Advanced Functional Materials:纳米生物颗粒疫苗诱导树突状细胞膜脂筏重组以促进快速免疫活化

治疗性疫苗因其高特异性和治疗持久性成为慢性疾病治疗的新方向。通过将致病分子片段与免疫载体进行化学或物理结合,可得到具有免疫原性的疫苗。在高血压治疗领域,武汉协和医院廖玉华研究组研发了国际上首例靶向血管紧张素II受体I型(AT1R)的降压疫苗。联合国家纳米科学中心韩东研究组,以Qβ病毒样颗粒为载体,耦联AT1R短肽片段,构建了纳米生物颗粒降压疫苗ATR-NP。纳米生物颗粒因其高生物相容性及强免疫原性成为治疗性疫苗的重要载体。与蛋白载体疫苗相比,纳米疫苗除生物活性外同时具有纳米空间结构,在其接触免疫呈递细胞时具有特殊的纳米力学效应。如何认识这种效应对于指导疫苗研发具有重要意义。

胡夏君博士等,以ATR-NP为对象,借助原子力显微镜及高分辨率细胞成像等技术,对Qβ载体的免疫原性机制进行了深入探索,并建立了相关物理模式。结果发现ATR-NP疫苗可有效激活机体树突状细胞,继而诱导T细胞免疫反应,效能远优于一般蛋白载体疫苗。其中,Qβ载体对ATR-NP的免疫原性起到了非常重要的作用。ATR-NP激活树突状细胞过程高度依赖于细胞膜脂筏结构域。Qβ纳米空间结构使其可与细胞膜表面进行尺寸匹配的相互接触,正如研究中观察到,ATR-NP疫苗与纳米尺度的膜脂筏具有高亲和力。这种力相互作用同时促使脂质相分离增加,脂筏发生重组聚集。借助纳米力学模型得以解释脂筏聚集现象:球形纳米颗粒可诱导细胞膜弯曲,膜曲率变化驱动富含胆固醇的膜脂筏向高曲率区域发生聚集。聚集的脂筏得以形成更大的功能平台,促进酪氨酸激酶等信号分子在此聚集活化和信号下传,从而起到快速免疫激活作用。

这项研究阐述了纳米生物颗粒空间效应对其免疫活性的影响,表明以Qβ为载体的纳米降压疫苗在未来临床应用中将更具优势和价值。同时较之配体-受体激活,以Qβ为代表的纳米颗粒靶向细胞膜功能性微纳结构域具有更高效快速的免疫调节功能,可能成为纳米疫苗研发的理论基础和研究方向。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202000346)上。