新型疫苗的快速研制對于防治突發(fā)傳染病和重大疾病具有重要意義，而疫苗的組分設(shè)計、劑型構(gòu)建、制備工藝與其應(yīng)用效果和轉(zhuǎn)化潛力密切相關(guān)。近日，過程工程所與軍事醫(yī)學(xué)研究院生物工程研究所合作，采用生物全合成技術(shù)構(gòu)建了一種自組裝蛋白納米顆粒，以此為“底盤”制備的多糖和多肽類納米疫苗，在多種動物模型中均展現(xiàn)出良好的安全性和高效的免疫應(yīng)答水平，顯著增強(qiáng)了傳染病預(yù)防和腫瘤治療的效果。相關(guān)工作發(fā)表于Advanced Materials（DOI：https://doi.org/10.1002/adma.202002940）。 

圖 1 生物全合成納米疫苗的制備及其免疫機(jī)制：（a）疫苗“底盤”的模塊化設(shè)計及抗原組合示意圖；（b）基于生物全合成的多肽及多糖結(jié)合疫苗的制備原理圖；（c）納米疫苗引發(fā)高效免疫應(yīng)答的機(jī)制圖。 

針對現(xiàn)有納米疫苗體系制備工藝繁瑣、抗原負(fù)載量低、機(jī)體免疫應(yīng)答較弱等難題，研究人員通過將細(xì)菌毒素B5（能夠與細(xì)胞表面受體神經(jīng)節(jié)苷脂結(jié)合）和非天然三聚體肽融合，構(gòu)建了一種安全高效的自組裝納米疫苗“底盤”，用于新型疫苗的按需快速構(gòu)建。 

該納米疫苗底盤為生物合成的蛋白骨架，避免了外源性合成材料的引入，保證了疫苗使用的安全性。同時，采用融合表達(dá)或蛋白糖基化修飾策略，可輕松實現(xiàn)多肽、多糖等不同類型抗原在“底盤”上的高效負(fù)載，無需額外化學(xué)偶聯(lián)過程。另外，相比于單純抗原，納米疫苗避免了抗原在注射部位的快速清除，同時實現(xiàn)了淋巴結(jié)的有效富集。在無需額外添加佐劑的情況下，納米疫苗能夠快速激活抗原提呈細(xì)胞，并促進(jìn)對抗原的攝取和交叉提呈，進(jìn)而強(qiáng)化后續(xù)的免疫應(yīng)答水平。 

基于該納米底盤構(gòu)建的多糖結(jié)合疫苗在小鼠、猴等多種動物模型中成功誘導(dǎo)生成了針對志賀氏菌和甲型副傷寒沙門氏菌的高水平保護(hù)性抗體，其抗體滴度遠(yuǎn)優(yōu)于商品化鋁佐劑劑型。而基于該納米底盤構(gòu)建的腫瘤疫苗同樣表現(xiàn)優(yōu)異，能夠快速激發(fā)小鼠體內(nèi)的細(xì)胞免疫應(yīng)答，顯著抑制腫瘤生長并延長了小鼠存活時間。這種通用的“底盤”策略及模塊化組合的疫苗設(shè)計理念，為抗腫瘤、抗細(xì)菌、抗病毒等高效疫苗的研發(fā)提供了新的思路。 

圖 2 納米疫苗在食蟹猴模型中的免疫效果評價。（a）納米疫苗免疫效果評價流程圖；（b）納米疫苗的淋巴結(jié)靶向能力考察；（c）不同疫苗制劑免疫后的淋巴結(jié)大?。唬╠）不同疫苗制劑免疫后特異性抗體滴度水平；（e）抗體介導(dǎo)的血清殺菌能力；（f）血液中分泌顆粒酶B的CD8+ T細(xì)胞的百分比；（g）效應(yīng)T細(xì)胞針對靶細(xì)胞的特異性殺傷能力；（h-i）納米疫苗安全性評價。 

自2006年起，過程工程所生化工程國家重點實驗室生物劑型與生物材料團(tuán)隊的馬光輝研究員和魏煒研究員對先進(jìn)疫苗遞送系統(tǒng)進(jìn)行了率先探索和深入研究，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)制了一系列疫苗新劑型，解決了抗原免疫原性差、生物利用度低等難題，在腫瘤、乙肝、流感等重大疾病和傳染病的預(yù)防和治療研究中取得顯著進(jìn)展，相關(guān)工作相繼發(fā)表于Nat Mater 2018, 17, 187、Nat Commun 2017, 8, 14537、Sci Adv 2020, 6, eaay7735、Adv Mater 2018, 31, 1801067、Adv Sci 2017, 4, 1700083、ACS Cent Sci 2019, 5, 796、Small 2018, 14, 1704272、Biomaterials 2015, 41, 1等期刊上，部分劑型已通過倫理批準(zhǔn)進(jìn)入臨床前和臨床研究。 

軍事醫(yī)學(xué)研究院病原微生物生物安全國家重點實驗室王恒樑研究員和朱力副研究員團(tuán)隊長期致力于病原微生物致病機(jī)制及其防控研究，特別是在細(xì)菌多糖結(jié)合疫苗的生物合成研究中取得顯著進(jìn)展，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的細(xì)菌蛋白O-糖基化系統(tǒng)成功合成了針對志賀氏菌、甲型副傷寒沙門氏菌、布氏桿菌等新型疫苗，革新了傳統(tǒng)的細(xì)菌多糖結(jié)合疫苗制備方法，相關(guān)工作相繼發(fā)表于ACS Appl Mater Interfaces 2019, 11, 44933、mBio 2016, 7, e00443、npj Vaccines 2018, 3, 4、Microorganisms 2020, 8, 436等，已授權(quán)國內(nèi)專利2項。 

雙方團(tuán)隊基于以往研究基礎(chǔ)，利用生物合成和納米組裝相結(jié)合的策略，共同合作研發(fā)了該疫苗新劑型。潘超博士、吳軍研究員和卿爽博士研究生為本論文的共同第一作者，王恒樑研究員、馬光輝研究員、魏煒研究員和朱力副研究員為共同通訊作者。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金群體項目/重點項目、國家科技重大專項、國家重點研發(fā)計劃項目和中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項等支持。