前言

回顧人類的發(fā)展歷史，疫苗是一個前所未有的醫(yī)學(xué)里程碑，它通過利用人類免疫系統(tǒng)拯救了無數(shù)生命。在2019年COVID－19大流行期間，疫苗接種仍然是最有效的防御方式。脂質(zhì)納米顆粒COVID－19 mRNA疫苗的成功，為納米技術(shù)在疫苗開發(fā)中的應(yīng)用提供了廣闊前景。

與傳統(tǒng)疫苗相比，納米疫苗在淋巴結(jié)積聚、抗原組裝和抗原提呈方面具有優(yōu)勢；由于多種免疫因子的有序組合，它們還具有獨(dú)特的病原體仿生特性。除了傳染病之外，納米疫苗技術(shù)還顯示出治療癌癥的巨大潛力。癌癥疫苗的最終目標(biāo)是充分調(diào)動免疫系統(tǒng)的效力，以識別腫瘤抗原并消除腫瘤細(xì)胞，而納米技術(shù)具有實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所必需的特性。作為具有可定制成分和有序整合的癌癥免疫治療候選者之一，納米疫苗技術(shù)將可能成為實(shí)現(xiàn)更有效激活抗腫瘤免疫的策略和平臺。

基于納米材料的疫苗類型

近年來，人們探索了用于疫苗研發(fā)的各種納米材料，包括脂質(zhì)納米顆粒、蛋白質(zhì)納米顆粒、聚合物納米顆粒、無機(jī)納米載體和仿生納米顆粒。不同類型的納米載體在體內(nèi)具有不同的物理化學(xué)特征和行為，從而影響疫苗接種。

自組裝蛋白質(zhì)納米顆粒

天然納米材料具有良好的生物相容性和生物降解性。由天然來源蛋白質(zhì)制成的幾種類型的蛋白質(zhì)納米顆粒已被用于遞送抗原。自組裝蛋白質(zhì)納米顆粒是納米疫苗很有希望的候選材料。自組裝蛋白質(zhì)納米顆粒的典型例子包括鐵蛋白家族蛋白質(zhì)、丙酮酸脫氫酶（E2）和病毒樣顆粒（VLP），它們在納米疫苗的開發(fā)中顯示出巨大的潛力。

VLP是由病毒蛋白組成的自組裝復(fù)合物，被認(rèn)為是安全高效的抗原遞送平臺。VLP具有良好的免疫學(xué)特性，因?yàn)樗鼈兪亲宰魟�，并且可以根�?jù)病毒大小和重復(fù)的表面幾何形狀進(jìn)行免疫學(xué)識別。基于VLPs的疫苗已成功上市，例如針對人乳頭瘤病毒（HPV）的Cervarix?和Gardasil?和抗肝炎病毒Sci－B－Vac?。

聚合物納米顆粒

聚合物納米顆粒是具有寬尺寸范圍（10–1000nm）的膠體系統(tǒng)。聚合物納米顆粒具有高免疫原性和穩(wěn)定性，可有效包裹和展示抗原。聚合物納米顆�？赏ㄟ^吞噬或內(nèi)吞作用提高APC攝取抗原的效率。

對于納米疫苗的開發(fā)，天然聚合物納米材料（如殼聚糖和葡聚糖）和合成聚合物納米材料（如PLA和PLGA）都是有用的工具。天然來源的聚合物納米顆粒具有高度的生物相容性、水溶性和較低的成本。與天然聚合物相比，合成聚合物納米顆粒通常具有更高的再現(xiàn)性，并且分子量組成和降解速率更可控。

脂質(zhì)納米顆粒

脂質(zhì)納米顆粒是由兩親性磷脂分子通過自組裝形成的納米級脂質(zhì)囊泡。LNPs具有低毒性、高生物相容性和控釋性能，是一種很有前途的核酸遞送納米載體。

LNP也是mRNA藥物和疫苗的重要成分。LNP具有可控的大小、形狀和電荷，這是可能影響免疫激活效果的重要性質(zhì)。修飾LNPs可獲得最佳免疫反應(yīng)。作為納米疫苗，LNPs可以實(shí)現(xiàn)多種抗原和佐劑的聯(lián)合傳遞。此外，LNPs的膜表面可以展示抗原，增強(qiáng)了天然構(gòu)象的表達(dá)。

LNPs在許多臨床前和臨床應(yīng)用中顯示出巨大的納米疫苗開發(fā)潛力。除了COVID－19 mRNA疫苗外，還有許多其他LNP–mRNA疫苗正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)，用于預(yù)防和治療主要的人類健康威脅，包括病毒感染、癌癥和遺傳疾病。

無機(jī)納米材料

納米醫(yī)學(xué)中常用的無機(jī)材料包括金屬和氧化物、非金屬氧化物和無機(jī)鹽。無機(jī)材料具有較低的生物降解性，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。許多無機(jī)納米制劑具有固有的佐劑活性。然而，對于納米疫苗的應(yīng)用，需要對無機(jī)納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行修飾以提高其生物相容性。用于抗原遞送的最廣泛使用的無機(jī)材料包括金、鐵和二氧化硅納米顆粒。

仿生納米材料

仿生納米材料具有多功能性，可以實(shí)現(xiàn)有效的靶向傳遞或與生物系統(tǒng)的有效相互作用。生物激發(fā)的納米顆粒具有高生物相容性和獨(dú)特的抗原性，可用于開發(fā)有效的疫苗制劑。

一種簡單的仿生設(shè)計使用天然配體或肽，如RGD和CDX肽，來修飾納米顆粒并增強(qiáng)結(jié)合，以提高靶向性，從而實(shí)現(xiàn)高效遞送。此外，分子印跡聚合物也可用于模擬抗體以開發(fā)仿生納米顆粒。

在對抗感染和癌癥的納米疫苗設(shè)計中，還出現(xiàn)了其他幾種仿生策略。病毒體是一種脂質(zhì)體單倍體納米載體（60–200nm），利用了脂質(zhì)體概念，但其結(jié)構(gòu)類似于去除核衣殼的包膜病毒。病毒體是一種新興的仿生納米顆粒，用于開發(fā)抗病毒感染的納米疫苗。外膜囊泡（OMV）是細(xì)菌衍生的納米囊泡，攜帶各種類似于細(xì)菌外膜的蛋白質(zhì)。OMV因其多抗原特性而成為天然抗菌疫苗。

提高納米疫苗免疫應(yīng)答的策略

納米材料的靈活設(shè)計賦予納米疫苗更好的特異性免疫反應(yīng)，這主要得益于納米藥物獨(dú)特的藥物／抗原傳遞特性和納米免疫調(diào)節(jié)。

向關(guān)鍵細(xì)胞和組織定向輸送抗原

納米技術(shù)應(yīng)用最有希望的領(lǐng)域之一是藥物輸送。至于疫苗接種，將抗原運(yùn)送到免疫系統(tǒng)的正確位置也非常重要。與其他類型的精確細(xì)胞類型的藥物遞送不同，抗原疫苗遞送過程涉及多種細(xì)胞類型的時空相互作用，包括抗原呈遞細(xì)胞（APC）、B細(xì)胞、各種T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。此外，上述相互作用往往發(fā)生在特定的組織或位置，使抗原傳遞更加復(fù)雜。因此，一些有前途的策略已被用于設(shè)計納米疫苗，如跨越生物屏障、淋巴結(jié)（LN）轉(zhuǎn)運(yùn)、抗原的控制釋放、APC靶向、交叉呈遞等。

例如，20–200nm納米顆粒更容易被一種常見的APC，樹突狀細(xì)胞（DC）內(nèi)化。通過修飾基于親和性的靶向DC亞群的特定配體，如C型凝集素受體，可以實(shí)現(xiàn)向DC的靶向納米顆粒輸送。此外，還發(fā)現(xiàn)多價抗原結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)另一種APCs，B細(xì)胞的抗原識別和激活。

納米疫苗的多價效應(yīng)

有證據(jù)表明，多價效應(yīng)在自組裝多肽納米顆粒、多抗原結(jié)合納米顆粒和其他多價組合中可以引發(fā)更強(qiáng)的體液和細(xì)胞免疫反應(yīng)。令人鼓舞的是，納米技術(shù)在操縱抗原密度和方向方面具有絕對優(yōu)勢，為研究多價效應(yīng)的潛在機(jī)制及其優(yōu)化策略提供了良好的平臺。

例如，研究發(fā)現(xiàn)含有多價HIV三聚體的脂質(zhì)體可增加針對目標(biāo)抗原蛋白質(zhì)區(qū)域的抗體反應(yīng)強(qiáng)度。進(jìn)一步的研究表明，抗體反應(yīng)可以通過編程特定的表位來形成；疫苗的特異性可以通過掩埋不需要的表位和暴露需要的表位來提高，從而減少對HIV三聚體的免疫顯性非中和區(qū)域的反應(yīng)。

攜帶核酸在體內(nèi)表達(dá)抗原

COVID－19疫苗的成功應(yīng)用證明了mRNA疫苗的無限潛力，基于核酸的疫苗的效力主要取決于DNA或RNA分子的傳遞，DNA或RNA分子可上調(diào)目標(biāo)編碼抗原的表達(dá)，并在目標(biāo)免疫細(xì)胞中引發(fā)特異性、強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。

DNA疫苗簡單、穩(wěn)定，并且批量生產(chǎn)成本低廉。然而，低效率的質(zhì)粒DNA（pDNA）體內(nèi)傳遞損害了其有效性并限制了進(jìn)一步的臨床前應(yīng)用。相比之下，mRNA疫苗具有更顯著的有點(diǎn)，具有更好的抗原表達(dá)和更快的清除率，其中，納米技術(shù)起著重要作用。陽離子脂質(zhì)是最常用的納米材料，其有助于保護(hù)mRNA免受降解和免疫識別。

原位觸發(fā)腫瘤抗原釋放

除了通過疫苗接種引入抗原，還可以觸發(fā)體內(nèi)腫瘤抗原的釋放。其中一種機(jī)制是觸發(fā)免疫原性細(xì)胞死亡（ICD），導(dǎo)致腫瘤相關(guān)抗原（TAA）、損傷相關(guān)分子模式（DAMP）和促炎因子的釋放，從而引發(fā)適應(yīng)性抗腫瘤免疫。

通過利用納米藥物優(yōu)越的輸送能力，ICD誘導(dǎo)劑的作用可以與其他免疫治療劑協(xié)同放大，如免疫檢查點(diǎn)抑制劑、吲哚胺2，3－雙加氧酶1（IDO－1）抑制劑和干擾素基因刺激蛋白（STING）激動劑，以對抗免疫抑制。因此，ICD誘導(dǎo)劑和免疫治療劑的共遞送是納米疫苗治療實(shí)體腫瘤的一種有前途的設(shè)計策略。

免疫佐劑和其他免疫激發(fā)策略

免疫佐劑是疫苗不可或缺的組成部分，在增強(qiáng)免疫系統(tǒng)對抗原的反應(yīng)方面起輔助作用。一些納米材料具有促進(jìn)細(xì)胞因子分泌和激活免疫信號通路的固有佐劑特性。此外，納米材料具有光療或活性氧生成的特性，也可在癌癥免疫治療中誘導(dǎo)ICD效應(yīng)。這些自佐劑納米材料為納米藥物在疫苗中的應(yīng)用提供了更多的可能性和潛力。

給藥策略

目前，大多數(shù)疫苗采用腸外途徑，這是侵入性的，依從性有限。納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展為疫苗途徑提供了多種選擇，包括術(shù)后、皮內(nèi)／皮下、鼻內(nèi)、吸入和口服給藥，用于傳染病和癌癥治療。

術(shù)后用藥

目前，手術(shù)仍然是實(shí)體瘤治療的主要選擇。然而，腫瘤復(fù)發(fā)仍然是一個挑戰(zhàn)，腫瘤術(shù)后藥物輸送和免疫治療的納米醫(yī)學(xué)策略正在興起。

例如，為了提高術(shù)后T細(xì)胞免疫的效率，人們開發(fā)了一種熱響應(yīng)性姜黃素負(fù)載聚合物納米顆粒與抗原肽和CpG ODN組裝的水凝膠。這種策略可以誘導(dǎo)ICD，從而增強(qiáng)抗腫瘤免疫。這種免疫治療策略促進(jìn)了CTL的浸潤，抑制了局部復(fù)發(fā)和肺轉(zhuǎn)移。在另一項研究中，設(shè)計了一種可植入的3D多孔支架，用于去除髓系來源的抑制細(xì)胞，并用基于納米凝膠的佐劑呈現(xiàn)整個腫瘤裂解物，以促進(jìn)CTLs。這種免疫生態(tài)位策略調(diào)節(jié)免疫抑制環(huán)境，可以防止術(shù)后腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。

皮內(nèi)／皮下給藥

皮內(nèi)／皮下注射是DNA疫苗的常見免疫途徑。皮膚的表皮層和真皮層都含有作為免疫目標(biāo)的常駐APC。由于皮膚無痛，皮內(nèi)／皮下注射已廣泛應(yīng)用于預(yù)防接種。

近年來，這種給藥策略也被用于抗癌治療。據(jù)報道，使用與人類EGFR 2表位結(jié)合的VLP進(jìn)行皮下免疫可誘導(dǎo)針對HER2陽性惡性腫瘤的特異性抗體滴度升高。進(jìn)一步，人們還探索了用于腫瘤和傳染病疫苗接種的多功能微針系統(tǒng)。此外，透皮疫苗可用于局部和瘤內(nèi)抗黑色素瘤免疫治療。

鼻內(nèi)給藥

鼻腔給藥是治療呼吸道感染性疾病的重要途徑。通過納米疫苗進(jìn)行的鼻腔免疫有望通過主要影響受感染呼吸道（如結(jié)核病）來預(yù)防疾病，并可用于癌癥治療。

殼聚糖納米粒是一種水溶性平臺，可用于經(jīng)鼻輸送結(jié)核疫苗抗原。經(jīng)鼻給藥后，與N－三甲氨基乙基甲基丙烯酸殼聚糖結(jié)合的硫代OVA顯示出較高的細(xì)胞攝取、頸深淋巴結(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)效率和免疫反應(yīng)。對于鼻內(nèi)癌癥納米疫苗的遞送，最近的一項研究開發(fā)了一種裝載有多種OVA肽抗原的自組裝納米疫苗。這種納米疫苗通過鼻腔給藥延長了停留時間，并提高了抗原攝取效率，從而增強(qiáng)了抗原特異性免疫反應(yīng)。

吸入給藥

吸入給藥也是肺傳染�。ㄈ缃Y(jié)核�。┖苡邢Ｍ�的疫苗接種途徑。合成納米顆粒是吸入制劑的有效工具。已開發(fā)出具有油核和聚合物殼的聚合物納米膠囊，用于肺輸送咪喹莫特、TLR－7激動劑和融合抗原蛋白。這種聚合物納米膠囊的接種誘導(dǎo)了強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)。

此外，吸入給藥也可用于癌癥納米疫苗，如肺轉(zhuǎn)移。據(jù)報道，吸入VLPs可促進(jìn)中性粒細(xì)胞在腫瘤中的浸潤，并在荷瘤小鼠中增加細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生以及巨噬細(xì)胞炎性蛋白1α。這種納米疫苗治療顯著降低了各種腫瘤類型的轉(zhuǎn)移性腫瘤負(fù)擔(dān)。

口服給藥

口服給藥是一種非侵入性途徑，具有良好的依從性。口服疫苗是給藥、免疫、安全和儲存的最佳選擇。

一些納米載體已經(jīng)被開發(fā)成可以口服的結(jié)核疫苗。脂質(zhì)體包裹的DNA疫苗可誘導(dǎo)針對TB的有效免疫應(yīng)答。VLP還可用于攜帶HIV包膜cDNA，增強(qiáng)胃環(huán)境中的穩(wěn)定性。這種策略導(dǎo)致口服給藥后腸道內(nèi)抗原濃度較高。

口服給藥策略也可用于癌癥疫苗。據(jù)報道，納米乳劑具有很高的包封能力，可共同輸送黑色素瘤抗原、熱休克蛋白和葡萄球菌毒素A。這種口服給藥策略顯示出與皮下免疫相當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)。

納米疫苗技術(shù)的臨床應(yīng)用

納米疫苗已經(jīng)被開發(fā)用于治療各種疾病。包括癌癥和多種傳染病，如艾滋病、瘧疾和結(jié)核�。═B）。目前有多項納米疫苗處于臨床階段。

傳染病的預(yù)防和治療

傳染病疾病疫苗的開發(fā)有一些相似之處，抗原傳遞仍然是疫苗接種的關(guān)鍵，自組裝蛋白質(zhì)納米顆粒是抗原遞送的有效手段。RTS，S是市場上第一個也是目前唯一的瘧疾疫苗，它使用VLP傳遞抗原。此外，VLP也被測試用于展示HIV包膜蛋白，如V1V2環(huán)，并可在小鼠中產(chǎn)生特異性IgG。

聚合物納米材料因其合成的可行性、低免疫原性和高生物降解性而作為疫苗平臺受到廣泛關(guān)注。最近，帶有3M－052（一種TLR－7／8激動劑）的HIV－1衍生gp140免疫原被裝入PLGA納米顆粒中，并在恒河猴中誘導(dǎo)高頻率和持續(xù)的HIV包膜特異性免疫應(yīng)答。

無機(jī)納米顆粒和仿生納米顆粒也是開發(fā)抗感染納米疫苗的有效平臺。例如，HIV的gag p17通過結(jié)合到高甘露糖苷修飾的GNPs上增加CD8＋T細(xì)胞的增殖；由HIV－1 gp41亞單位開發(fā)的病毒體疫苗可誘導(dǎo)針對HIV的強(qiáng)粘膜抗體。

抑制腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移

各種納米材料已被探索用作有效的腫瘤疫苗遞送平臺。VLPs已直接用于腫瘤相關(guān)抗原的遞送，VLPs疫苗可與放射治療、化療或免疫治療聯(lián)合使用。為了全面刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)，研究設(shè)計了模擬高密度脂蛋白的納米盤，用于向淋巴器官輸送抗原和佐劑。納米盤治療顯示新抗原特異性CTL的頻率顯著提高，并在聯(lián)合免疫檢查點(diǎn)阻斷治療中消除了腫瘤。

傳統(tǒng)的LNP也是提供腫瘤疫苗的高效平臺。在最近的一項研究中，編碼腫瘤抗原的mRNA被整合到陽離子C1 LNP中，該陽離子C1 LNP具有佐劑性質(zhì)，用于有效地遞送和呈遞到樹突狀細(xì)胞。c1 mRNA納米疫苗對腫瘤具有顯著的預(yù)防和治療作用。

展望

在過去幾十年中，納米技術(shù)的快速發(fā)展為納米醫(yī)學(xué)和疫苗的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)疫苗相比，納米疫苗利用了多種納米顆粒，在傳遞效率、劑量方案、給藥途徑、佐劑和接種效果方面具有顯著優(yōu)勢。除了納米材料設(shè)計外，新型免疫原的開發(fā)對于實(shí)現(xiàn)理想的傳染病預(yù)防性免疫應(yīng)答具有重要意義；而對于癌癥納米疫苗的開發(fā)，安全性、靶向性和疫苗完整的有效級聯(lián)對于治療免疫應(yīng)答至關(guān)重要。

關(guān)于納米疫苗的安全性，免疫原性和毒性是兩個主要問題。納米顆粒可能在給藥后激活宿主免疫反應(yīng)，此外，納米顆粒衍生物可能在生物降解后引起意外的非特異性免疫反應(yīng)。陽離子和可電離納米顆粒都可能通過增加促炎細(xì)胞因子水平而具有免疫原性。納米顆粒的細(xì)胞毒性與納米材料的類型和劑量密切相關(guān)。因此，選擇生物可降解成分用于開發(fā)具有更好生物相容性的納米疫苗是未來的方向。

目前，脂質(zhì)體和脂質(zhì)納米顆粒在納米疫苗的臨床應(yīng)用中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，表明納米材料良好的生物相容性和生物安全性仍然是下一代納米疫苗競爭中不可忽視的指標(biāo)。值得一提的是，具有不同潛在免疫機(jī)制的疾病將進(jìn)一步推動納米疫苗亞型的發(fā)展。縱觀目前正在臨床開發(fā)的疫苗納米技術(shù)，基于mRNA的納米疫苗在癌癥治療和傳染病預(yù)防方面具有巨大的前景。

許多問題，包括理化性質(zhì)、生物界面和質(zhì)量控制，仍有待于納米疫苗的成功臨床轉(zhuǎn)化。此外，還應(yīng)考慮納米疫苗的實(shí)施人群和成本效益；而對于癌癥納米疫苗，患者特異性抗原是個性化疫苗面臨的挑戰(zhàn)。

綜上所述，納米疫苗技術(shù)在實(shí)驗(yàn)研究中已顯示出令人鼓舞的結(jié)果，納米材料、免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)和制藥行業(yè)的進(jìn)一步努力將共同促進(jìn)納米疫苗技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，最終使更多的傳染病和腫瘤患者受益。

參考文獻(xiàn)：

1．   Emerging vaccine nanotechnology： From defense against infection to sniping cancer． Acta Pharm Sin B． 2022 Jan 4

       原文標(biāo)題 : 從傳染病到癌癥：見證納米疫苗技術(shù)的興起