高分子免疫佐剂材料

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(pattern recognition receptors，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.

依托于高分子材料而开发的新型生物医学治疗手段正在受到越来越多的关注. 由于其高分子量[5]、丰富的结构可调性[6]以及功能性特点，高分子材料经过组装形成的纳米或微米结构在担载药物分子[7]、靶向递送到生物组织和细胞[8]等方面表现优异，已经成为疾病治疗和机体系统调控的重要工具. 利用高分子材料来调节固有或获得性免疫响应具有很长的先例. 早在1930年，Goebel和Avery就报道过将碳水化合物键合到蛋白上形成的糖蛋白能够调控肺炎球菌疫苗的免疫响应[9,10]；1965年，Scherr等发现亲水聚合物藻酸盐微/纳米颗粒佐剂可以显著提高抗体滴度[11]，次年，Benet等也报道了聚乙二醇佐剂对4种巴比妥类药物肠道吸收的影响[12]. 随着研究人员对高分子结构设计了解的深入，具有固有免疫刺激能力的高分子逐渐被应用到生物医学领域中[13]，如组织工程支架、药物递送、药物辅料、抗菌涂层、基因递送载体等. 越来越多的证据证明，一些高分子具有固有免疫刺激能力，能够诱导免疫响应或免疫毒副作用. 这一特征是高分子材料用于生物医学时需要被关注的部分，也可以被利用来对机体进行主动的靶向或调控. 实际上，很多天然高分子，如细菌糖肽和单链DNA，由于其具有区别于机体“自我”的，能够被免疫系统识别为“非我”或“有害分子”的结构特性，正适合作为生物体内的天然免疫原[14,15]. 这类天然的或合成的具有免疫活性的高分子佐剂与小分子佐剂相比，能够更好地进入细胞，具有更高的与免疫受体结合的能力，并具有更佳的药代动力学特征，能够在降低成本的同时实现参数可调的免疫响应佐剂新途径.

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

免疫系统在机体防御外源病原体入侵及调控自体平衡方面扮演着关键角色. 据统计，人体一半以上的疾病都与免疫系统相关，因此，疫苗是人体抵御疾病的重要工具. 接种疫苗的目的是调动机体的免疫系统，使其对外来抗原产生强烈而持久的免疫反应. 哺乳动物先天免疫系统的关键功能包括快速识别病原体和/或组织损伤以及向适应性免疫系统的细胞发出危险信号[16]. 该过程包括抗原提呈细胞(antigen presenting cells，APCs)如树突细胞和巨噬细胞捕获侵入机体的病原体，将其吞噬后分解为较短的肽链段，并装载到主要组织相容性复合体Ⅰ或Ⅱ (MHC-Ⅰ，MHC-Ⅱ)上，将信号呈递给未成熟的T细胞，从而启动免疫反应[8,17]. 在此过程中，如果缺乏免疫刺激分子，免疫响应就无法被抗原呈递过程激活，进而导致T细胞的无效能或耗竭. 而当机体内存在免疫刺激分子时，APCs则能够被病原相关分子模式(PAMPs)或损伤相关分子模式(DAMPs)经APCs表面、内涵体或细胞质中的模式识别受体激活，并分泌炎性因子，进而活化接受抗原呈递的T细胞，使其快速做出免疫响应.

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).