概述 

新一代疫苗越來越多地使用高度純化的抗原，這提高了它們的安全性和耐受性，同時能夠?qū)崿F(xiàn)更簡單的表征，但通常也會導(dǎo)致免疫原性降低。因此，佐劑被添加到這些疫苗中，特別是那些包含重組蛋白亞基的疫苗，以增強其誘導(dǎo)強大免疫反應(yīng)的能力。盡管在過去20年中，人們已經(jīng)為特定疫苗開發(fā)了幾種新的佐劑，但鋁佐劑仍然是目前最常用的方法。

鋁佐劑的廣泛使用是由于其良好的安全性，多年來在人類中已使用了數(shù)億劑鋁佐劑。它們價格低廉，易于獲得，并且被監(jiān)管機構(gòu)普遍接受。此外，它們提供了一個非常靈活的平臺，許多疫苗成分可以吸附其上，從而能夠制備液體制劑，這種制劑在冷藏條件下通常具有很長的保質(zhì)期。

盡管鋁佐劑已經(jīng)被廣泛使用，但它們被認為是相對較“弱”的疫苗佐劑。因此，人們進行了許多嘗試來提高它們的性能，這通常涉及免疫增強劑的共同遞送，包括Toll樣受體（TLR）激動劑。鋁佐劑正在迎來第二春，共同創(chuàng)造下一代改良佐劑。

鋁佐劑的種類 

目前，獲得許可的人類疫苗中包括的兩種主要類型的鋁佐劑是氫氧化鋁（AH）和磷酸鋁（AP）。疫苗制劑中AH佐劑與AP佐劑的選擇在很大程度上取決于抗原的性質(zhì)和吸附以實現(xiàn)最佳免疫反應(yīng)的要求。

氫氧化鋁佐劑是通過在精心控制的條件下向鋁離子溶液中加入氫氧化鈉來制備的。溫度、濃度和混合速度是影響所生產(chǎn)佐劑物理化學(xué)性質(zhì)的因素。電子顯微鏡顯示AH佐劑由形成松散微粒聚集體的納米顆粒纖維組成。

磷酸鋁佐劑是通過在磷酸鹽存在下在堿性條件下沉淀鋁離子來制備的。磷酸根離子的加入導(dǎo)致羥基磷酸鋁Al（OH）x（PO4）y的形成，其中一定比例的羥基被磷酸根取代。AP佐劑是無定形的，即非結(jié)晶的，因為磷酸鹽的摻入會干擾結(jié)晶過程。AP佐劑的超微結(jié)構(gòu)顯示初級球形納米顆粒，直徑約50 nm，通常形成松散的微粒聚集體。

無定形羥基磷酸鋁硫酸酯（AAHS）是一種由默克公司生產(chǎn)的含鋁佐劑，用于多種商業(yè)疫苗，包括Recombivax、Gardasil和Vaxelis。AAHS的零電荷點約為7，這意味著它在中性pH下不攜帶表面電荷。在超微結(jié)構(gòu)上，它由類似于AP和明礬沉淀疫苗的片狀納米顆粒組成。因此，AAHS可以被認為是一種具有相對低的P∶OH比的不同形式的AP佐劑。

一些獲得許可的疫苗，如Twinrix 和Infanrix Hexa，同時含有AH和AP佐劑。疫苗是通過將選定的抗原與AH或AP佐劑混合，然后通過最佳吸附組分的組合來制備的。電子顯微鏡顯示納米纖維的聚集體與片狀納米顆粒的聚集體相鄰或偶爾與之混合，表明佐劑在混合時保持其主要顆粒結(jié)構(gòu)。

鋁佐劑的理化性質(zhì) 

有許多已建立的測定方法可用于表征鋁佐劑并確保批次之間的一致性。結(jié)構(gòu)信息可以使用X射線衍射（僅適用于AH佐劑）、光譜（傅里葉變換紅外、核磁共振、拉曼）和透射電子顯微鏡獲得。

顆粒度

鋁佐劑通常由初級納米顆粒組成，這些納米顆粒形成尺寸為1至20μm的不規(guī)則形狀的聚集體。顆粒大小和形狀對免疫細胞通過吞噬作用攝取顆粒的效率具有重要意義。顆粒大小可以使用激光衍射、動態(tài)光散射或微流成像來確定。鋁佐劑的表面電荷取決于pH值，隨著靜電排斥力的降低，當pH值接近零電荷點時，觀察到較大的顆粒尺寸。同樣，氯化鈉的加入可以掩蓋表面電荷并增強顆粒聚集。

表面電荷

AH納米顆粒表面的鋁離子與羥基配位，羥基可以接受或提供質(zhì)子，這取決于分散介質(zhì)的pH。因此，AH具有依賴于pH的表面電荷。它的零電荷點（PZC）為11.4，在中性pH下帶正電荷。對于AP而言，由于鋁對磷酸鹽的親和力更高，一部分表面羥基被磷酸鹽取代。商業(yè)AP佐劑的P:Al比為1.1–1.15:1，PZC約為5，這使它們在中性pH下具有負表面電荷。較大比例的表面羥基導(dǎo)致較高的PZC。

表面積

根據(jù)使用重量FTIR光譜測量的水吸附，組成鋁聚集體的初級納米顆粒為佐劑提供了非常大的表面積，AH佐劑的表面積估計為514 m2/g。表面積也可以在氮吸附后使用Brunauer–Emmett–Teller（BET）理論來確定。雖然這些方法不能用于AP佐劑，但由50nm納米顆粒組成的AP的超微結(jié)構(gòu)表明，AP也具有非常大的表面積。

吸附

鋁佐劑的大表面積允許對抗原具有高吸附能力，這可以用作佐劑表征的關(guān)鍵工具。重要的是，抗原的吸附會影響免疫反應(yīng)的質(zhì)量和程度，并可能增強或降低抗原的穩(wěn)定性。應(yīng)該注意的是，疫苗制劑中抗原的劑量通常較低，并且通常遠低于完全吸附能力。吸附能力受抗原類型、緩沖液（pH、離子強度、組成）和其他賦形劑的影響，包括穩(wěn)定劑或表面活性劑的存在。吸附的主要機制是抗原上的磷酸鹽與佐劑上的表面羥基的配體交換，以及靜電和疏水相互作用。

元素組成

鋁佐劑中雜質(zhì)的存在可以使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定。據(jù)報道，從不同制造商和不同批次獲得的AH佐劑之間金屬離子的類型和數(shù)量存在差異，這可能是由于生產(chǎn)過程中使用的鋁鹽、化學(xué)品和水的來源存在差異。一些污染物，如銅，可能會影響吸附抗原的穩(wěn)定性。

AH和AP佐劑的生物學(xué)差異

通常有人認為，AH比AP誘導(dǎo)更強大的免疫反應(yīng)，但很少有發(fā)表的研究直接比較用AH配制的疫苗與AP配制的疫苗的效力。在小鼠和豚鼠中，AH對破傷風類毒素、蛇毒和病毒糖蛋白的免疫反應(yīng)比AP更強。然而，白喉類毒素和炭疽重組蛋白沒有觀察到差異。此外，對Hib-CRM197偶聯(lián)疫苗在嬰兒中的評估表明，鋁佐劑顯著增強了免疫反應(yīng)，但AH和AP之間沒有差異。

使用模擬間質(zhì)液的體外研究和使用同位素標記佐劑的動物研究表明，注射后AP比AH溶解得更快。這與觀察結(jié)果一致，即在注射鋁佐劑疫苗后，非人類靈長類動物和大鼠的肌肉中AH比AP持續(xù)時間更長。與含AH的疫苗相比，AP的保留期較短可能是接種含AP的疫苗后肉芽腫風險較低的一個因素。

鋁佐劑的全部作用機制仍知之甚少，大多數(shù)研究都集中在AH上，很少有實驗比較AH和AP的生物學(xué)效應(yīng)。已有研究顯示，AH和AP均以胱天蛋白酶-1依賴的方式誘導(dǎo)小鼠樹突狀細胞和人外周血單核細胞釋放IL-1β和IL-18，這些細胞因子可能在炎癥細胞募集到注射部位中發(fā)揮作用。鋁佐劑增強樹突狀細胞的抗原呈遞和T細胞活化，AH在體外比AP更大程度上誘導(dǎo)卵清蛋白（OVA）的抗原呈遞。

鋁佐劑疫苗的安全性

含鋁佐劑在人類疫苗中已經(jīng)使用了80多年，每年在嬰兒、青少年和成年人中注射數(shù)百萬劑。根據(jù)這一無與倫比的歷史記錄，鋁佐劑被認為是安全且耐受性良好的。注射鋁佐劑疫苗后，一小部分注射個體可能會出現(xiàn)肉芽腫或?qū)︿X的接觸性超敏反應(yīng)。鋁是環(huán)境中廣泛存在的元素，存在于食品、個人護理產(chǎn)品和藥物中。沒有證據(jù)表明注射含鋁疫苗會使血液中的鋁水平高于基線或最低風險水平，并導(dǎo)致系統(tǒng)性疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病。鋁佐劑的安全性得到了頻繁注射AH配方過敏原的皮下免疫治療（SCIT）患者流行病學(xué)研究的進一步支持。在歐洲使用的過敏原免疫療法產(chǎn)品中，約有三分之二含有AH。使用常規(guī)抗過敏藥物（口服抗組胺藥或鼻內(nèi)皮質(zhì)類固醇）治療的患者與在10年內(nèi)接受含有AH過敏原的SCIT治療患者的比較表明，后者的自身免疫性疾病、缺血性心臟病和總死亡率較低。SCIT包括在3年內(nèi)注射AH，AH是3劑鋁佐劑乙肝疫苗的100倍。

下一代鋁佐劑

鋁佐劑對疫苗接種在控制傳染病方面的成功做出了重大貢獻。它們在增強對病原體的免疫反應(yīng)方面是有效的，對病原體的保護依賴于抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。它們價格低廉，安全性良好。然而，在疫苗中使用鋁佐劑有一些局限性。如鋁佐劑無法支持強大的細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，這是誘導(dǎo)對某些病原體（如結(jié)核分枝桿菌）的保護所必需的。因此，下一代鋁佐劑主要致力將Th2的響應(yīng)轉(zhuǎn)換為更多的Th1響應(yīng)。一種方法是以納米鋁為代表，它的顆粒尺寸比傳統(tǒng)的AH更小，同時材料的形狀和結(jié)晶度也發(fā)生了變化。對納米鋁的研究表明，抗體反應(yīng)更強、更持久，APC對抗原的吸收增加，并從Th2反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)門h1/Th17反應(yīng)。另一種方法是將鋁佐劑與其他免疫刺激劑，特別是TLR激動劑相結(jié)合。

人類使用的批準疫苗中第一種TLR激動劑和鋁佐劑組合是AS04，它包括吸附在鋁上的3-O-去乙酰基-4′-單磷酸脂a（MPL），其使用在兩種GSK開發(fā)的疫苗Cervarix和Fendrix中，分別用于預(yù)防人乳頭瘤病毒和乙型肝炎病毒。MPL是脂多糖（LPS）的解毒版本，是TLR4的激動劑。臨床前研究表明，AS04極大地增強了抗體的產(chǎn)生，并誘導(dǎo)了高水平的記憶細胞。Fendrix在人類中證實了這些特征，與單獨使用鋁鹽相比，含AS04佐劑的HBV疫苗表現(xiàn)出更高的血清保護率和更持久的抗體反應(yīng)。

鋁-TLR激動劑組合佐劑的第二個例子是AS37，它是一種小分子免疫增強劑（SMIP），TLR7的激動劑，吸附在氫氧化鋁上。研究表明，AS37可以在臨床前模型中與許多不同類型的候選疫苗一起使用。在包括靈長類動物在內(nèi)的一系列動物模型中，它可以將免疫反應(yīng)轉(zhuǎn)換為Th1型，疫苗的免疫原性總體增加。

最后，含鋁組合佐劑包括用胞嘧啶/鳥苷寡脫氧核苷酸（CpG-ODN）加AH，CpG-ODN這是一種已被批準用于人類的TLR9激動劑免疫增強劑。帶負電荷的CpG ODNs很容易吸附到AH上。CpG ODNs加AH的聯(lián)合佐劑已經(jīng)應(yīng)用于不同的抗原，包括新冠RBD亞單位和乙型肝炎表面抗原（HbsAg），結(jié)果表明聯(lián)合CpG的鋁佐劑疫苗誘導(dǎo)了更強、更平衡的Th1/Th2細胞免疫反應(yīng)，并且誘導(dǎo)了更高的抗體反應(yīng)。

小結(jié)

近100年來，鋁佐劑已被用于數(shù)十億劑疫苗，主要用于兒童和青少年。盡管它們有局限性，例如它們相對不能誘導(dǎo)強大的細胞介導(dǎo)的（Th1）免疫反應(yīng)和對冷凍的易感性，但它們的安全性和耐受性記錄，以及它們的低成本，使這類佐劑繼續(xù)成為疫苗中非常有吸引力的組分。目前，鋁佐劑仍然是評估新的和探索性佐劑的金標準。鋁佐劑疫苗的生物物理特性的最新進展，促進了新疫苗配方的開發(fā)，并使生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制成為可能。利用鋁佐劑的高吸附能力，它們將越來越多地被用作開發(fā)新型組合佐劑的平臺，能夠驅(qū)動對特定病原體的必要免疫反應(yīng)。這些進展將確保在可預(yù)見的未來，鋁佐劑仍然是疫苗配方的支柱。

參考文獻：

1.Aluminum Adjuvants—‘Back to the Future’. Pharmaceutics. 2023 Jul; 15(7): 1884.

       原文標題 : “回到未來”-鋁佐劑的進擊