《Nature Biotechnology》温敏自组装佐剂显著增强抗HIV疫苗免疫原性

基于蛋白质的疫苗是当代医学用于预防和治疗疾病的常用方法之一，但是发展出能够彻底预防如疟疾、肺结核和艾滋病等恶性传染病以及可以治愈癌症的蛋白疫苗仍然是一个巨大的挑战。作为蛋白疫苗效果的重要影响因素，佐剂的使用在一定程度上增强了蛋白疫苗的疗效，其中效果较好的是Toll样受体激动剂（Toll-like receptor agonists, TLRa），TLRa可有效提高抗原呈递细胞（Antigen presenting cell, APC）尤其是树突状细胞（dendritic cell, DC）的抗原呈递能力和共刺激分子的表达，从而产生大量而持久的抗原特异性T细胞，极大地提高了疫苗的疗效。研究表明，TLRa的组分和输送对蛋白疫苗的疗效起着至关重要的作用，TLRa-抗原偶联物以及纳米颗粒共输送TLRa和抗原可显著提高蛋白疫苗的免疫原性，但是TLRa制剂的物理化学性质对其在体内的分布、引发的免疫反应强度及持续时间的影响并不清楚。

图1 不同理化性质的疫苗佐剂示意图

近日，来自美国国立卫生研究院以及斯坦福大学的研究人员在《Nature Biotechnology》上发表了他们基于温敏自组装聚合物的疫苗佐剂的最新成果。在这项研究中，他们系统地研究了基于聚2-羟丙基甲基丙烯酰胺（pHPMA）高分子骨架的TLRa制剂的物理化学性能对其免疫原性的影响。通过组合化学的方法，他们合成了一系列输送咪唑喹啉（一种TLR-7/8a）的基于pHPMA骨架的疫苗佐剂（Poly-7/8a），组成了一个疫苗佐剂库（图1），这些佐剂的理化性质包括不同的linker（长链亲水的聚乙二醇，长链疏水的烷烃和短链烷基），不同的TLR-7/8a接枝密度。随后，他们将这些疫苗佐剂进行小鼠足底注射，发现小鼠淋巴结产生的IL-12p40的量与TLR-7/8a的密度正相关，同时他们也意外发现，TLR-7/8a的密度越高，该佐剂可组装成水动力学粒径越大的颗粒（图2），随后的研究发现，颗粒化的佐剂可显著提高其在淋巴结的滞留和APC的摄取（图3）。

图2 佐剂粒径和免疫原性与TLR-7/8a接枝密度正相关

图3 颗粒化Poly-7/8a增强淋巴结滞留及APC摄取

虽然颗粒化Poly-7/8a可显著提高佐剂疗效，它的安全性又怎样呢？通过偶联其他佐剂如TLR-9a（CpG）进行足底注射，他们发现颗粒化可有效降低佐剂的系统性毒副作用，同时免疫原性良好，可有效诱导固有免疫和适应性免疫，产生强大而持久的T细胞免疫。因此该颗粒化佐剂安全低毒，同时也可用于其他激动剂的输送。

为了进一步优化该颗粒化佐剂的制备、储存条件，他们又合成了温度敏感性pHPMA，从而制备出同时包载模式抗原HIV Gag-coil和TLR-7/8a的温敏性疫苗TRPP-7/8a，该疫苗在25℃下为液态，以可溶性高分子溶液形式存在，一旦进入体内，该疫苗立刻自组装为粒径在2µm左右的颗粒，小鼠体内试验结果表明该温敏可颗粒化疫苗引发的免疫反应显著强于非颗粒化的疫苗。

图4 温敏性TRPP-7/8a显著增强疫苗免疫原性

综上，该研究系统地探索了基于高分子-激动剂偶联物的蛋白疫苗佐剂的理化性质对疫苗免疫原性的影响，提出了一种全新而方便的制备可注射温敏颗粒化高效疫苗佐剂的思路和方法，为疫苗佐剂的优化提供了新的思路，值得大家借鉴。“从制备的角度，这项研究是非常引人入胜的，因为它提供了一种常温下可注射的聚合物溶液的制备方法；此外，它还提供了一种不依赖于佐剂理化性质的颗粒化方法，因为在这项研究中颗粒的自组装只依赖于高分子自身的性质而不依赖于佐剂的性质。”来自麻省理工学院的肿瘤免疫治疗学家Darrell J Irvine教授对这项研究给与了高度评价。

参考文献：

Lynn G M, Laga R, Darrah P A, et al. In vivo characterization of the physicochemical properties of polymer-linked TLR agonists that enhance vaccine immunogenicity[J]. Nature biotechnology, 2015. http://www.nature.com/nbt/journal/v33/n11/full/nbt.3371.html

Dane E L, Irvine D J. Big thinking for adjuvants[J]. Nature biotechnology, 2015, 33(11): 1146-1148. http://www.nature.com/nbt/journal/v33/n11/abs/nbt.3398.html

（本文由 最亮的星 供稿）