疫苗是预防传染病的基石，可激发天然免疫，并刺激抗原提呈细胞（APC），从而诱导针对特定病原体的适应性免疫应答。佐剂作为疫苗中关键的添加成分，能够放大、调节并延长免疫应答，从而显著提升疫苗效力。 WIXBIO 将探讨疫苗佐剂的发展历史、作用机制、类型、应用及最新进展，并结合人类与 兽用疫苗 的真实案例，为佐剂的开发和使用提供科学指导。
1. 疫苗佐剂的发展历史
佐剂研究始于20世纪初，旨在解决早期纯化抗原免疫原性低的问题。关键里程碑包括：
- 20世纪20年代：铝盐（氢氧化铝、磷酸铝）成为首批人用疫苗佐剂，用于白喉和破伤风疫苗，为佐剂的应用奠定了基础。它们也广泛用于兽用疫苗，例如 灭活禽流感疫苗.
- 20世纪90年代：水包油乳剂佐剂（如MF59）问世，用于人用流感疫苗（如Fluad）和 兽用新城疫疫苗，从而实现抗原缓慢释放并激活先天免疫。
- 2000年代：AS03（角鲨烯 + α-生育酚）和AS01（脂质体 + 单磷酰脂质A）等新型佐剂获批用于人用H1N1流感疫苗、疟疾疫苗（RTS, S）和带状疱疹疫苗（Shingrix），以及兽用猪瘟疫苗。
- 2010年代至今：TLR9 激动剂（如 CpG-1018）已获批用于人用乙型肝炎疫苗（Heplisav-B）以及 兽用口蹄疫（FMD）疫苗，纳米技术与分子生物学正推动佐剂的研发。
挑战：铝盐已使用超过 70 年，但其作用机制尚未被完全阐明；新型佐剂仍需进一步开展安全性和耐受性验证，尤其是在成本和可规模化生产至关重要的兽用疫苗领域。
参考文献：O’Hagan 等人， Nature Reviews Drug Discovery (2020); Veterinary Immunology and Immunopathology (2023).
2. 佐剂的益处与作用
佐剂可优化免疫应答，显著提升人用与兽用疫苗的有效性：
- 剂量优化：增强免疫应答，减少抗原用量，缓解供应压力。例如，AS03 可将 H1N1 疫苗的接种剂量减少 50%，而 MF59 在兽用领域可将禽流感疫苗的抗原需求量降低 30%。
- 快速响应：加速抗体生成，缩短获得保护所需的时间，因此非常适合应急防疫，如兽用新城疫疫苗。
- 广谱保护：拓宽抗体应答范围，以应对抗原漂移的病原体（如流感病毒、猫白血病病毒）。
- 增强抗体功能：提高抗体的亲和力与功能，延长保护持续时间，在禽传染性法氏囊病疫苗中尤为显著。
- T细胞活化：诱导平衡的Th1/Th2或CD8+ T细胞应答，提高对胞内病原体（如鸡马立克氏病病毒）的清除能力。
- 新型疫苗开发：支持针对传统疫苗无效的疾病开发疫苗（如人类疟疾、家禽传染性支气管炎）。
- 安全性提升：降低抗原剂量可减少兽用疫苗中注射部位炎症等不良反应的风险。
案例分析：含 AS01 佐剂的 Shingrix 疫苗对带状疱疹可达到 97% 的保护效果。在兽医应用中，口蹄疫疫苗中的 CpG 佐剂可使抗体滴度翻倍，并将保护期延长至 6 个月。
3. 佐剂的类型与作用机制
1. 铝基佐剂
- 成分：氢氧化铝、磷酸铝或其混合物。
- 机制：形成抗原储库以实现缓慢释放；诱导局部炎症，激活 APC 和 T 细胞。
- 应用：人用乙型肝炎疫苗、HPV 疫苗；兽用禽流感疫苗， 猪圆环病毒疫苗.
- 局限性：主要诱导 Th2 应答，对细胞免疫效果较差；在兽用疫苗中可能引起局部肿胀。
2. 乳剂佐剂
- 类型:
- MF59：角鲨烯 + 聚山梨酯 80，诱导 ATP 释放和细胞因子表达，用于人用流感疫苗和兽用新城疫疫苗。
- AS03：角鲨烯 + α-生育酚，激活先天免疫，用于人用 H1N1 疫苗和兽用猪瘟疫苗。
- 机制：油相包裹抗原，延长其暴露时间并刺激体液免疫和细胞免疫。
- 优势：增强老年人和幼龄动物的免疫应答。
3. 无机纳米颗粒佐剂
- 类型：纳米铝、层状双金属氢氧化物（LDH）、纳米二氧化硅。
- 机制：作为抗原载体，高效递送至APC；诱导局部炎症，促进免疫记忆。
- 应用：人用癌症疫苗研究； 兽用口蹄疫，禽传染性法氏囊病疫苗。
- 潜力：动物研究显示抗体滴度高2-3倍。
4. TLR激动剂
- 示例：CpG-1018（TLR9激动剂），激活Th1应答和细胞毒性T细胞。
- 机制：刺激模式识别受体，增强MHC和CD40表达，促进抗原加工。
- 应用：人用乙型肝炎疫苗；兽用牛病毒性腹泻疫苗。
5. 脂质体佐剂
- 成分：磷脂+胆固醇，包封抗原和免疫刺激分子。
- 机制：靶向树突状细胞，诱导 Th1 偏向性应答，适用于复杂病原体。
- 应用：人用疟疾疫苗、带状疱疹疫苗；兽用马立克氏病疫苗。
6. 其他佐剂
- 细胞因子，例如 IL-12 可增强免疫信号传导，并已在兽用伪狂犬病疫苗中开展试验。
- 聚合物：缓释抗原，延长免疫刺激时间，已在禽用疫苗中开展研究。
- 皂苷：例如 QS-21 可激活抗原呈递细胞，用于 AS01 系统（人用带状疱疹疫苗、兽用猪瘟疫苗）。
- 病毒体：模拟病毒结构，增强免疫原性，已在禽流感疫苗中测试。
4. 佐剂在不同疫苗类型中的应用
| 疫苗类型 | 常见佐剂 | 示例疫苗 | 产品特点 |
|---|---|---|---|
| 灭活 | 铝佐剂、MF59、AS03 | 人H1N1流感、兽医禽流感 | 增强抗体应答 |
| 减毒活疫苗 | 通常无 | 人流感、兽医新城疫 | 固有免疫原性强 |
| 病毒载体 | AS03, CpG | 人COVID-19、兽医口蹄疫 | 增强T细胞和抗体应答 |
| 病毒样颗粒 | 铝佐剂、MF59、CpG | 人HPV、兽医猪圆环病毒 | 模拟病毒结构以激发强免疫应答 |
| DNA疫苗 | 铝佐剂、CpG、脂质体 | 实验性疫苗 | 提高免疫原性 |
| mRNA疫苗 | 通常无 | 人COVID-19、兽医实验性疫苗 | 探索适用于老年动物的佐剂 |
| 蛋白亚单位 | 铝佐剂、MF59、AS04 | 人带状疱疹、兽医传染性法氏囊病 | 提高抗体亲和力并延长持续时间 |
兽医案例研究：在灭活禽流感疫苗中，MF59佐剂可提升抗体滴度，使保护率从60%提高到90%，并将抗原用量减少20%。
5. 佐剂研发进展
1. 设计原则
- 免疫需求：针对特定的免疫应答（例如，针对胞内病原体选择Th1，针对体液免疫选择Th2）。
- 靶向递送：设计靶向抗原呈递细胞（如树突状细胞、巨噬细胞）的递送系统。
- 安全性：在免疫刺激与炎症反应之间取得平衡，尽量减少注射部位反应（这对兽医疫苗尤为关键）。
- 生产便捷性：确保可规模化生产，以满足人用和兽用疫苗的成本要求。
2. 新型佐剂配方
- AS01：MPL与QS-21协同作用，增强Th1应答，在人带状疱疹疫苗中实现97%的保护率，并将兽医猪瘟疫苗的保护期延长至8个月。
- 纳米佐剂：禽流感疫苗中的纳米二氧化硅可使抗体水平提高三倍，动物研究显示免疫记忆延长6个月。
- 复合佐剂：TLR激动剂+脂质体，针对复杂病原体（如人HIV、兽医禽传染性支气管炎）。
3. 系统疫苗学
- 方法：利用转录组学和蛋白质组学分析佐剂作用机制并优化配方。
- 应用：预测不良反应并指导精准递送。例如，系统疫苗学优化了牛病毒性腹泻疫苗中的CpG配方，使炎症减少了10%。
4. 非侵入性疫苗递送
- 技术：开发经皮、鼻喷或口服佐剂递送系统，以降低给药难度，使其非常适合大规模兽医疫苗接种。
- 前景：反向疫苗学和下一代测序技术有助于开发针对人HBV和兽医猫白血病的广谱疫苗。
兽医案例研究：搭载纳米佐剂的鼻喷新城疫疫苗可将免疫时间缩短50%，达到95%的保护效果，适合大规模养殖场。
6. 选择兽用佐剂时的特殊考虑
为兽用疫苗选择佐剂还需考虑以下额外因素：
- 成本控制：兽用疫苗必须满足大规模养殖的经济性要求；纳米佐剂和脂质体需要优化生产工艺。
- 物种特异性：不同物种（如家禽、猪、牛）的免疫反应存在差异，因此需要定制化配方。鸡对TLR3激动剂反应强烈，而猪更倾向于TLR9激动剂。
- 环境因素：养殖场环境复杂；佐剂必须能够耐受高温和高湿，以避免乳剂破乳或降解。
- 不良反应：通过回温与规范操作，尽量减少注射部位肿胀（铝佐剂常见）（详见 家禽疫苗的正确使用与储存).
7. 结论
佐剂是疫苗成功的重要驱动力，可增强免疫原性、优化剂量，并拓宽人用和兽用疫苗的保护范围。纳米技术、系统疫苗学及无创递送技术的进步，将推动佐剂朝着更安全、更有效和多功能的方向发展。精准的佐剂-抗原配对，结合分子机制研究，将为应对COVID-19和禽流感等全球健康挑战提供新策略。在兽医应用中，优化后的佐剂将进一步降低养殖成本，同时改善动物健康与食品安全。
参考文献:
- O’Hagan DT 等。 疫苗佐剂的历史与未来. Nature Reviews Drug Discovery, 2020.
- WHO， 疫苗佐剂安全指南, 2023.
- Pulendran B 等。 系统疫苗学：助力理性疫苗设计. Nature Reviews Immunology, 2021.
- Veterinary Immunology and Immunopathology，佐剂特刊，2023。
