效疫苗提供思路，推荐科研读者阅读。

　　

用于更广泛且有针对性免疫刺激的抗原设计与优化，以及靶向抗原递送，正在重塑针对传染病和癌症的疫苗研发格局。

为了有效对抗持续性呼吸道病毒和耐药细菌，并开发有效的预防性癌症疫苗，按照 “分离、灭活和注射” 范式进行的广泛但靶向性不足的免疫刺激往往难以达到预期效果。随着对抗原加工、呈递以及免疫激活动态过程认识的不断深入，同时受益于计算设计和基于靶向纳米颗粒递送技术的进步，现代疫苗研发正朝着精确工程构建体的方向发展，力求在免疫刺激的广度和特异性之间取得平衡。借助冷冻电镜（以及其他结构生物学技术）、计算生物信息学和机器学习，设计包含多个表位（例如针对病毒保守区域或跨癌症类型共有的表位）的抗原变得越来越可行。这使得候选疫苗能够引发强劲、持久且具有交叉反应性的免疫反应。

然而，实现疫苗高效且特异性地递送至所需免疫细胞仍是一项核心挑战。传统的全身给药方式常常导致非靶向摄取，比如肝脏对疫苗的截留，这会 “稀释” 免疫反应或引发副作用。最先进的解决方案是利用脂质纳米颗粒（LNPs）、病毒样颗粒或免疫细胞靶向配体，来跨越生物屏障、保护抗原，并将有效载荷定向输送至树突状细胞或淋巴结。

有效的抗原设计同样是一个难题。病原体和肿瘤会通过抗原多样性逃避免疫系统的识别，因此单一靶点的疫苗可能很快失效。克服抗原逃逸的策略包括识别和靶向保守表位（如流感病毒血凝素茎部和 HIV - 1 的糖蛋白 41 亚基）以增强交叉反应性免疫；通过计算优化抗原以提高其稳定性和免疫原性；以及采用多价设计，例如展示 SARS-CoV-2 刺突蛋白变体的纳米颗粒或肿瘤抗原阵列。这些策略可用于平衡抗原的广度和免疫刺激的精准度（例如，避免非保护性表位的免疫显性）。此外，佐剂也可经过设计进一步引导免疫反应（例如，Toll 样受体激动剂可增强辅助性 T 细胞 1 和细胞毒性 T 淋巴细胞针对细胞内病原体或癌症的激活作用）。

本期《自然生物医学工程》刊载的研究成果体现了上述策略，这些研究聚焦于靶向树突状细胞并增强其进入淋巴系统的递送载体、针对沙贝病毒进行计算优化以实现广泛反应性的抗原，以及用于有效抗原呈递的佐剂新方法和利用抗原降解途径的新方式。

具体而言，Anderson 及其团队报道了一种多重佐剂 mRNA 疫苗，该疫苗通过两种互补策略增强免疫反应：对 mRNA 编码的抗原本身进行佐剂处理，并修饰脂质纳米颗粒（LNP）中的可电离脂质以增强其免疫刺激特性。通过将抗原的 mRNA 序列与源自 C3 补体蛋白的天然佐剂融合，由于表达补体受体的抗原呈递细胞对抗原的摄取和呈递增加，抗原特异性免疫激活得到改善，且 mRNA 剂量得以降低。与此同时，研究人员通过筛选包含 480 种可生物降解脂质的组合文库，优化了 LNP 配方中的可电离脂质成分，从中鉴定出一种环状胺头基，该头基可改善 mRNA 转染并增强先天免疫刺激。综合这两种策略，对于编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白或受体结合域的 mRNA，相较于未与佐剂融合的相同疫苗配方，抗体滴度提高了 10 倍。该疫苗经鼻内给药也能诱导强劲的抗体反应，这表明多重佐剂策略可能适用于针对呼吸道病原体的黏膜保护。

Jonathan Heeney 团队撰写的另一篇文章描述了一种抗原的合理设计，这种抗原能够促进针对 SARS-CoV-2 及相关沙贝病毒的更广泛免疫反应。研究人员基于 SARS-CoV-2 的受体结合域，通过整合系统发育分析和结构生物信息学来选择保守且免疫优化的序列，利用计算技术设计出单一抗原。他们还通过修饰关键表位对该抗原进行优化，包括利用糖基化来掩盖免疫显性但高度可变的区域，从而引导免疫反应针对保守且具有交叉反应性的表位。这种抗原在小鼠、兔子和豚鼠体内引发了广泛的体液免疫，产生了针对 SARS-CoV、SARS-CoV-2（包括关切变体）和相关蝙蝠冠状病毒的中和抗体。在作为 DNA 疫苗进行测试时，该抗原在经批准的针对 SARS-CoV-2 的病毒载体疫苗预免疫的小鼠模型中提供了保护。尽管优化的抗原设计可增强免疫特异性，但确保抗原到达并激活正确的免疫细胞同样至关重要。在另一项研究中，Yujia Cai、Jiaxu Hong 团队报道了一种靶向树突状细胞的病毒样颗粒的研发，旨在增强 mRNA 抗原的呈递和免疫激活。该团队设计了一种病毒样颗粒，用经过工程改造、可特异性结合树突状细胞受体的糖蛋白（源自辛德毕斯病毒）进行假型化。在小鼠实验中，与传统 LNP 配方和非靶向病毒样颗粒相比，包裹编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白 mRNA 的病毒样颗粒诱导产生的刺突特异性免疫球蛋白 G 滴度显著更高且更持久，T 细胞反应也更强。此外，该病毒样颗粒促进了树突状细胞的成熟和向淋巴结的迁移。在脚垫注射该疫苗的小鼠对 SARS-CoV-2 攻击表现出更强的保护作用，包括肺部和气管中的病毒载量降低。该疫苗经鼻内给药也具有免疫原性。

利用异种移植排斥过程中发生的免疫识别机制，也能够实现将疫苗靶向递送至树突状细胞。Xing-Jie Liang、Ningqiang Gong 团队使用了异种细胞膜衍生囊泡，这些囊泡会从受体循环系统中预先存在的异种抗体获取免疫球蛋白 G 冠，从而使得树突状细胞能够通过 Fc 受体介导摄取囊泡并增强抗原呈递（图 1）。这些囊泡包裹肿瘤衍生的肽抗原或编码肿瘤抗原的 mRNA，在黑色素瘤和胸腺瘤小鼠模型中，能够促使树突状细胞成熟、有力激活抗原特异性 T 细胞，并有效抑制肿瘤生长。当与包裹编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白 mRNA 的 LNP 杂交时，该疫苗诱导产生的抗刺突抗体和中和抗体滴度远高于商业化的基于 LNP 的 mRNA 疫苗。

Ruifang Zhao、Guangjun Nie、Bing Han 团队的研究表明，诱导多能干细胞的细胞膜可作为癌症疫苗中肿瘤相关抗原的来源。研究人员通过将诱导多能干细胞膜制成的囊泡与包裹在核壳结构内的佐剂组合（包括 CpG 和 R848）整合，制备出一种纳米颗粒疫苗。该设计旨在利用两种细胞的膜共有的广泛肿瘤相关抗原库。该疫苗在小鼠体内能够强烈刺激先天免疫，规避抗原特异性耐受，并诱导强烈的 B 细胞和 T 细胞反应。值得注意的是，预防性接种可引发全身性肿瘤特异性免疫，并抑制多种癌症的进展。此外，研究人员从共享抗原中鉴定出免疫原性表位，并证实仅用这些肽进行接种就足以引发抗肿瘤免疫，这为该疫苗的作用机制提供了支持。

Qiaobing Xu 团队的研究表明，通过靶向抗原降解可增强树突状细胞的抗原交叉呈递。他们的工作基于一种蛋白酶靶向嵌合体，在将肿瘤抗原封装到靶向淋巴结的 LNP 之前，先将其与一种能结合 E3 泛素连接酶的配体进行预偶联。这种预偶联标记使抗原发生泛素化，从而使其在树突状细胞内被蛋白酶体介导降解（产生的肽片段会加载到主要组织相容性复合体 I 类分子上，呈递给细胞毒性 T 细胞）。该疫苗能够更有效地进行肿瘤抗原的交叉呈递，并更有力地激活效应 T 细胞。在患有不同类型癌症的小鼠中，该疫苗显著抑制了肿瘤生长，与免疫检查点阻断联合使用时效果尤为显著。

在癌症免疫治疗中，编码肿瘤相关抗原、新抗原和病毒抗原时，使用小环状 RNA（circRNAs）可带来益处。Guizhi Zhu 团队报道称，将 circRNAs 封装在 LNP 中，能够使其有效递送至引流淋巴结中的抗原呈递细胞，并在小鼠体内引发强效且持久的 T 细胞反应。与传统 mRNA 疫苗不同，circRNA 疫苗稳定性高，细胞毒性低，对蛋白激酶 R（一种参与抗病毒防御和炎症反应的长双链 RNA 传感器）的激活作用极小，因此能够在细胞内实现持久的抗原翻译。事实上，circRNA 疫苗产生的抗原特异性 T 细胞数量比线性 mRNA 疫苗（包括未修饰和修饰形式）高出多达 10 倍，且翻译效率的维持时间比更大的 circRNA 构建体长。circRNA 疫苗与免疫检查点抑制联合使用，能够减轻肿瘤诱导的免疫抑制，并抑制免疫原性较差的肿瘤生长。

总体而言，为了针对高度变异的病原体和异质性肿瘤产生强劲、持久且具有广泛保护作用的免疫反应，未来的疫苗设计可能需要结合多种策略：使用编码结构优化抗原的靶向递送载体，并辅以多种佐剂和免疫调节元件，以增强淋巴结转运、补体激活和 Fc 受体介导的摄取。从佐剂修饰的 mRNA 构建体和含有保守表位的抗原，到靶向树突状细胞的病毒样颗粒，再到由蛋白酶靶向嵌合体驱动的抗原降解，显然有多种途径可以研发出能诱导强效、精准定向的体液和细胞免疫反应，且副作用更少的疫苗。然而，对抗不断进化的病原体和异质性肿瘤，不仅需要提升免疫精准度的技术创新；在全球范围内，还必须从战略上推动可扩展制造、公平可及性以及在必要时的快速部署，以确保广泛有效的疫苗覆盖。

参考文献：

1. Kennedy, R. B., Ovsyannikova, I. G., Palese, P. & Poland, G. A. Front. Immunol. 11, 1181 (2020).

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