佐劑CpG ODN在活化pDC以及增強免疫反應中的應用
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)現接種白喉疫苗的馬如果在注射部位出現炎癥性膿腫，抗體滴度會更強[1]。大約在同一時間，Glenny 等人發(fā)現了吸附在明礬上的白喉毒素疫可以產生更好的抗體反應[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并以抗原的特異性免疫反應作為目標的試劑。
▐ 獲批疫苗中的佐劑
長久以來，鋁佐劑一直是獲批疫苗產品最常使用的佐劑，其作用機制主要是在注射部位形成抗原儲藏庫，使抗原緩慢釋放，刺激漿細胞產生抗體[1]。但是鋁佐劑的有著諸多不足：如容易引起機體過敏反應、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。
表 1. 獲批疫苗中的佐劑[1][2]。
直到人們發(fā)現固有免疫系統通過模式識別受體識別病原體相關分子模式 (PAMPs)，并導致固有免疫細胞的激活和隨后的適應性免疫反應。這一發(fā)現為佐劑的設計和開發(fā)提供了一個巨大的機會：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 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，能夠增強疫苗的免疫反應強度、廣度和持久性。不同類型的 CpG ODN 的結構特征與免疫效應各有不同，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 都被內吞到細胞腔室中，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。在人類免疫細胞中，CpG ODN 直接或間接地激活表達 TLR9 的漿細胞樣樹突狀細胞 (Plasmacytoid dendritic cell, pDC) 和 B 細胞。pDC 分泌多種促炎和抗病毒細胞因子 (如 IFNα, IL-6 和 TNFα 等)，然后驅動 pDC 遷移和聚集到淋巴組織，刺激 TH1 細胞反應產生。自然殺傷細胞 (NK) 和其他先天免疫細胞通過 IFN 依賴性和 IFN 非依賴性途徑被 pDC 繼發(fā)性激活。B 細胞通過 TLR9 激活后其向分泌抗體的漿細胞分化，并產生多種細胞因子 (如 IL-6 和 IL-10)。CpG 激活的 B 細胞對樹突狀細胞也有相反的作用，通過 TLR9 激活驅動 CD5B 細胞產生 IL-10，從而抑制 pDC 細胞的 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 (一種角鯊烯水內乳液) 和鋁佐劑 Alum，這些佐劑都誘導了大量的中和抗體滴度，不過不同佐劑誘導T細胞反應有所差異[6]。其中 RBD-NP-ASO3 刺激 Th1-Th2 混合細胞反應，而 RBD-NP-CpG1018-Alum 和 RBD-NP-AS37 刺激 Th1 細胞反應，RBD-NP-CpG1018-Alum 和 RBD-NP-O/W 誘導 Th2 細胞反應。
圖 3. RBD-NP 免疫誘導強大的抗體反應[6]。
A-B: 接種 RBD-NP (結合在蛋白納米顆粒支架上的 SARS-CoV-2 刺突蛋白受體結合域)后多個時間點血液中特異性 CD4 T 細胞反應。分泌 IL-2、IFNγ 或 TNF 的 CD4 T 細胞被繪制為 Th1 細胞反應 (A)，產生 IL-4 的 CD4 T 細胞被繪制為 Th2 細胞反應(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。D: 接種 RBD-NP 后第 28 天血液中特異性 CD154+ 和 CD154+IL-21+ CD4 T 細胞的反應。
經過多項實驗表明，該疫苗可刺激強大且持久的中和抗體反應， 保護恒河猴免受 SARS-CoV-2 的侵害。這些數據也強調了包含 CpG ODN 佐劑的 RBD-NP 疫苗在促進對 SARS-CoV-2 的保護性免疫方面的有效性，推動了該疫苗進行 I/II 期臨床試驗 (NCT04742738 和 NCT04750343)。
佐劑是疫苗中增強免疫反應強度、廣度和持久性的關鍵成分。但是長久以來獲批人類使用的佐劑屈指可數。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 細胞，增強免疫反應。
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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：
[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.
