摘要：本文聚焦纳米材料在疫苗佐剂领域的应用，介绍了纳米佐剂的类型，包括金属及金属氧化物、其他无机纳米颗粒、配位聚合物、脂质体、聚合物纳米颗粒等，阐述其临床应用现状、免疫激活机制，如depot效应、NLRP3 炎症小体激活、靶向 C 型凝集素受体、激活 Toll 样受体、激活 cGAS - STING 信号通路等，同时分析了发展过程中面临的挑战，并展望未来发展趋势，强调纳米材料在疫苗佐剂领域潜力巨大但仍需克服诸多困难 。

一、引言：疫苗与纳米材料的相遇

       疫苗自 1800 年起，在预防传染病等方面发挥关键作用。疫苗通常由抗原和佐剂组成，佐剂能增强疫苗免疫原性 。铝盐是最早获批用于人类的免疫佐剂，过去百年，仅有少数佐剂获许可用于人类疫苗。随着时间推移，疫苗佐剂专利申请数量呈波动变化，自新冠疫情后稳定在每年 400 多项。

       纳米材料是指至少一维尺度在 1-1000nm 的材料，因其独特的物理化学性质，如长度直径比、表面功能化、比表面积、手性等 ，在生物医学领域应用广泛。在疫苗佐剂方面，纳米材料能更好地保护抗原、延长半衰期、降低生物毒性、促进免疫调节和抗原递送，对激活抗原特异性 T 细胞意义重大，因此在免疫佐剂领域极具应用价值。

二、纳米材料基疫苗佐剂：种类繁多各显神通

       2.1 金属及金属氧化物基疫苗佐剂

       铝基疫苗佐剂：铝盐是最古老且成熟的疫苗佐剂，安全性高、稳定性好。常见的铝基佐剂有氢氧化铝、磷酸铝和明矾。微米级铝佐剂易引发 Th2 型免疫反应，而铝基纳米颗粒（Al - NPs）可诱导 Th1 型免疫反应，更易促进抗原摄取，诱导平衡免疫反应 。此外，氢氧化铝纳米棒的形状、结晶度、羟基含量，以及羟基磷酸铝纳米颗粒的表面电荷等因素，都会影响其佐剂效果（图 1、图 3）。

       锰基疫苗佐剂：锰是人体必需微量元素，锰基纳米材料在生物医学领域功能多样。锰能激活 cGAS - STING 通路和 NLRP3 通路，引发细胞免疫，在新冠、肺炎及肿瘤疫苗方面潜力巨大。已有多种锰基纳米佐剂被合成并应用于不同疫苗研发，展现出良好效果（图 4）。

       贵金属纳米颗粒：金纳米颗粒可控性强，作为佐剂主要用于肿瘤疫苗，可增强免疫反应，其大小和形态会影响抗体产生，右旋手性金纳米颗粒能更有效促进免疫反应 。银纳米颗粒抗菌抗癌活性强，可激活巨噬细胞，但存在生物毒性问题（图 5）。

       2.2 其他无机纳米颗粒

       磷酸钙、介孔二氧化硅、氧化锌等无机纳米颗粒也可作为疫苗佐剂。磷酸钙生物相容性好，能促进抗体和细胞因子分泌；介孔二氧化硅可被树突状细胞有效摄取，增强免疫；氧化锌纳米颗粒具有免疫刺激特性，可增强细胞和体液免疫 。

       2.3 配位聚合物

       配位聚合物合成简单、成本低，能高效结合抗原，其金属离子可功能化。部分配位聚合物可激活 cGAS - STING 通路，诱导免疫反应，还能使疫苗在常温下储存，减少对冷链的依赖 。

       2.4 脂质体

       脂质体具有良好的生物相容性、多样的加载模式和高加载能力 ，作为佐剂可促进抗原与抗原呈递细胞相互作用，降低抗原降解，表面可修饰以增强靶向免疫。阳离子脂质体佐剂效果更佳，目前已应用于多种疫苗，新一代脂质体在新兴疫苗领域潜力巨大，也是 mRNA 疫苗的理想佐剂，但存在稳定性问题（图 5）。

       2.5 聚合物纳米颗粒

       壳聚糖：壳聚糖是甲壳素脱乙酰产物，可激活巨噬细胞和树突状细胞，增强抗原特异性 Th1 反应，其纳米颗粒的黏膜粘附性可增强鼻黏膜免疫反应，在多种疾病疫苗中展现出良好应用潜力 。

       聚乳酸 - 羟基乙酸共聚物（PLGA）：PLGA 生物相容性好，体内可水解代谢，毒性低。PLGA 封装的 α - 生育酚、包裹双链 RNA 佐剂 Riboxxim 等在疫苗中均能有效增强免疫反应，其表面可修饰，应用广泛 。

       多肽：由疏水氨基酸组成的纳米颗粒可作为高效、无毒、可降解的自佐剂，聚赖氨酸、聚 γ - 谷氨酸等多肽已用于免疫佐剂开发，部分多肽纳米颗粒可诱导强大的细胞免疫反应，在肿瘤预防和治疗方面潜力显著 。

三、纳米佐剂在临床试验：探索前行

       目前，许多新一代佐剂处于临床试验阶段，但纳米佐剂相关临床试验较少。脂质纳米颗粒用于辉瑞和莫德纳的新冠疫苗，可稳定递送 mRNA 并发挥免疫刺激作用；Matrix - M 纳米颗粒可增强免疫细胞浸润和细胞因子释放，促进免疫细胞活化；金纳米颗粒等多种纳米佐剂也在临床试验中探索其效果（表 1、表 2）。

四、免疫激活机制：揭秘纳米佐剂的工作原理

       4.1 depot 效应

       抗原与佐剂结合可实现持续释放，延长抗原在免疫系统中的停留时间，促进免疫细胞募集，优化抗原呈递条件，从而增强免疫反应。如磷酸铝与抗原制成的凝胶疫苗，可在注射部位形成 depot，缓慢释放抗原（图 1）。

       4.2 NLRP3 炎症小体激活

       NLRP3 炎症小体可被病原体或内源性危险信号激活，分为启动信号和激活信号两个步骤。部分纳米颗粒如二氧化钛尖刺颗粒、含内体逃逸肽的纳米颗粒、金纳米颗粒等，可通过不同方式激活 NLRP3 炎症小体，引发下游       免疫反应，在肿瘤治疗中与免疫检查点阻断疗法联合效果显著（图 6）。

       4.3 靶向 CLRs 通路

       C 型凝集素受体（CLR）是一类重要的模式识别受体，碳水化合物结构物质可激活 CLR，促使抗原呈递细胞内化、处理和呈递抗原，增强适应性免疫反应。不同 CLR 激活后可引发不同信号通路，调节免疫方向。如周期性介孔有机硅、阳离子脂质体佐剂、表面多糖修饰的病毒样颗粒疫苗等，均可通过靶向 CLRs 通路发挥作用（图 6）。

       4.4 TLRs 激活

       Toll 样受体（TLR）在先天免疫系统中起关键作用，不同 TLR 被不同物质激活后，可提供病原体信息，促进抗原处理和呈递，调节 B 细胞反应和抗体产生。多种基于 TLR 激活的纳米佐剂在不同疾病疫苗中展现出良好效果，如 TLR4 和 TLR7 配体、TLR7/8 激动剂、TLR9 激动剂等相关纳米佐剂（图 7）。

       4.5 激活 cGAS - STING 通路

       cGAS - STING 通路是连接先天免疫和适应性免疫的关键途径，双链 DNA 可激活该通路，促进促炎细胞因子和干扰素生成。锰离子、阳离子壳聚糖、含特定抑制剂和激活剂的纳米佐剂等，均可通过激活 cGAS - STING 通路，增强免疫反应，在肿瘤治疗中效果显著（图 8）。

五、挑战与展望：未来之路任重道远

       尽管纳米材料作为疫苗佐剂展现出良好活性，但仍面临诸多挑战。作用机制方面，纳米材料与免疫细胞的相互作用机制尚不明确，导致部分实验结果矛盾 。安全性方面，纳米佐剂的给药途径和物理化学性质影响其生物分布和安全性，如静脉注射后易在肝脏积累，阳离子脂质体和聚合物存在免疫毒性等，金属基纳米佐剂还可能引发慢性炎症和神经损伤 。此外，癌症纳米佐剂治疗尚不成熟，抗原纯化优化、动物模型构建也存在问题，纳米佐剂的生产和储存也需改进 。

       未来，纳米佐剂的发展可结合人工智能、机器学习、生物信息学等计算方法，从设计到作用机制进行全面优化。利用人工智能预测抗原和免疫细胞受体结构，理解纳米佐剂作用机制，开发新型纳米佐剂。同时，促进黏膜免疫的纳米佐剂是未来发展趋势之一 。(  来源：生物制品圈  )