Small:纳米疫苗介导的皮下-肠道级联步骤对抗肠道感染性疾病

疫苗是预防控制传染性疾病最为经济有效的措施。绝大多数病原微生物都是经黏膜表面感染人体的,因此黏膜是机体抵抗病原入侵的第一道防线,在黏膜部位建立免疫保护对于预防传染性疾病至关重要。但传统的注射类疫苗,由于淋巴细胞的组织限制性,这类疫苗几乎不能在黏膜部位诱导免疫应答。

近日,四川大学华西药学院孙逊研究团队报道了一种能同时诱导系统免疫应答和黏膜免疫应答的注射用亚单位疫苗。研究人员首先合成了粒径约85 nm,孔径约为12 nm的介孔二氧化硅纳米粒(MSN),用于包载模型抗原OVA和Toll样受体9(TLR9)激动剂CpG,随后将其包裹上载有全反式维甲酸(RA)的脂质双分子层,得到粒径约为100 nm 的RA/CpG/OVA@MSN(图1)。RA是维生素A代谢的中间产物之一,它可以上调淋巴细胞的肠道归巢受体 CCR9的表达,诱导外周淋巴细胞归巢至肠道。

图1:RA/CpG/OVA@MSN的制备过程。

研究团队指出,包载亚单位抗原的纳米疫苗,皮下下接种后,经过皮下-肠道的五个级联步骤(图2),能诱导机体产生有效的系统免疫应答和黏膜免疫应答,这五个步骤为:(1)抗原引流至淋巴结;(2)淋巴结内树突状细胞(DCs)对抗原的高效摄取;(3)抗原的交叉提呈;(4)提高树突状细胞CCR9的表达;(5)募集肠道固有层中的CD103+DC至肠系膜淋巴结。研究结果发现,RA/CpG/OVA@MSN皮下注射后能显著提高血清中IgG/IgG1/IgG2a抗体的分泌,并促进脾细胞IFN-γ的分泌及细胞毒性T淋巴细胞增殖。肠道、粪便、鼻腔灌洗液及阴道灌洗液的分泌型IgA的显著提高证实了其黏膜免疫应答的强效激活(图3)。值得注意的是,不含RA的CpG/OVA@MSN组虽然能够诱导体液和细胞免疫应答,但却不能激活黏膜免疫应答。只有共载CpG和RA的RA/CpG/OVA@MSN组可同时诱导强效的系统免疫应答和黏膜免疫应答,证实了RA上调树突状细胞的CCR9表达对激活黏膜免疫应答的重要性。

图2:皮下-肠道级联步骤(LUCID),L:抗原引流至淋巴结;U:被淋巴结内树突状细胞(DCs)摄取;C:交叉呈递抗原;I:提高树突状细胞CCR9的表达;D:募集肠道固有层中的CD103+DC至肠系膜淋巴结。

图3:RA/CpG/OVA@MSN诱导系统免疫应答和黏膜免疫应答。(A-C)血清中IgG、IgG1及IgG2a的分泌;(D)脾细胞CD8+IFN-γ+T细胞分泌;(E-F)IFN-γ的ELISPOT斑点计数;(G)抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞杀伤;(H-K)肠道、粪便、鼻腔及阴道灌洗液中分泌型IgA。

随后,研究者将鼠伤寒沙门氏的菌裂解液STL,代替模型抗原OVA,制备纳米疫苗。在致死量鼠伤寒沙门氏菌的肠道感染模型中验证了共载CpG和RA的RA/CpG/STL@MSN,能同时诱导系统和黏膜免疫应答。经过三次皮下注射免疫后,RA/CpG/STL@MSN组小鼠生存期显著延长(图4)。

图4:(A)动物免疫方案;(B)小鼠生存期。

该研究表明亚单位疫苗经过LUCID的级联步骤后能同时诱导系统性免疫应答和黏膜免疫应答,为感染性疾病疫苗的开发提供了一种新的思路。以上研究得到国家自然科学基金杰出青年基金、四川省科技重大专项等项目的资助,四川大学华西药学院博士研究生钟小芳为本文第一作者,孙逊教授为本文通讯作者。

论文信息:

Nanovaccines Mediated Subcutis-to-Intestine Cascade for Improved Protection against Intestinal Infections

Xiaofang Zhong, Guangsheng Du, Xuanyu Wang, Yangsen Ou, Hairui Wang, Yining Zhu, Xinyan Hao, Zhiqiang Xie, Yuandong Zhang, Tao Gong, Zhirong Zhang, Xun Sun*

Small

DOI: 10.1002/smll.202105530

全文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202105530