佐剂是一种添加到疫苗中，使疫苗能够非特异性地增强机体对抗原的特异性免疫应答的物质，具有诱发机体产生高效、持久、深远的特异性免疫反应[1]，减少抗原用量和疫苗接种剂量[2]，提高疫苗稳定性和机体免疫耐受性[3]等特点.早期疫苗，如天花疫苗和牛痘疫苗，以活病毒中提取的病毒核酸及病毒外壳作为佐剂.直到Pope和Glenny发现破伤风类毒素能够被不溶性铝盐吸附，这才使得铝佐剂(尤其是磷酸铝或氢氧化铝)成为疫苗中最常用的佐剂之一[4].目前，随着亚单位疫苗的发展，佐剂的作用显得尤为重要.狭义上来讲，佐剂是指一些分子佐剂，如模式识别受体(patternrecognitionreceptors，PRRs)激动剂等；但广义上来讲，能够增强免疫响应的材料都可以被称为免疫佐剂材料.因此，佐剂材料的发展越发成为疫苗及免疫治疗领域的重要前沿和热点问题.
在本专论中，我们提出了高分子免疫佐剂材料这一概念，并讨论了当前以高分子材料为基础的免疫佐剂材料所取得的进展，进行了代表性应用举例.一方面，将介绍本身具有免疫佐剂功能的高分子材料，包括天然高分子免疫佐剂材料和人工合成的高分子免疫佐剂材料；另一方面，将介绍与抗原或佐剂结合的高分子材料，以及其在抗原及小分子佐剂的体内传输中所起到的作用.我们将举例讨论这些材料如何在疫苗及肿瘤免疫治疗中发挥重要作用.
1免疫应答与佐剂
获得性免疫响应也被称为特异性免疫响应，由T细胞受体(TCRs)和B细胞受体(BCRs)产生，并且仅攻击曾遇到过的抗原[18].TCRs在CD8和CD4分子的协助下，分别结合APCs表面被MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ分子呈递的抗原，并产生CD8+细胞毒性T细胞(CTL)来杀伤肿瘤细胞或清除被病原体感染的细胞；或者产生CD4+辅助T细胞分泌炎性因子来增强CD8+T细胞或B细胞的免疫响应.BCRs则主要识别抗原大分子如蛋白或多糖，刺激未成熟的B细胞与抗原结合并在CD4+辅助T细胞分泌的细胞因子的作用下分化成浆细胞，分泌大量的抗体并吸附在病原体表面，使病原体更容易被吞噬细胞吞噬.不同的细胞因子会使B细胞的抗原表型发生改变，如从分泌IgM和IgD型抗体转变为分泌IgG2或IgA型抗体[19](图1).
Fig.1Schematicoverviewoftheadaptiveimmuneresponseprocesses.Antigensareprocessedbyantigenpresentingcells(APCs)andpresentedtoCD8+andCD4+Tcellstoinitiatecellularimmuneresponsesthroughtheinteractionofmajorhistocompatibilitycomplexes(MHC-IandMHC-II)andTcellreceptors(TCRs);duringwhichprocess,APCsareactivatedandsecreteinflammatorycytokinesthroughtherecognitionofpathogen-associatedmolecularpatterns(PAMPs)ordamage-associatedmolecularpatterns(DAMPs)bypatternrecognitionreceptors(PRRs).BcellscouldalsorecognizeantigenswiththehelpofCD4+Tcellsandtranslateintoplasmacellstosecreteantibodiesforhumoralimmuneresponses.
下载:原图|高精图|低精图
2具有固有免疫刺激活性的天然高分子材料
2.1甘露聚糖(mannan)
甘露聚糖是一种酵母多糖，具有可被巨噬细胞、B细胞和DC上的模式识别受体识别的重复碳水化合物单元[30]，是细胞介导免疫的有效抑制剂.已有研究人员提出甘露聚糖或甘露聚糖分解代谢物能够作用于单核细胞或抑制性T淋巴细胞[31].甘露糖受体CD206主要存在于巨噬细胞和树突状细胞的表面，它是一种I型膜受体，可以结合真菌和其他病原体上发现的末端甘露糖，并介导巨噬细胞对糖蛋白的内吞，已被证明可介导对真菌抗原的体外细胞免疫反应[32,33].这一特点使得甘露聚糖能够经受体或浆细胞DC(pDC)的主动转运作用而增加疫苗向淋巴结的聚集.此外，甘露聚糖自身还具有激活TLR4的作用.利用甘露聚糖的这些特性，以甘露聚糖为壳，聚乳酸-聚乙烯亚胺(PLA-PEI)为核组装制备纳米颗粒疫苗，蛋白抗原和Toll样受体9(TLR9)激动剂CpG通过静电相互作用吸附在PLA-PEI内核上.我们发现，甘露聚糖修饰可以大大增强纳米颗粒疫苗的淋巴结引流能力，并且甘露聚糖本身作为TLR4激动剂可以与CpG协同最大程度地激活DC，从而诱导强有力的抗肿瘤免疫反应[34].
2.2β-葡聚糖
β-葡聚糖是真菌细胞壁中发现的β1→3和β1→6连接的聚多糖，其能够被CD3、Dectin-1和TLR2等多种免疫受体识别.C型凝集素Dectin-1是一种β-葡聚糖受体，存在于巨噬细胞上，可以识别各种β-葡聚糖[35,36].由于β-葡聚糖的易获得性、低毒性，以及可以形成纳米颗粒等特性，以β-葡聚糖为原料制备的疫苗制剂具有很多优于传统佐剂的特点.Seong等发现，用β-葡聚糖刺激巨噬细胞会增加肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的表达.当用β-葡聚糖和脂多糖(LPS)共同刺激细胞时，可以通过增加的TNF-α表达观察到协同效应.在白细胞介素-6(IL-6)表达中，任何β-葡聚糖本身不能诱导IL-6表达.然而，当β-葡聚糖和LPS发生共刺激时，细胞通过增加IL-6表达显示出强烈的协同作用.这说明了β-葡聚糖能够增加免疫调节基因的表达，并显示出与LPS的协同作用[36].目前，将β-葡聚糖应用于临床的主要障碍是合成和分离具有精准明确结构的β-葡聚糖，这仍是高分子化学家需要解决的问题.
2.3壳聚糖
3具有固有免疫刺激活性的合成高分子材料
合成高分子材料作为药物传输材料通常不具有免疫活性，但近年来的一些研究则发现一些合成高分子材料本身就能够作为危险信号而激起免疫响应[42].随着PRR识别机制在分子层面被更好地理解，合理设计合成的高分子材料可以可控地打破细胞器稳态、与天然受体相互作用、并引发固有免疫刺激活性.这类具有PRR功能的合成高分子材料相比传统的PRR小分子激动剂具有低成本、高可调性和与现有疫苗或免疫治疗体系的兼容性更好[6~8]等优势，彰显了良好的转化前景.当前报道较清楚的两类能够被合成高分子作为危险信号激活的PRR通路是STING和NLRP3受体，这可能是由于这两个通路与其他的模式识别受体不同，它们位于细胞质当中，并且具有更广泛的识别能力(而其他模式识别受体的专属性更强).
3.1活化STING通路的合成高分子
3.2活化NLRP3的合成高分子
Fig.3TheNLRP3inflammasomepathway.
4键合或担载抗原的高分子佐剂材料
4.1高分子材料共价键合免疫佐剂提升免疫佐剂活性
Lynn和Laga等将小分子TLR7/8激动剂R848通过噻唑啉-2-硫酮键合到聚N-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺骨架上，得到温度响应聚合物-键合TLR-7/8a，并将其作为疫苗佐剂用于灵长类动物实验中[67].作者详细研究了免疫激动剂的接枝密度、电荷、纳米组装形式等对于该材料的免疫活性的影响，证实大分子免疫佐剂材料的物理化学性质对于材料免疫原性影响的重要性.除了线性聚合物，树枝状大分子也可以用来键合抗原和佐剂，特别是树枝状大分子的结构能够增加溶解性并将佐剂暴露在表面.例如：Wang及合作者们最近报道了一种负载有光敏剂二氢卟酚e6(Ce6)的缺氧响应性两亲聚赖氨酸树枝状大分子(HAD)纳米颗粒，该疫苗在近红外光照射下，不仅诱导肿瘤细胞裂解和肿瘤抗原释放，而且促进含有2-硝基咪唑的树枝状大分子结构转化为含有2-氨基咪唑的树枝状大分子，通过TLR7激活DC信号通路.其能够有效抑制原发性和异位肿瘤生长，并诱导强烈的抗原特异性免疫记忆效应，以防止体内肿瘤转移和复发，对于多种肿瘤表现出了非常强的治疗效果[68].
4.2非共价策略来增强抗原的免疫原性
通过组装以非共价策略来制备佐剂材料是另外一种增强抗原及佐剂免疫原性的方式.这一策略的好处是可以使用廉价可获得的初始材料来制造新的佐剂材料，并且可以通过实现疫苗递送的靶向性而降低现有小分子佐剂的毒性.例如：TLR7/8激动剂咪喹莫特因注射后的系统毒性而影响了其作为疫苗佐剂的临床转化，而脂质衍生咪喹莫特并吸附于铝佐剂上的3M-052佐剂的安全性则能够得到保障，其作为流感预防性的疫苗研究已经进入临床试验.这显示了利用自组装的纳米材料提升现有佐剂能力方面的巨大潜力[69,70].
5结论与展望
疫苗是人类医学史上最伟大的发明之一.1798年，英国医生爱德华·詹纳通过接种牛痘帮助人类预防天花，开启了现代疫苗科学[97]；二百多年来，全球已经批准了92种疫苗，用于预防24种病毒和16种细菌的感染和复发.疫苗技术的出现大大延长了人类的平均寿命，也使得大规模的城市人口聚集成为可能.佐剂是指能够增强免疫应答或改变免疫应答类型的物质.作为疫苗的重要组成部分，佐剂能够激活抗原提呈细胞、保护抗原免被降解、提升抗原的传输效率等，为疫苗抗原发挥预防和治疗作用发挥了关键作用.时至今日，疫苗的概念正在从预防性疫苗向治疗性疫苗如肿瘤疫苗、自体免疫疾病疫苗、代谢病疫苗等方向进展，疫苗抗原的类型也在从传统的减毒或灭活病原体向重组蛋白、多肽、mRNA等亚单位抗原类型转变[20].尽管这些亚单位抗原更加精确和安全，但是其免疫原性和稳定性也随之降低，这就使得佐剂材料的运用在现代疫苗技术中起到越来越重要的作用.此外，现有疫苗技术在很多感染与疾病面前仍然无能为力，疫苗的给予途径可能也会对疫苗刺激产生的免疫效力带来重要影响[98,99]，而这些都依赖于新型佐剂材料的发展.
高分子免疫佐剂材料，是通过高分子材料来提升免疫佐剂的安全性和有效性，或者设计全新的具有免疫刺激活性的大分子佐剂，有望解决现有小分子免疫佐剂存在的免疫副作用大、临床应用受限的问题，这对于疫苗及新型肿瘤免疫疗法的发展都至关重要.然而，由于疫苗应用的广泛性，新型佐剂材料的批准需要慎之又慎，这也是目前全球仅有6款佐剂材料获得批准应用的原因.但是我们也看到，随着亚单位抗原越来越广泛的运用，佐剂材料已然成为限制新疫苗技术发展的一个关键因素，也必将迎来飞速发展和巨大需求.因此，新型佐剂材料的快速发展和批准在未来一定是更加值得期待的.