佐劑CpG ODN在活化pDC以及增強(qiáng)免疫反應(yīng)中的應(yīng)用
佐劑 (Adjuvant) 一詞源于拉丁語 “Adjuvare”，意思是“幫助” 法國獸醫(yī)加斯頓•拉蒙于 1920 年發(fā)現(xiàn)接種白喉疫苗的馬如果在注射部位出現(xiàn)炎癥性膿腫，抗體滴度會更強(qiáng)[1]。大約在同一時間，Glenny 等人發(fā)現(xiàn)了吸附在明礬上的白喉毒素疫可以產(chǎn)生更好的抗體反應(yīng)[1]。
疫苗佐劑被定義為添加到疫苗或與疫苗抗原一起使用以增加或增強(qiáng)并以抗原的特異性免疫反應(yīng)作為目標(biāo)的試劑。
▐ 獲批疫苗中的佐劑
長久以來，鋁佐劑一直是獲批疫苗產(chǎn)品最常使用的佐劑，其作用機(jī)制主要是在注射部位形成抗原儲藏庫，使抗原緩慢釋放，刺激漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體[1]。但是鋁佐劑的有著諸多不足：如容易引起機(jī)體過敏反應(yīng)、含鋁佐劑的生物制品不宜冷凍，冷凍后容易變性等。因此，開發(fā)新型佐劑也就成為了疫苗開發(fā)過程中的痛點(diǎn)。
表 1. 獲批疫苗中的佐劑[1][2]。
直到人們發(fā)現(xiàn)固有免疫系統(tǒng)通過模式識別受體識別病原體相關(guān)分子模式 (PAMPs)，并導(dǎo)致固有免疫細(xì)胞的激活和隨后的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)為佐劑的設(shè)計和開發(fā)提供了一個巨大的機(jī)會：靶向這些模式識別受體 (如 TLR、CLR 和 NLR) 的分子可能是潛在的疫苗佐劑。
例如，2017 年經(jīng) FDA 獲批的新型乙肝疫苗 Heplisav-B (含佐劑 CpG 1018，一種 TLR 9 激動劑)，該藥物是世界首個 CpG ODN 佐劑獲批的疫苗[3]。
CpG ODN ，即 CpG 寡核苷酸 (CpG oligodeoxynucleotides, CpG ODN) 是指一類以未甲基化 CG 二核苷酸為核心的寡聚核苷酸序列，CpG ODN 可以激活 TLR9 受體，是一種有潛力的疫苗佐劑，能夠增強(qiáng)疫苗的免疫反應(yīng)強(qiáng)度、廣度和持久性。不同類型的 CpG ODN 的結(jié)構(gòu)特征與免疫效應(yīng)各有不同，一般分為 A、B、C 三類(表 2)。
表 2. 不同類別的 CpG ODN 及其作用[4][5]。
▐ CpG ODN 觸發(fā) TLR9 在免疫中的作用
未甲基化的 CpG 基序在細(xì)菌和病毒 DNA 中普遍存在，但 CpG 基序在脊椎動物基因組常被甲基化。無論 CpG 基序是否存在，DNA 都被內(nèi)吞到細(xì)胞腔室中，并暴露于 TLR9。如果 DNA 含有 CpG 基序，則 TLR9 被激活。TLR9 可以識別未甲基化的 CpG 基序，有效檢測到入侵的病毒核酸。在人類免疫細(xì)胞中，CpG ODN 直接或間接地激活表達(dá) TLR9 的漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞 (Plasmacytoid dendritic cell, pDC) 和 B 細(xì)胞。pDC 分泌多種促炎和抗病毒細(xì)胞因子 (如 IFNα, IL-6 和 TNFα 等)，然后驅(qū)動 pDC 遷移和聚集到淋巴組織，刺激 TH1 細(xì)胞反應(yīng)產(chǎn)生。自然殺傷細(xì)胞 (NK) 和其他先天免疫細(xì)胞通過 IFN 依賴性和 IFN 非依賴性途徑被 pDC 繼發(fā)性激活。B 細(xì)胞通過 TLR9 激活后其向分泌抗體的漿細(xì)胞分化，并產(chǎn)生多種細(xì)胞因子 (如 IL-6 和 IL-10)。CpG 激活的 B 細(xì)胞對樹突狀細(xì)胞也有相反的作用，通過 TLR9 激活驅(qū)動 CD5B 細(xì)胞產(chǎn)生 IL-10，從而抑制 pDC 細(xì)胞的 T1 啟動功能。
研究者評估了五種佐劑 CpG1018-Alum、ASO3 (一種含 α -生育酚的水包油乳液)、AS37 (一種吸附在 Alum 上的 TLR-7 激動劑)、Essai O/W 1849101 (一種角鯊烯水內(nèi)乳液) 和鋁佐劑 Alum，這些佐劑都誘導(dǎo)了大量的中和抗體滴度，不過不同佐劑誘導(dǎo)T細(xì)胞反應(yīng)有所差異[6]。其中 RBD-NP-ASO3 刺激 Th1-Th2 混合細(xì)胞反應(yīng)，而 RBD-NP-CpG1018-Alum 和 RBD-NP-AS37 刺激 Th1 細(xì)胞反應(yīng)，RBD-NP-CpG1018-Alum 和 RBD-NP-O/W 誘導(dǎo) Th2 細(xì)胞反應(yīng)。
圖 3. RBD-NP 免疫誘導(dǎo)強(qiáng)大的抗體反應(yīng)[6]。
A-B: 接種 RBD-NP (結(jié)合在蛋白納米顆粒支架上的 SARS-CoV-2 刺突蛋白受體結(jié)合域)后多個時間點(diǎn)血液中特異性 CD4 T 細(xì)胞反應(yīng)。分泌 IL-2、IFNγ 或 TNF 的 CD4 T 細(xì)胞被繪制為 Th1 細(xì)胞反應(yīng) (A)，產(chǎn)生 IL-4 的 CD4 T 細(xì)胞被繪制為 Th2 細(xì)胞反應(yīng)(B)。C: 流式檢測在體外用 DMSO 或 SARS-CoV-2 RBD 肽池刺激后 IL-21 和 CD154 的表達(dá)。D: 接種 RBD-NP 后第 28 天血液中特異性 CD154+ 和 CD154+IL-21+ CD4 T 細(xì)胞的反應(yīng)。
經(jīng)過多項實(shí)驗(yàn)表明，該疫苗可刺激強(qiáng)大且持久的中和抗體反應(yīng)， 保護(hù)恒河猴免受 SARS-CoV-2 的侵害。這些數(shù)據(jù)也強(qiáng)調(diào)了包含 CpG ODN 佐劑的 RBD-NP 疫苗在促進(jìn)對 SARS-CoV-2 的保護(hù)性免疫方面的有效性，推動了該疫苗進(jìn)行 I/II 期臨床試驗(yàn) (NCT04742738 和 NCT04750343)。
佐劑是疫苗中增強(qiáng)免疫反應(yīng)強(qiáng)度、廣度和持久性的關(guān)鍵成分。但是長久以來獲批人類使用的佐劑屈指可數(shù)。作為 TLR9 受體的有效激動劑，新型疫苗佐劑 CpG ODN 可以活化 pDC 和/或 B 細(xì)胞，增強(qiáng)免疫反應(yīng)。
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B 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
| B 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
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B 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
| B 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
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A 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
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C 類 CpG ODN，一種 TLR9 激動劑。 |
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抑制性寡核苷酸，一種 TLR9、AIM2 和 cGAS 拮抗劑。 |
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一種免疫刺激型皂甙，可作為有效的疫苗佐劑。 |
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具有口服活性的鋁佐劑的一種主要形式。 |
| 膽固醇合成的中間產(chǎn)物。 |
| Sorbitan trioleate
一種具有口服活性的非離子表面活性劑。 |
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一種天然存在的維生素 E。 一種表面活性劑。 |
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參考文獻(xiàn)：
[1] Pulendran B, et al. Emerging concepts in the science of vaccine adjuvants. Nat Rev Drug Discov. 2021;20(6):454-475.
[2] O'Hagan DT, et al. The continued advance of vaccine adjuvants - 'we can work it out'. Semin Immunol. 2020;50:101426.
[3] Awad AM, et al. An open-label, single-arm study evaluating the immunogenicity and safety of the hepatitis B vaccine HepB-CpG (HEPLISAV-B®) in adults receiving hemodialysis. Vaccine. 2021;39(25):3346-3352.
[4] Krieg AM. Therapeutic potential of Toll-like receptor 9 activation. Nat Rev Drug Discov. 2006;5(6):471-484.
[5] Bode C, et al. CpG DNA as a vaccine adjuvant. Expert Rev Vaccines. 2011;10(4):499-511.
[6] Arunachalam PS, et al. Adjuvanting a subunit COVID-19 vaccine to induce protective immunity. Nature. 2021;594(7862):253-258.
