OBI-833

摘要：疫苗是人类历史上最重要的发明之一，已经彻底改变了全球健康。通常，疫苗通过触发先天免疫反应和刺激抗原呈递细胞，引发针对特定病原体抗原的防御性适应性免疫反应。作为关键要素，佐剂是经常作为添加剂使用的化学物质，用于提高疫苗的效力和免疫原性。90多年来，佐剂一直是许多人类疫苗的重要组成部分，通过增强、调节和延长免疫反应来提高其效力。在这里，我们提供了一份及时且全面的佐剂历史发展和当前状态的综述，包括它们的分类、作用机制以及在不同疫苗中的作用。此外，我们对当前的许可程序进行了系统分析，并重点介绍了涉及疫苗佐剂的临床试验中的显著例子。展望未来，我们预计该领域的未来趋势，包括新佐剂配方的开发、创新佐剂的创造以及它们在系统疫苗学和疫苗输送的更广泛范围内的整合。文章认为，对生物化学、材料科学和疫苗免疫学的更深入理解对于推进疫苗技术至关重要。预计这些进步将带来更有效的疫苗的未来开发，能够对抗新兴传染病和增强公共卫生。 1.引言：疫苗佐剂的历史 疫苗佐剂研究领域自20世纪初诞生以来已显著进步（图1）。随着传染病的日益流行，免疫接种已成为限制其传播和减少相关伤害的最有效方法。然而，早期的疫苗往往证明是无效的，因为纯化的抗原本身无法引发足够强大的免疫反应。为了克服这一挑战，引入了佐剂的概念。佐剂是添加到疫苗中以增强其免疫原性，从而提高其效力的物质。 图1.疫苗佐剂发展的重大事件时间线。这一时间线展示了疫苗佐剂的逐步发展，从RNA和DNA等天然成分演变到合成工程佐剂。 现代佐剂的发展一直是一个缓慢而具有挑战性的过程。研究人员旨在创造既能够引发强烈免疫反应又保持安全有效的疫苗。这涉及到选择性地结合明确定义的分子和配方，并探索天然和合成化合物。正如图1所总结的，佐剂的组成随时间演变。它从早期的天然成分发展到当代的合成化合物。 尽管佐剂开发面临挑战，但目前有超过30种不同制造商的许可疫苗含有佐剂。铝盐是最早发现的佐剂，已被发现能够增强针对乙型肝炎、破伤风、白喉、百日咳和人类乳头瘤病毒等疾病的疫苗的免疫反应。铝盐的有效性归因于它们在注射部位形成储库、诱导炎症以及激活树突细胞和T细胞的能力。尽管铝盐在疫苗中使用已有七十多年，但其确切的免疫机制仍未完全理解。 20世纪90年代后期的佐剂发展包括油包水乳液。这些乳液有助于在较长时间内缓慢释放抗原，激活先天免疫系统，并诱导体液和细胞免疫反应。这种乳液的首次使用之一是在Fluad，这是一种针对65岁以上成年人的许可季节性流感疫苗。其他FDA许可的佐剂包括MF59（一种含角鲨烷、生物可降解油和表面活性剂的油包水乳液佐剂，用于流感疫苗）和AS03（由α-生育酚、角鲨烷和表面活性剂组成，用于H1N1流感疫苗和一些大流行流感疫苗）。AS01（一种脂质体和单磷脂A的混合物）已在RTS,S/AS01疟疾疫苗和带状疱疹疫苗中使用。 尽管许多其他佐剂在临床前模型中显示出高效力，但由于安全或耐受性问题，大多数尚未获得人类使用的许可。此外，包括铝盐、MF59和佐剂系统AS0佐剂在内的现有佐剂在人类中的作用分子机制仍不完全清楚。 2.佐剂的益处和效果 总体而言，疫苗佐剂在提高疫苗的有效性和可及性，以及减少全球传染病负担方面发挥着关键作用。它们的用途和其他实际应用如下（见图2）： 图2. 佐剂的潜在益处 1.缓解有限的疫苗供应：佐剂增强免疫反应，允许较少的疫苗剂量实现完全保护。这减轻了卫生系统的负担，并增加了那些无法接受多次剂量的人的可及性。佐剂还可以降低疫苗中必要的抗原剂量，从而可能减少副作用并增加可用性。例如，重组疫苗提供了显著的制造优势，但通常自身免疫原性较弱。将佐剂与重组大流行流感蛋白结合，可以大幅减少实现目标抗体水平所需的抗原量，从而显著增加生产能力。例如，AS03是一种油包水乳液佐剂，已在H1N1流感疫苗等疫苗中使用。它已被证明可以改善免疫反应，并允许抗原节约，这意味着可以使用较小量的疫苗抗原，同时仍然产生强烈的免疫反应，这有助于延长可用的疫苗供应。 2.快速启动免疫反应：佐剂刺激对疫苗抗原更强、更持久的反应，提供更好的保护。例如，将AS04佐剂加入GlaxoSmithKline（GSK）的乙肝抗原Fendrix中，实现了三剂方案减为两剂。Advax是一种基于δ-菊糖的佐剂，已被证明可以加速免疫反应。它激活先天免疫系统，并促进细胞因子和趋化因子的产生，这有助于增强适应性免疫反应。 3.扩大抗体反应：佐剂扩大对具有显著抗原漂移或株变异的病原体的抗体反应，对于流感、人类乳头瘤病毒（HPV）和疟疾寄生虫等疾病至关重要。例如，MF59是一种油包水乳液佐剂，已被证明可以增强细胞和体液免疫反应，并显著增加抗体滴度，改善抗体反应的质量。 4.加强抗体反应的幅度和功能性：佐剂不仅增加了抗体反应的幅度，还增加了它们的功能性、亲和力或免疫系统产生的功能性抗体数量。例如，AS04是一种将铝盐与单磷脂酸脂A（MPLA）结合的佐剂，MPLA是一种Toll样受体4激动剂。AS04已被证明可以增强抗体反应的幅度和功能性。它促进了高质量抗体的产生，包括增加抗体滴度和改善抗体亲和力和亲和力。 5.加强T细胞反应：正在开发新的疫苗候选物以改善T细胞反应，现有的人类使用批准的佐剂不能有效诱导这些反应。目标是诱导更有效的T辅助细胞参与，以优化抗体反应的质量和持久性，或诱导可以针对和消除细胞内病原体的效果CD4+或CD8+ T细胞。因此，新疫苗可能包括Toll样受体（TLRs）和其他先天免疫受体的激动剂，以促进T辅助细胞反应的产生。这种方法旨在克服传统佐剂的局限性，创造更有效的疫苗，可以提供长期保护，对抗更广泛的病原体。通过改善T细胞反应，这些疫苗也可能为免疫系统较弱的个体或对传统疫苗反应不佳的人提供益处。例如，CpG ODNs是含有特定免疫刺激性序列的合成DNA分子，作为Toll样受体9（TLR9）激动剂，已被证明通过促进抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞的激活和分化来增强T细胞反应。它们诱导Th1型免疫反应，导致T细胞增殖、细胞因子产生和细胞毒性T细胞活性增加。 6.开发新疫苗：佐剂在开发传统疫苗无效的疾病疫苗中至关重要，增强免疫反应并针对多种病原体株。它们可以增强对疫苗的免疫反应，并帮助针对病原体的多种株。例如，在流感疫苗的情况下，已使用佐剂创建可以针对不同流感病毒株提供更好保护的疫苗。此外，佐剂可用于开发针对尚未有效疫苗可用的病原体引起的疾病的疫苗，如HIV或疟疾。开发能够刺激针对这些病原体的强大和针对性免疫反应的佐剂是一个重要的研究领域。例如，在病毒样颗粒（VLP）佐剂中，VLP是自组装结构，模仿病毒的整体结构但缺乏病毒遗传物质，使它们无传染性。VLP可以作为抗原和佐剂。它们已被用于新疫苗的开发，以增强免疫反应，提高疫苗效力，并扩大对不同病毒株或亚型的免疫反应。 7.提高安全性：通过增强免疫反应，佐剂可以降低疫苗相关不良事件的风险。这是因为免疫系统能够更好地针对和消除抗原，降低可能导致副作用的过度免疫反应的风险。因此，在疫苗中使用佐剂已成为提高疫苗效力、安全性和可及性的重要策略。例如，病毒体是将病毒蛋白（如流感血凝素）纳入其结构的类脂质体颗粒。它们已被用作疫苗中的佐剂以提高安全性。病毒体提供了病毒的抗原性质，但没有传染性遗传物质，降低了疫苗相关不良事件的风险。病毒体佐剂已在流感和甲型肝炎等疾病的疫苗中使用。 3.佐剂的类别及其作用机制  在这一部分，我们讨论了典型的疫苗佐剂，包括它们的组成部分、功能机制、在疫苗中的应用以及它们的优点和缺点，以及与它们相关的挑战。 图3. 疫苗佐剂的类型 3.1.铝盐类佐剂 通常被称为明矾的铝盐类佐剂是第一种在许可的人类疫苗中使用的佐剂，并且仍然是使用最广泛的佐剂。它们由氢氧化铝、磷酸铝或两者的组合组成，已知能在注射部位形成储库，随时间缓慢释放疫苗抗原，从而产生更强和更持久的免疫反应。它们已被证明能增强对包括乙型肝炎、人类乳头瘤病毒（HPV）和肺炎球菌病疫苗在内的广泛抗原的免疫反应。由于它们经过验证的安全性记录、增强免疫反应的广谱能力以及易于制造，它们仍然是疫苗开发中一个有吸引力的选择。然而，人们对铝盐可能引起的不良反应，如注射部位的局部反应和罕见的过敏反应，也存在一些担忧。使用铝盐作为疫苗佐剂的好处通常大于风险。 铝盐类佐剂的确切作用机制尚未完全理解，但有几种提出的理论（图4a）。明矾作为佐剂之所以受欢迎的一个关键原因是它们能在注射部位形成储库。这个储库随时间缓慢释放疫苗抗原，使免疫系统长时间暴露于抗原。这种长时间暴露有助于增强免疫反应，导致更强和更持久的免疫力。 图4. 疫苗佐剂的作用机制。a) 基于铝盐的佐剂。b) 乳液佐剂。c) 基于TLR激动剂的佐剂。 此外，明矾还被认为是通过在注射部位诱导炎症来激活先天免疫系统。这种炎症被认为是由炎症体的激活触发的，炎症体是一种在先天免疫反应中起关键作用的蛋白质复合物。激活的炎症体释放促炎细胞因子，这有助于吸引免疫细胞到炎症部位并激活它们。 铝盐类佐剂还被认为是通过诱导促炎细胞因子的释放来激活树突状细胞，这些是专门呈递抗原给T细胞的免疫细胞，负责识别和攻击外来入侵者。铝盐类佐剂通过诱导释放促炎细胞因子，如IL-1β和TNF-α，吸引树突状细胞到注射部位并激活它们。反过来，树突状细胞促进效应T细胞的分化，这些细胞在诱导免疫中起着关键作用。 明矾还被认为是通过刺激CD4+ T细胞的分化和诱导B细胞产生抗体来发挥作用，这对于诱导免疫至关重要。这一过程是通过树突状细胞产生的IL-1β和IL-18来介导的，它们促进效应T细胞的分化。储库中抗原的缓慢释放也有助于延长B细胞对抗原的暴露，这可以增强抗体的产生。 总之，铝盐类佐剂通过在注射部位形成储库、激活炎症体、诱导促炎细胞因子的释放、吸引树突状细胞到注射部位以及增强B细胞产生抗体的作用来发挥作用。这些机制共同作用，增强了疫苗中抗原的免疫反应，提高了对目标疾病的保护。 3.2.无机纳米颗粒基佐剂 无机纳米颗粒基疫苗佐剂，如纳米铝、层状双氢氧化物（LDH）和纳米/介孔硅、纳米金刚石、量子点，已被研究其增强疫苗免疫反应的潜力。无机纳米颗粒提供了一个多功能的平台，用于表面修饰，允许精确控制大小和形状参数。这种多功能性有助于设计旨在引发特定免疫反应的定制结构。此外，这些纳米颗粒通常表现出强大的化学和物理化学稳定性，确保在储存和运输过程中不需要冷藏即可长时间保存。这些属性对于实际的疫苗部署和分发场景至关重要，特别是在资源有限的环境中，使它们成为储备疫苗以应对未来紧急需求的理想候选者。 无机纳米颗粒基疫苗佐剂的作用机制涉及它们与免疫系统的相互作用，以增强和调节对疫苗中抗原的免疫反应。无机纳米颗粒作为抗原的载体，确保它们有效地传递给抗原呈递细胞（APCs）。纳米颗粒被设计为被APCs，如树突状细胞和巨噬细胞，有效摄取。这种摄取是通过纳米颗粒的大小、表面电荷和表面修饰来促进的。一些无机纳米颗粒佐剂，如基于铝的佐剂，会在注射部位引起局部炎症。这吸引免疫细胞到该部位，并促进APCs的招募。无机纳米颗粒佐剂有助于发展持久的免疫记忆。这确保了免疫系统“记住”遇到的抗原，在随后暴露于病原体时提供保护。 其中，具有纳米纤维形态的γ相氧化铝水合物纳米颗粒（γ-AlOOH）被制备并用作人结核杆菌水热提取物的传递系统。由于其独特的介孔纤维结构，合成的γ-AlOOH显著增强了巨噬细胞样细胞的细胞摄取，与商业明矾相比增加了约两倍。 介孔硅具有有序的多孔结构，孔径在介孔范围内（2至50纳米）。这种结构提供了大的表面积和可调节的属性，使其适合于各种应用，包括药物传递和疫苗佐剂。介孔硅的表面可以被修饰以定制其属性，用于特定的疫苗配方和应用。介孔硅也可以被用来封装免疫调节剂，进一步增强佐剂效果。例如，无定形硅可以用作疫苗佐剂以增强免疫反应。纳米级和微米级硅都促进了髓系细胞中NLRP3炎症体的激活，而只有纳米级硅在角质形成细胞中激活了炎症体。 层状双氢氧化物（LDHs）是一种具有正电荷的类水镁石层和层间阴离子的材料，为包括药物传递和免疫调节在内的各种应用提供了独特的结构。由于其层状结构，LDHs对抗原具有高负载能力。LDHs可以设计成以控制的方式释放抗原，促进持久和延长的免疫反应。LDHs还可以表面修饰以整合额外的功能，如靶向配体或免疫调节剂，以进一步定制其性能。 总之，无机纳米颗粒作为疫苗佐剂是一个活跃的研究领域，它们在疫苗开发中的应用有望增强免疫反应，提高疫苗的整体有效性。 3.3.乳液佐剂 当两种液体混合在一起时，如果它们不能形成均匀混合物，就会形成乳液。抗原包含在这些水滴中，油则作为储库，缓慢释放抗原，并通过减少清除时间和延长抗原暴露来增强免疫反应。乳液是另一种已开发用于增强疫苗免疫反应的疫苗佐剂。乳液由两种不相溶的液体组成，通常是一个油相和一个水相，由表面活性剂稳定。乳液通过在油相中形成小的抗原滴液，然后将它们分散在整个水相中。 最早获得人类疫苗批准的水包油佐剂之一是MF59，它包含角鲨烷、聚山梨醇酯80、三油酸山道醇酯和脱水柠檬酸钠。MF59诱导ATP释放，并上调细胞因子和趋化因子以增强疫苗接种部位的抗原特异性免疫反应。它已被证明是安全且耐受性良好的。另一种基于水包油乳液的佐剂是AS03，它包含表面活性剂聚山梨醇酯80和两种可生物降解的油，角鲨烷和DL-α-生育酚。欧洲委员会在2009年为AS03佐剂的Pandemrix授权上市，2013年FDA批准了AS03佐剂的流感A（H5N1）单价疫苗。AS03已越来越多地用于流感和疟疾疫苗。 乳液已被用于各种疫苗中，包括流感、乙型肝炎和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗。它们提高了疫苗的效力，特别是在可能对传统疫苗反应不佳的人群中，如老年人或免疫功能低下的个体。乳液佐剂通过几种机制增强对疫苗的免疫反应。图4b提出了几种理解基于乳液的佐剂如何工作的机制： 一个主要机制是抗原的缓慢释放延长了时间。乳液滴液的小尺寸允许延长的表面积体积比，这增强了抗原的呈现和抗原呈递细胞的摄取。这种抗原的缓慢释放可以在更长的时间内激活免疫系统，从而产生更强大和更持久的免疫反应。 乳液佐剂还激活了先天免疫系统。乳液滴液被免疫系统识别为异物，导致激活如树突状细胞、巨噬细胞和单核细胞等抗原呈递细胞。然后这些细胞产生促炎细胞因子和趋化因子的复合物，如TNF-α和IL-1β，这进一步激活免疫系统并吸引免疫细胞到注射部位，并形成一个免疫能力环境，以增强抗原向引流淋巴结的运输。 乳液佐剂的另一个重要机制是它们能够诱导体液和细胞免疫反应。乳液滴液可以被抗原呈递细胞摄取，然后将抗原呈递给T细胞和B细胞。T细胞负责直接攻击感染的细胞，而B细胞产生可以中和病原体的抗体。乳液佐剂已被证明可以激活T细胞和B细胞，导致更全面的免疫反应。 总之，乳液佐剂已成为疫苗开发中的重要工具。它们通过几种机制增强对疫苗的免疫反应，包括缓慢释放抗原、激活先天免疫系统以及诱导体液和细胞免疫反应。 3.4.Toll样受体（TLR）激动剂 Toll样受体（TLRs）是一种模式识别受体，对入侵病原体的先天免疫反应至关重要。TLRs是跨膜受体，主要由先天免疫系统的细胞表达。这些受体分为两组：细胞表面TLRs（TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6）和细胞内TLRs（TLR3、TLR7、TLR8和TLR9），它们表达在内体膜上。每个TLR都包含一个跨膜域、一个富含亮氨酸的重复（LRR）段，该段识别病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs），以及一个Toll/白介素-1受体（TIR）域，该域启动下游信号转导并诱导炎症反应。因此，TLRs是佐剂刺激有效免疫反应的有吸引力的靶点，提供对病原体的长期保护。Toll样受体（TLR）激动剂作为疫苗中的佐剂对生命威胁和复杂疾病（如癌症、艾滋病和疟疾）非常有前景。 CpG寡脱氧核苷酸（ODNs）是含有磷酸硫酯骨架的合成DNA分子，其中包含未甲基化的CpG基序。图4c描述了基于TRL的佐剂如何起作用：CpG ODN是一种有效的佐剂，诱导1型辅助T（Th1）反应，并促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的产生和干扰素-γ（IFN-γ）的分泌。CpG ODN通过TLR9激活增强了对抗原的特异性体液和细胞免疫反应。由于其独特的特性，CpG ODN可以作为通过肌肉注射、皮下、口服和鼻内途径的疫苗佐剂。作为有效的疫苗佐剂，CpG ODN可以促进抗原的免疫刺激效应，激活抗原呈递细胞（APCs），并加速免疫反应。CpG ODNs促进浆细胞样树突状细胞（pDCs）上主要组织相容性复合体（MHC）、CD40和CD86的表达，并增强抗原处理，导致强大和持久的免疫反应。 3.5.脂质体 脂质体是一种疫苗佐剂，由磷脂和胆固醇组成，是能够包裹抗原和其他免疫刺激性分子的小球形结构。它们是可生物降解的、生物相容的，并且允许进行多样化的结构修改，以实现可调节的特性和毒性。脂质体可用于将抗原传递给抗原呈递细胞，如树突状细胞，这些细胞可以激活免疫系统。此外，脂质体能够增强体液和细胞免疫反应，诱导对清除细胞内病原体和增强抗体反应至关重要的Th1偏向反应，使它们成为疫苗开发中具有吸引力的佐剂。脂质体的一个独特特性是它们能够被修改以针对特定的细胞类型。它们可以被修饰以带有针对树突状细胞上特定受体的抗体或肽，增加脂质体包裹的抗原的摄取。脂质体还可用于共同传递多种抗原或免疫刺激性分子，从而引发更强大的免疫反应，特别是对于可能需要多种抗原才能诱导保护性免疫反应的复杂病原体。 AS01是一种基于脂质体的佐剂系统，包含两种免疫刺激性剂，3-O-去酰基-4'-单磷脂A（MPL）和QS-212。使用AS01佐剂的疫苗包括新开发的疟疾疫苗RTS, S（Mosquirix），以及针对带状疱疹（HZ/su）、HIV和结核病的疫苗候选物。AS01可以促进产生抗原特异性抗体和抗原特异性CD4+ T细胞，这与其他佐剂不同。 3.6.其他佐剂 细胞因子——细胞因子是一类在免疫反应中起重要作用的信号分子。它们由免疫系统的各种细胞分泌，并作用于特定受体以介导一系列生物学功能，如炎症、细胞增殖和分化。根据它们的结构和功能，细胞因子可以分为不同的类别，包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子和趋化因子。 聚合物——另一方面，聚合物是由共价键连接的重复单元组成的化合物。它们可以是天然的或合成的，在材料科学、医学和生物技术中有广泛的应用。在疫苗方面，聚合物可以用作载体，创建缓慢释放的储库，在其大的交联结构中包含抗原和其他免疫调节剂。这导致持续的抗原呈现和免疫系统的激活，可以导致更强和更持久的免疫反应。 皂苷——皂苷是具有两亲性质的天然化合物，即它们既有亲水区也有疏水区。它们在传统医学中已被使用数百年，并且有许多潜在的药物应用，包括作为疫苗中的佐剂。皂苷可以通过刺激树突状细胞等抗原呈递细胞以及促进细胞因子和趋化因子的产生来增强免疫反应。皂苷基佐剂的一个例子是QS-21，它与MPL（单磷脂A）一起在AS01佐剂系统中使用。AS01是一种有效的佐剂，已用于开发针对疟疾、结核病和带状疱疹等疾病的疫苗。 病毒体——病毒体由磷脂和病毒包膜蛋白组成，通常来源于不引起人类疾病的病毒。病毒包膜蛋白提供了一个免疫原性表面，可以激活免疫系统，而磷脂有助于稳定病毒体结构并增加其被抗原呈递细胞的摄取。 4.各种疫苗及其佐剂的作用 在本节中，我们讨论了佐剂在各种疫苗中的作用。图5总结了目前主要的已确认疫苗和正在开发的方法。这些包括全病毒疫苗（如减毒活病毒、灭活病毒和病毒载体疫苗）、亚单位疫苗和核酸疫苗（包括pDNA和mRNA）。 图5. 各种疫苗及其佐剂的总结 4.1.灭活疫苗 灭活疫苗通常由病毒感染的细胞生产而成，并经过灭活处理，确保病毒不再具有传染性，但保留了其抗原特性，使其能够用于产生免疫反应。可以向灭活疫苗中添加佐剂以增强免疫反应。铝盐，如氢氧化铝和磷酸铝，是灭活疫苗中最常用的佐剂。它们通过将抗原吸附到其表面来增强免疫反应，这允许抗原缓慢释放，并在更长时间内刺激免疫系统。灭活疫苗中使用的其他佐剂包括MF59、AS03和AS04。MF59是一种油包水乳液，通过在注射部位创建抗原库以及刺激先天免疫系统来增强免疫反应。这些佐剂已在H1N1流感疫苗和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗等疫苗中使用。在一项研究中，含铝佐剂的CoronaVac灭活疫苗对SARS-CoV-2显示出高效的中和效果。 4.2.减毒活病毒疫苗 减毒活病毒疫苗由于其在注射后能够在宿主系统中迅速扩增，从而实现有效的免疫接种，已成为一种成功的免疫策略。减毒活病毒疫苗是病毒的减弱形式，能够在体内复制但不会引起疾病。因此，它们能够引发强烈且持久的免疫反应。通常不与减毒活病毒疫苗一起使用佐剂，因为疫苗本身就是一种强烈的免疫刺激剂。然而，一些研究已经探索了在减毒活病毒疫苗中使用佐剂以可能增强其有效性。一个例子是使用油包水乳液MF59作为减毒流感疫苗的佐剂，已被证明可以改善老年人的免疫反应。然而，需要更多的研究来确定佐剂与减毒活病毒疫苗的安全性和有效性。 4.3.病毒载体疫苗 复制能力和非复制能力的腺病毒载体通常被用来表达其他病毒蛋白的抗原以进行免疫接种。可以与病毒载体疫苗一起使用佐剂来增强疫苗产生的免疫反应。例如，牛津-阿斯利康COVID-19疫苗是一种病毒载体疫苗，它使用一种弱化的黑猩猩腺病毒来传递SARS-CoV-2刺突蛋白的遗传物质。这种疫苗含有一种名为AS03的佐剂，这是一种由角鲨烷（一种天然油）、聚山梨醇酯80（一种洗涤剂）和维生素E组成的混合物。 4.4.病毒样颗粒疫苗 在这种策略中，结构病毒蛋白被共同表达以形成非感染性颗粒作为疫苗免疫原。它们类似于真正的病毒颗粒，但缺乏病毒基因组。在细胞中生产VLPs，然后进一步重建为稳定和免疫原性形式，是一个多阶段过程。可以在病毒样颗粒疫苗中使用佐剂来增强免疫反应并提高疫苗效果。病毒样颗粒疫苗中常用的佐剂包括铝盐、MF59（油包水乳液）和CpG寡核苷酸（TLR-9激动剂）。这些佐剂刺激免疫系统对VLP疫苗产生更强大和更持久的反应。在某些情况下，VLP本身可以作为佐剂，因为它已被证明可以通过多种途径刺激免疫系统。总的来说，在VLP疫苗中使用佐剂可以帮助增加其效力，减少所需剂量，并提高疫苗覆盖率。 4.5.DNA疫苗 DNA疫苗使用DNA质粒作为载体，将编码抗原的基因转移到宿主细胞中，特别是抗原呈递细胞。这些疫苗的基本原理依赖于将遗传物质传递到细胞核中，激活载体中的哺乳动物启动子，并通过宿主细胞机制启动目标基因的转录。然而，与其他疫苗类型相比，DNA疫苗通常具有有限的免疫原性，这可能限制了它们的有效性。佐剂可以帮助克服这一限制，通过增强对编码抗原的免疫反应。在DNA疫苗中已测试了各种佐剂，包括铝、CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODNs）和脂质体。铝已被证明可以增强小鼠对DNA疫苗的免疫反应，但在人类试验中的成功有限。CpG ODNs是模拟细菌DNA的合成分子，可以通过与免疫细胞上的Toll样受体（TLRs）相互作用来激活免疫系统。脂质体是小的脂质囊泡，可以包裹DNA和佐剂，并将它们直接传递给抗原呈递细胞。基于脂质体的佐剂在DNA疫苗的临床前研究中显示出前景。 4.6.mRNA疫苗 mRNA疫苗涉及将mRNA分子直接注射到宿主细胞中，然后在细胞质中翻译成目标蛋白。这些疫苗通常包含一个带有3'聚腺苷酸尾部的开放阅读框（ORF），可以刺激细胞和体液免疫反应。与传统疫苗相比，mRNA疫苗提供了许多优势，如安全性、灵活性、可扩展性和成本效益。mRNA疫苗通常不需要佐剂，因为mRNA分子本身会刺激免疫系统。例如，针对COVID-19的mRNA疫苗使用脂质纳米颗粒传递系统来保护mRNA并促进其进入细胞，但这种传递系统在传统意义上不被视为佐剂。然而，一些研究正在进行中，以探索在mRNA疫苗中使用佐剂以增强其有效性，特别是对于可能对疫苗有较弱免疫反应的某些人群，如老年人。 4.7.基于蛋白质亚单位的疫苗 基于蛋白质亚单位的疫苗只包含来自病原体的特定蛋白质或蛋白质，而不是整个病原体。佐剂通常与基于蛋白质亚单位的疫苗一起使用，以通过增加对蛋白质抗原的免疫反应来增强其有效性。铝盐（如氢氧化铝）是用于基于蛋白质亚单位疫苗的最常用佐剂，因为它们已被证明可以增强对抗原的抗体反应。其他佐剂，如MF59（油包水乳液）、AS03（角鲨烷油包水乳液）和AS04（氢氧化铝和MPL），也已在基于蛋白质亚单位疫苗中使用，以提高其免疫原性。此外，正在研究使用Toll样受体激动剂等新型佐剂与基于蛋白质亚单位疫苗一起使用，以进一步增强其免疫反应。 5.疫苗佐剂的临床试验和许可 开发一种含有佐剂的疫苗是一项艰巨的任务，可能需要数年时间，因为必须确保疫苗的每个组成部分单独和组合时都是兼容的。美国食品和药物管理局下属的生物制品评估和研究中心（CBER）发布了一份指南，以促进新疫苗配方的开发，以应对开发针对传染病疫苗的迫切需求（见图6）。该指南建议从使用适当的动物模型进行临床前测试开始，以评估配方的安全性和免疫原性，包括佐剂对免疫反应的作用。必须包括仅含佐剂和抗原的对照组，以提供佐剂效应的证据。免疫原性评估可能包括体液和细胞反应，如果疾病有动物模型，则可以获得初步的保护效果信息。在临床前测试和疫苗配方的良好生产规范（GMP）生产之后，开始进行人体临床试验。 图6. 疫苗发展的演变阶段 第一阶段研究评估健康个体的安全性和剂量，并获得初步的免疫原性信息。第二阶段a试验涉及数百名志愿者，以评估免疫原性、耐受性和安全性。当测试进入第二阶段b/第三阶段时，重点是确定疫苗目标人群中的免疫原性和效力，随着涉及的志愿者人数增加，研究持续时间也会增加。 在确认疫苗的安全性和效力后，可以对其进行许可和市场推广。然而，配方在第四阶段进行上市后安全性监测，以评估其他罕见的不良反应。这些活动旨在确保根据安全监测结果采取适当的行动。监管机构严格应用药物警戒流程，以评估许可后出现的潜在安全信号。然而，尽管许可后有大量安全信息，但试图建立与疫苗接种的因果关系的评估研究可能是复杂的且结论不一。 曾有疫苗在许可后因证明疫苗与不良事件之间存在因果关系或效力不足而撤回，这改变了风险-效益比。尽管也有例子表明疫苗接种与不良事件之间的所谓因果关系被证明是没有根据的。疫苗制造商和监管机构在安全信号监测或报告新的重要不良事件时采取迅速行动。他们迅速将证据传达给医疗专业人员和公众，以便就当前的风险-效益概况做出明智的决策。 6.疫苗佐剂的临床试验示例 6.1.乳液 MF59是开发疫苗以引发针对HIV的特异性体液和细胞免疫反应的一个例子，这对于预防HIV感染是可取的。在第一阶段临床试验中，研究了使用DNA进行初步免疫，然后用MF59佐剂的重组包膜糖蛋白进行增强的组合疫苗方案，以研究该组合HIV疫苗方案在未感染HIV的成年人中的安全性和免疫反应。此外，灭活流感A/H9N2疫苗有无MF59佐剂在门诊成人中的第二阶段临床试验正在进行，以评估4种不同剂量的纯化单价表面抗原（SA）流感A/H9N2病毒疫苗有无MF59佐剂的安全性，并肌肉注射给门诊成人。Montanide ISA 51和Montanide ISA 720是两种已在临床研究中调查的水包油乳液佐剂。它们具有不同的油对水比例。Montanide ISA 51已在疟疾疫苗的第一阶段和流感疫苗的第二阶段研究中进行了评估，并已在古巴的肺疗疫苗中获得许可。Montanide ISA 720已在疟疾疫苗的第二阶段临床试验中进行了测试。这两种佐剂都已被证明可以促进有效的免疫反应，特别是增强特定的细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应。然而，观察到短暂的副作用，如发烧、头痛或类似流感的症状，尽管两者似乎都能很好地耐受。AS03佐剂在赛诺菲H1N1流感疫苗中的使用，在健康成人和老年人群的不同剂量水平下进行，以查看身体对不同强度的H1N1流感疫苗的反应，当它在有无“佐剂”的情况下给予时。这项研究还将比较年龄如何影响身体对H1N1流感疫苗的反应。 6.2.基于铝的佐剂 在第一阶段临床试验中，评估了默克0657nI金黄色葡萄球菌疫苗单剂量的安全性、耐受性和免疫原性，有无默克铝佐剂。此外，还评估了MN重组可溶性gp120/HIV-1（MN rsgp120/HIV-1）与QS21有无铝的安全性和免疫原性的扩展评估，在第一阶段试验中进行了评估。 6.3.基于脂质的佐剂 基于脂质的材料已被用作疫苗佐剂，因为其独特的囊泡结构被发现非常适合包裹各种生物活性物质，如DNA和脂肪酸。在早期，科学家们专注于脂质A，LPS的疏水锚，它被认为是一种有效的佐剂，可以显著增加体液和细胞免疫反应。然而，基于脂质A的佐剂由于其高毒性，被认为不适合人类疫苗。相反，GLA-SE和GLA-AF，都是脂质A类似物，已被发现在增强对H5N1的保护方面特别有效，毒性低，副作用有限。GLA-AF也已作为乳液在许多疫苗中作为替代品进行了测试，最值得注意的是在大流行流感中。 6.4.基于Toll样受体（TLR）激动剂的佐剂 TLR3激动剂Poly-ICLC已在黑色素瘤患者的疫苗佐剂安全性研究中进行了研究。这是一项TLR3激动剂Poly-ICLC作为NY-ESO-1蛋白疫苗佐剂治疗高风险黑色素瘤患者的第一阶段开放标签剂量递增研究。疫苗佐剂治疗的目标是训练内源性免疫系统识别和针对最小残留疾病。 6.5.皂苷 基于皂苷的OPT-821已在三价神经节苷脂中用于临床第三阶段试验中的三阴性肉瘤患者。如果三价疫苗能刺激患者的免疫系统产生抗体，识别并针对GM2、GD2和GM3糖，则患者的抗体可能会攻击并杀死任何剩余的肉瘤细胞，可能防止肉瘤复发。MatrixMTM也在大流行流感和RSV疫苗的第一阶段和第二阶段临床试验中进行了测试，并显示出安全和良好耐受性，增强了体液和细胞免疫反应。其他基于皂苷的佐剂，如QS-21，已在癌症疫苗和传染病疫苗的临床试验中进行了评估，并显示出诱导强烈的免疫反应和提高疫苗效力。然而，它们的复杂结构和可变组成可能会影响它们的一致性和可重复性，它们潜在的毒性和溶血活性需要在dLNs的临床前和临床研究中仔细评估。由MPL和QS-21组成的AS02正在进行疟疾疫苗的第二阶段试验。 6.6.核苷酸 CpG ODN、dsRNA和IL-12 DNA等佐剂成分是激活模式识别受体（PRRs）以刺激免疫反应的核苷酸基佐剂的例子。例如，dsRNA可以分泌IFN-a和IFN-c等细胞因子，通过TLR3、MDA-5和NLRP3炎症体信号传导，目前正在流感和狂犬病疫苗的临床试验中进行。用IL-12 DNA佐剂的DNA疫苗被引入以提供针对广泛HIV变体的高效保护，最近的试验表明它们耐受性良好，可以增强免疫反应。Pika佐剂是另一种核苷酸基佐剂，是dsRNA的合成类似物，用卡那霉素和钙稳定，促进干扰素、IL-2和IL-12的产生。这种佐剂可以将主要产生体液免疫的预防性疫苗转变为具有强大细胞免疫的治疗性疫苗。 6.7.细胞因子 在最近的研究中，分子佐剂已被证明能有效刺激免疫反应，特别是在亚单位疫苗中。例如，IL-2和GM-CSF细胞因子已在针对口蹄疫的疫苗中进行了研究，GM-CSF目前正在乙型肝炎和HIV疫苗中进行评估。其佐剂效应归因于其促进巨噬细胞分化和增殖的能力，以及激活抗原呈递细胞。同样，IL-12和IL-15已被作为HIV疫苗的佐剂在第一阶段临床试验中使用。这些细胞因子已证明能够刺激NK细胞和T细胞增殖。 6.8.病毒体 病毒体是包膜的病毒样颗粒，已在欧洲获得许可，用于针对甲型肝炎和流感的疫苗，并已在恶性疟和慢性丙型肝炎疫苗的临床试验中使用。 6.9.肽 肽，MUC1-poly-ICLC疫苗正在第二阶段试验中进行测试，旨在评估MUC1疫苗在增加患结直肠癌风险的受试者中的抗体和T细胞反应，这些受试者有晚期腺瘤的病史。MUC1-poly-ICLC疫苗正在开发中，以防止息肉发展成结肠癌，并防止息肉复发，这有助于体内免疫系统识别MUC1的变化，这些变化伴随着癌症的进展，并消除产生异常的细胞1。 6.10.其他 其他形式的佐剂也在临床试验中进行调查。一项针对研究性PIKA（基于聚肌苷酸-聚胞苷酸的佐剂）狂犬病疫苗的第一阶段临床研究，包括灭活和纯化的狂犬病病毒和PIKA佐剂，是为了评估疫苗组合在健康成年志愿者中的临床安全性，并根据加速疫苗方案评估疫苗的效力。Mayo Clinic与Agri-King Corporation合作开发了一种名为AKSB（Agri-King Synbiotic）的新型合生元。AKSB在65岁以上正常人类志愿者中进行的第一阶段安慰剂对照试验，旨在研究当患者同时接受流感疫苗时这种益生菌的安全性。磷酸钙，以羟基磷灰石的形式，已在法国获得许可，用于白喉、破伤风、百日咳和脊髓灰质炎疫苗。磷酸钙被认为是人体内的天然化合物，并且耐受性良好，使其成为可能替代铝佐剂的潜在替代品，后者可能有不良副作用。作为TLR5配体的细菌鞭毛蛋白也显示出佐剂效应，导致混合的Th1和Th2反应。在临床试验中，一种双价P. aeruginosa鞭毛蛋白佐剂疫苗帮助囊性纤维化患者降低了感染P. aeruginosa的风险。多糖是另一种可能的佐剂，可以增强疫苗的免疫反应，并促进细胞免疫、体液免疫和粘膜免疫。还有一些新型佐剂结合了上述几种佐剂，有效成分协同作用以产生最佳免疫反应。 7.针对COVID-19的疫苗佐剂 COVID-19大流行凸显了需要一种安全有效的疫苗来控制SARS-CoV-2病毒的传播。开发理想的疫苗需要广泛的研究和资源，以确保它满足当前情况的需求。疫苗旨在诱导保护性免疫反应，可以预防或减轻病毒感染的严重程度。 7.1.COVID-19疫苗中佐剂的好处 在COVID-19疫苗中使用佐剂有几个原因/动机：1)一个有效的COVID-19疫苗的主要要求之一是其能够刺激强大的免疫反应，能够产生高水平的中和抗体。为了实现这一点，疫苗可能需要多剂或佐剂。佐剂可以帮助减少疫苗中所需的抗原量，从而降低其成本。2)在SARS-CoV-2疫苗中加入合适的佐剂可以通过减少产生保护性免疫反应所需的抗原量来满足这些要求。疫苗的生产和分配应该是成本效益和可扩展的，以满足压倒性的需求。由于大流行影响了世界上大多数国家，因此迫切需要一种可以快速高效生产和分发的疫苗。3)此外，佐剂还可以通过提供持久的免疫反应和扩大其对不同病毒株的保护范围来增强疫苗的效力。因此，针对COVID-19的佐剂疫苗的研究和开发对于开发一种安全、有效和具有成本效益的疫苗以控制大流行至关重要。 7.2.针对Covid-19的许可佐剂和候选物。 NVX-CoV2373是由Novavax开发的有希望的疫苗候选物，用于预防COVID-19。它是一种基于蛋白质的疫苗，是使用导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的第一株的基因序列创建的。S蛋白是COVID-19疫苗的关键靶点，因为它是病毒附着和感染人类细胞的主要手段。为了增强免疫反应并刺激高水平的中和抗体，NVX-CoV2373与Novavax的专利皂苷基Matrix-M™佐剂配方。这种佐剂经过广泛测试，并已证明通过刺激抗原呈递细胞进入注射部位并在局部淋巴结中增强抗原呈递，从而增强免疫反应，具有强大且耐受良好的效果。这种基于蛋白质的疫苗候选物旨在教会免疫系统如何识别和对抗SARS-CoV-2病毒，提供针对COVID-19的保护。临床试验表明，NVX-CoV2373在预防COVID-19方面非常有效，总体有效率高达90%以上。获批后，NVX-CoV2373在抗击COVID-19中可能发挥关键作用，特别是在其他疫苗可能不太容易获得或有效的地区。世界上已经授权了几种COVID-19疫苗用于紧急使用，其中一些使用了佐剂。例如，AstraZeneca COVID-19疫苗使用MF59佐剂，这是一种角鲨烷油的水包油乳液，以增强疫苗的免疫反应。Sinovac COVID-19疫苗使用铝佐剂，这是一种帮助增强免疫反应的铝盐。 8.新型疫苗佐剂的发展 8.1.新型佐剂的设计原则 为了开发有效的佐剂疫苗，了解佐剂的工作原理并遵循一些设计原则非常重要。问题导向原则涉及考虑四个主要问题：(1)预防特定病原体引起的疾病所需的免疫反应类型，(2)能够诱导所需免疫反应的相关固有免疫细胞，(3)这些固有细胞亚群在体内的定位，以及(4)这些细胞上模式识别受体（PRRs）的表达。基于这些问题，在设计疫苗佐剂时需要考虑四个步骤。首先，应该确定疫苗效力在宿主中所需的免疫效应元素类型。这应该考虑到抗原类型、目标细胞亚群和表型、免疫途径，以指导选择传递系统和免疫刺激剂。由于PRRs是产生有效疫苗生成的关键靶点，因此在设计疫苗佐剂时，评估相关固有免疫细胞在体内的定位和目标细胞上的PRR表达非常重要。不同的PRR信号通路可能被用来开发针对不同侵略的定制响应。其次，合适的疫苗抗原的确定应该基于对免疫识别和保护的分子机制的理解。合适的抗原还应该能够在目标人群中实现疫苗诱导的响应。此外，疫苗必须向适当的细胞群体呈现足够数量的正确构象的抗原，以诱导免疫反应保护，同时考虑诱导的炎症反应的耐受性和安全性。第三，佐剂需要一个传递系统，无论是合成的还是天然的。这需要设计感兴趣的抗原的适当传递方式，结合相关的免疫刺激剂。第四，疫苗和佐剂的制备过程应该简单。例如，如果不需要特殊的乳化剂，生产过程就更加简单。如果佐剂与抗原的比例较低，可能会增加疫苗改进的范围。 8.2.新型疫苗的佐剂配方 已经为已获许可产品中包含的佐剂建立了几种配方方法。这些包括用作吸附剂的不溶性铝盐、易于注射的低油含量、油包水乳液和脂质体传递系统。虽然成分不同，但这些系统有一些显著的相似之处，因为它们都是作为纳米颗粒制造的。此外，这些系统可以作为抗原和免疫增强剂（包括TLR激动剂）的有效“传递系统”。适当选择佐剂的免疫刺激剂和配方组分对于诱导适当的免疫反应以控制目标病原体至关重要。同一免疫调节分子的不同配方可能会诱导大不相同的免疫反应，正如在疟疾疫苗计划中所证明的。例如，用AS02配方的RTS,S疫苗候选物保护了七个疫苗接种者中的六个免受感染，而相同的抗原与AS03或AS04分别只保护了七个中的两个或八个中的一个。为了构建改进的佐剂，确保每个组分都是必要的，并增加明确的价值，同时不引入重大的不合理责任至关重要。AS01目前在获许可产品中包含的最成功的佐剂，对带状疱疹的有效性>97%。AS01佐剂的开发基于两个关键组分，MPL和QS-21，当一起使用时会产生固有激活的协同作用。这种协同作用不能单独使用任一分子实现，并且开发了一种脂质体传递系统，将两种免疫增强剂共同传递给相同的免疫细胞群体。此外，脂质体配方在减少QS-21诱导显著局部和全身反应原性的潜力方面也是有效的。然而，新型系统疫苗学方法可以用来识别新的佐剂途径和配方，这些可以用来设计下一代佐剂。 8.3.推进系统疫苗学 Bali等人提出了一种基于系统疫苗学的跨学科方法，以加速临床中佐剂的发现和开发，该方法涉及早期使用人类研究来生成“组学”数据，这些数据可以用来制定关于候选佐剂如何刺激强大和持久的抗原特异性T和B细胞反应的新假设。然后可以在动物模型中重新测试这些假设，随之而来的机制见解可以用来设计新的佐剂概念。所提出的佐剂开发框架更加强调在它们的发展管道早期进行许多潜在佐剂概念的小型临床试验（0/I期），这可以快速测试新的佐剂并使用系统疫苗学方法获得机制见解。此外，系统疫苗学方法可以用来定义佐剂的作用机制，以及配方的作用基础机制，疫苗接种后不久发生的不良反应的潜在机制，以及疫苗传递的最佳配方的合理设计。总的来说，这种基于系统疫苗学的跨学科方法有潜力转变佐剂科学，并为疫苗中使用的新佐剂的开发注入活力。 8.4.非侵入性疫苗传递 非侵入性疫苗传递研究是一个关键焦点，可能对全球大规模疫苗接种活动产生重大影响。开发安全、有效、低成本的疫苗配方和佐剂，以产生期望的免疫反应和长期免疫，是一个优先事项。广泛的研究已经导致了几种新的佐剂的开发，这些佐剂目前正在临床试验中或已获许可。一个研究领域集中在开发安全并提高非侵入性传递疫苗效力的含脂佐剂。然而，需要更多关于佐剂分子刺激后细胞表面受体之间相互作用的信息，以及这些佐剂与现有或新型配方的兼容性。随着我们对免疫保护所涉及的分子机制的理解提高和合成化学中的新方法的发展，预计疫苗开发将取得突破。新的技术，如新的糖苷共轭方法、反向疫苗学和下一代测序技术，应该能够为带状疱疹病毒、百日咳毒素、莱姆螺旋体病和HPV等疾病带来新的疫苗策略，无论是否使用佐剂。研究界旨在通过引入新的免疫刺激剂和结合效力、持久记忆免疫反应和安全性的新型传递系统，确保高水平的广泛保护。这种新方法将不再仅仅依赖于结构疫苗学，因为目标表位的变异性和新病原体和肿瘤抗原的不断出现。 9.结论和展望 佐剂在疫苗开发中发挥了近一个世纪的关键作用，增强了免疫原性。最初，佐剂的选择主要是经验性的，但最近的进展导致了更有针对性和合理的方法。对免疫系统的更深入理解使更有效的疫苗配方的开发成为可能。本综述概述了疫苗中使用的佐剂，从传统到COVID-19疫苗，重点关注它们的类型、对免疫反应的作用机制，以及它们在疫苗配方中的作用。这些见解为选择适合传统和冠状病毒疫苗的佐剂奠定了基础。 了解各种佐剂对免疫反应的影响、它们与不同类型的抗原和疫苗平台的协同作用，以及对这些佐剂的全面分析，将有助于选择提供必要免疫保护的佐剂。像基于铝的盐、TLR激动剂、乳液和其他新型选择的佐剂具有独特的理化性质，显著影响免疫反应的强度、持续时间和类型。这些新型佐剂已经增强了流感疫苗和乙型肝炎和HPV疫苗。 随着COVID-19等新兴疾病的持续挑战以及寻找更明确的治疗方法，开发安全有效的疫苗至关重要。更有信息的佐剂和抗原选择不仅可以增强对传统疫苗反应不佳的人群的保护，还可以开辟预防应用之外的新途径。这种方法在应对当前和未来的全球健康挑战中可能至关重要。 为了推动人用及兽用疫苗行业交流，共同探讨该领域的最新研发进展、产业化现状及未来发展趋势，生物制品圈联合四叶草会展将于2024年8月16日-17日在苏州共同举办“第三届新型疫苗研发峰会”。诚邀全国相关领域专家、学者和企业家共享学术盛会。现将有关事宜通知如下。 名称：2024第三届新型疫苗研发峰会 时间：2024年8月16-17日（周五-周六） 地点：苏州（酒店定向通知） 主办单位：四叶草会展、生物制品圈 媒体支持：药时空、抗体圈、细胞基因研究圈 会议费用：点击二维码即可查询。 报名方式：扫描下方二维码→ 填写表格 → 报名成功（报名志愿者，免交报名费，承担一定工作任务）！ 转发分享福利：疫苗研发企业、科研院校和监管机构人员，前30位报名人员转发分享会议信息可免费参会（不含餐饮）报名后，扫描下方二维码加工作人员微信后，发送截图即可。 组委会获得报名信息后，根据报名信息进行初筛，并进一步与报名者沟通确认，实现精准邀请，最终有机会进入大会微信群（严格审核通过）。 大会日程 已经确定的报告人 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。