Science丨仿生納米顆粒作為通用流感疫苗粘膜佐劑的作用和機制健康頭條網

2020-02-22 14:09:57 BioArt

目前的流感疫苗必須每年進行更新，以應對流感病毒的

血凝素（HA）和神經氨酸酶（NA）基因的不斷突變，因為疫苗主要誘導針對這些表面抗原的中和抗體。即使每年的疫苗都會進行更新，但通常疫苗的病毒株和流行株之間的HA和/或NA抗原性不匹配，導致流感疫苗效率低或無效。因此，研究“通用”流感疫苗可以保護人們免受多種流感病毒的威脅，該類研究已經投入了大量的資源，但是至今沒有一種可以通過人體臨床試驗。

病毒的自然感染、活載體工程疫苗以及減毒活疫苗均可誘發廣泛的免疫，不僅在於可誘導體液免疫，還在於誘導了肺組織常駐記憶T細胞（Resident memory T cells，TRM cells）。但是，必須在這些“複製”疫苗的安全性和免疫原性之間取得微妙的平衡。而且，這些疫苗僅適用於某些人群。因此，作為非複製型疫苗的一部分，迫切需要安全有效的粘膜佐劑來刺激肺TRM細胞產生，進而誘導較強的異型免疫。

2020年2月21日，哈佛醫學院麻省總醫院Mei X Wu副教授聯合復旦大學陸路、姜世勃團隊在Science雜誌上以Research Article的形式發表了題為Pulmonary surfactant–biomimetic nanoparticles potentiate heterosubtypic influenza immunity 的文章，發現了一種安全有效的肺部仿生納米顆粒（PS-GAMP）能夠促進疫苗誘導產生抵抗異種亞型流感病毒的廣譜性免疫反應。

Ⅰ型干擾素(IFN-Ⅰs)是免疫系統對抗病毒感染的主要免疫介質，可被流感病毒感染肺泡上皮細胞（Alveolar epithelial cells，AECs）和免疫細胞所強烈誘導。因此，這兩種細胞中干擾素基因刺激因子(Stimulatorof interferon genes，STING)的激活可能概括了病毒感染或複製疫苗引起的免疫應答。然而，向AECs的細胞質中注入STING激動劑仍然是一個巨大的挑戰，因為肺泡表面活性物質(Pulmonary surfactant，PS)層形成了一個強大的屏障，阻止納米顆粒和親水分子接近它們。

為了解決這一挑戰，研究團隊將一種天然而有效的STING激動劑cGAMP，包裝入基於PS成分的脂質體，形成仿生納米顆粒PS-GAMP。PS-GAMP與肺特異性表面活性蛋白-A (Surfactantprotein A，SP-A)和表面活性蛋白-D（SP-D）結合，並通過SP-A或SP-D介導的內吞作用協同進入肺泡巨噬細胞(Alveolarmacrophages，AMs)，由於其與肺表面活性物質相似，PS-GAMP的包載物被釋放到胞質中，隨後通過縫隙連接從AMs流入AECs。

PS-GAMP偽裝成“自我”，鼻內免疫後逃脫了免疫監測，在不破壞PS和肺泡上皮屏障的情況下，激活AMs和AECs中的STING信號通路。通過這一機制，PS-GAMP避免了病毒感染引起的免疫病理反應，誘導產生了大量的Ⅰ型免疫介質，並在時間和強度上顯著增強了CD11b+樹突狀細胞(DCs)和CD8+ T細胞的募集和分化以及體液免疫反應，進而增強疫苗交叉防護效果。這些反應主要表現在，將該佐劑與滅活的H1N1疫苗聯合使用，可在單次免疫後2天內產生廣譜交叉保護效果，抵抗不同型的H1N1和異型的H3N2、H5N1及H7N9病毒。這種交叉保護至少可持續6個月，併產生了持久的肺CD8+ TRM細胞。不僅在小鼠疫苗模型上有效，美國食品和藥物管理局批准的雪貂模型也證明了其有效性。當AECs中缺少敲除sting或給小鼠使用縫隙連接抑制劑時，PS-GAMP介導的佐劑調節作用則在體內被消除。

圖1. PS-GAMP介導的佐劑作用。在肺泡中，PS-GAMP與SP-A或SP-D結合並憑藉其介導的內吞作用進入AMs。PS-GAMP中的cGAMP隨後被釋放到細胞質中，並通過縫隙連接流入AECs，然後激活這些細胞中的STING信號通路，誘導產生大量的1型免疫介質。這些介質促進了CD11b+樹突狀細胞的募集和分化，進而介導抗病毒CD8+ T細胞和體液免疫應答。

這項研究闡明瞭AECs在產生廣泛的交叉保護以抵禦各種流感病毒方面的關鍵作用，提示本文中的仿生納米顆粒PS-GAMP可能是一種“通用”流感疫苗的潛在粘膜佐劑。鑑於此，Susanne Herold和Leif-Erik Sander還對本文的內容發表了題為“Toward a universal flu vaccine”精彩亮點評述，闡述了本研究在疫苗佐劑研究領域中的積極重要意義。評論文章認為，評估cGAMP作為粘膜流感疫苗佐劑的功效及其對人和其他流感病毒自然宿主的交叉保護性T細胞的影響至關重要，並提示將有效的通用疫苗佐劑與靶向遞送系統及廣泛保護性的疫苗抗原結合以引發交叉反應性CD8+ T細胞和交叉保護性抗體，可能是急需的通用流感疫苗的最有效方法。