毕毓彤，周萌萌，李承禹，陈孝起，李彦涛，肖继君*

（1. 河北科技大学材料科学与工程学院航空轻质复合材料与加工技术河北省工程试验室河北省材料近净成形技术重点试验室河北省柔性功能材料重点试验室，河北石家庄050018；2. 河北省科学院能源研究所，河北石家庄050081；3. 河北工业大学材料科学与工程学院，天津300130）

纳米材料具有良好的生物相容性、黏膜吸收性、生物降解性、易加工等优点。因此，纳米技术和纳米材料科学的发展及应用在近年来得到各行各业的广泛关注，尤其是在生物医药领域的研究进展。纳米材料表面可控，通常通过包埋、吸附和化学键合等方式将药物与粒子紧密结合，并传输到动物机体发挥作用[1-3]，能促进功能分子进入细胞，保护DNA 和蛋白质不被降解[4]。因此，纳米材料在疫苗和药物方面的研究越来越多[5]。目前，随着对纳米粒子的应用研究，聚合物纳米材料因其优异的生物相容性和低黏膜粘附毒性[6]、结构稳定和高度药物释放可控性可提高药物的稳定性和利用率，并且因其在机体的储存作用、靶向作用、调控作用且易于表面修饰，具有稳定性好、安全性好等特点，在生物疫苗佐剂领域的应用越来越广泛[7-8]。

文章从聚合物纳米材料的种类、作用机理及研究应用现状等方面总结聚合物纳米颗粒佐剂、聚合物纳米胶束和聚合物纳米乳液在生物疫苗佐剂领域的应用与研究进展。

1 聚合物纳米颗粒佐剂

聚合物颗粒最先在1976年由Kreuter 等[9]报道出其佐剂特性。聚合物纳米颗粒不仅可以保护抗原免受酶解，且具有抗原储存效应、APC 靶向性、免疫调控等作用，还具有易于表面修饰、稳定性好和安全性高的优点[10]。基于聚合物纳米颗粒的独特优势，已成为近年来疫苗佐剂的热门研究方向之一。

1.1 聚乳酸（PLA）类纳米颗粒佐剂

随着聚合物纳米材料在生物领域的深入研究，生物相容性优良的聚乳酸材料得到众多科研学者的关注与探究。自1995年，美国FDA（Food and Drug Administration）批准聚乳酸及其衍生物可以作为药用辅料进行临床应用[11]，聚乳酸纳米材料在药物释放领域及生物免疫学领域的应用越来越广泛[12-14]。

Tukhvatulin 等[15]制备的PLGA 纳米颗粒，配合抗原使用，在小鼠试验中表现出体液免疫和细胞免疫均得到增强；与使用非聚合物纳米粒子的佐剂相比，抗原的保护效力提高10 倍左右。2009年，Jain 等[16]发现，PEG-PLAPEG 嵌段共聚物包埋乙肝表面抗原疫苗颗粒可以增强黏膜摄取，引起有效的免疫应答，试验证明合成的纳米粒子可作为口服免疫载体发挥作用。Thomas 等[17-18]采用双相乳液溶剂蒸发法制备带正电荷的聚乳酸-羟基乙酸共聚物包埋重组乙肝表面抗原（PLGA-HBsAg）颗粒，经肺部给药后结果表明，带有正电荷的颗粒可产生全身体液和黏膜免疫反应，且相比未用正电荷修饰的颗粒更有效。徐婧[19]制备带正电荷的粒径分别为100 nm、300 nm、1 μm的聚乳酸纳米颗粒，并将OVA 吸附在聚乳酸颗粒表面，通过肌肉注射的方式对小鼠进行免疫，经过小鼠抗原特异性表达和脾细胞体外培养试验。结果表明，合成的聚合物纳米颗粒具有明显的佐剂效果，随着粒径的减小聚乳酸颗粒佐剂效果更明显，可以得出结论带正电荷的聚乳酸颗粒是一种非常具有潜力的佐剂。张威风[20]采用微孔膜乳化技术制备粒径均一的微球，与OVA 和流感裂解疫苗分别制备成亚单位疫苗，并研究粒径、表面电荷、共用免疫增强剂和抗原装载方式对微球佐剂效果的影响及作用机制，为聚乳酸纳米颗粒在疫苗佐剂领域的应用发展提供参考。

此外，其他聚合物纳米颗粒在疫苗佐剂的应用也有研究，例如聚谷氨酸纳米颗粒[21-22]、聚赖氨酸纳米颗粒、聚己内酯纳米颗粒[23]等多种聚合物纳米粒子作为疫苗载体或佐剂活性已有相关报道。

1.2 壳聚糖类纳米颗粒佐剂

壳聚糖是一种天然多糖类阳离子高分子材料，具有生物相容性良好、生物降解性好和低毒性等优点，在药物领域壳聚糖同样得到广泛研究与应用[24-25]。壳聚糖在机体内可以提高巨噬细胞和多形核细胞的聚集和活化。因此，Gordon等[26]和Reed等[27]研究发现，壳聚糖纳米颗粒作为免疫佐剂应用时可明显增强局部反应和系统的抗体反应。壳聚糖纳米颗粒作为佐剂具有黏膜吸附性[27]、免疫刺激活性[28]、促渗作用[29]、缓释和控制作用[25]以及特异靶向性[30]，其作用机理主要是抗原储存作用[31]、靶向作用[32]、免疫调节作用[33]和抗原提呈作用[34]。基于壳聚糖及其衍生物纳米颗粒的特性，在疫苗佐剂领域的研究与应用值得深入探讨[35-36]。

董浩苏等[37]采用壳聚糖纳米粒子为鱼类疫苗佐剂，研究该佐剂的免疫增强作用，发现该佐剂负载蛋白ETAE-1227 在斑马鱼进行免疫测试后，免疫性能与油佐剂相当，在未来可作为新型佐剂进行进一步研究。壳聚糖作为疫苗佐剂是安全有效的，且是一种有潜力的可应用于流感疫苗的引导黏膜免疫的佐剂[38-40]。Svindland等[41]研究发现，含壳聚糖佐剂的H5N1流感疫苗经小鼠鼻腔免疫可以明显诱导流感病毒特异性抗体分泌细胞，能刺激机体在局部和全身产生高浓度抗体。该佐剂是一种具有潜力的流感疫苗佐剂，可进行下一步的临床研究试验。Alginate 等[42]采用海藻酸钠包被壳聚糖纳米颗粒作为甲型肝炎抗原的载体，对小鼠进行免疫应答试验，通过提高血清转化率，甲型肝炎抗体水平和脾细胞增殖可知该佐剂可以明显提高免疫原性，刺激机体产生体液免疫和细胞免疫应答，具有平衡Th1/Th2 免疫响应的作用。

此外，壳聚糖纳米颗粒也可以应用于热裂谷热病毒灭活抗原的载体，经免疫后，动物机体的中和抗体效价和免疫球蛋白G（IgG）效价得到显著提高，白细胞介素-2（IL-2）和干扰素（IFN-r）表达相应增加，促进Th1 型免疫应答[43]。众多研究学者聚焦于其他天然有机高分子聚多糖聚合物，如海藻酸盐[44-45]是来自藻类细胞壁的阴离子多糖聚合物，海藻酸盐对单核细胞、巨噬细胞具有显著的活性激发作用和佐剂作用。研究报道，海藻酸盐以共价键、纳米凝胶和微粒的形式在亚单位疫苗进行应用。透明质酸是一种线性黏多糖，由D-葡萄糖醛酸和葡萄糖醛酸的双糖重复单元组成，通过离子络合作用与脂质体形成复合物，可负载蛋白等，通过刺激机体产生黏膜免疫反应[46]。

1.3 聚丙烯酸（PAA）类纳米凝胶颗粒佐剂

聚丙烯酸材料具有安全、无毒、生物相容性好等优点，因此在生物医用材料得到广泛的应用。并且该材料与灭活病毒抗原经物理混合后进行机体免疫可诱导机体产生免疫应答[47-51]。

聚丙烯酸类纳微粒凝胶可促使抗原在注射位点形成储存库产生持续释放抗原效应，并刺激机体产生短的炎症反应从而诱导机体固有免疫系统发挥作用，抗原和蛋白在聚丙烯酸佐剂表面有很强的吸附力且安全性好[52-53]。基于以上原因，聚丙烯酸类材料及其衍生物在免疫佐剂领域具有广阔的应用前景。

聚丙烯酸水凝胶是一种高分子性能的特异性水溶有机高分子，水凝胶载体可以控制外界条件在一定的速率下释放药物[54]。Yoshida 等[55]制备具有pH 值响应性聚合物载体聚（甲基丙烯酸乙二醇）水凝胶，采用鸡卵清蛋白（OVA）和霍乱毒素（CT）为抗原模型，通过体外掺入和释放试验显示，该载体可以增加血浆的抗体IgG 水平，是一种有前途的口服疫苗载体。揭少卫等[56]制备具有pH 值敏感性壳聚糖/聚丙烯酸水凝胶磁微球，并研究该水凝胶磁微球对蛋白物质的吸附和释放。因此，该聚合物水凝胶在疫苗佐剂的领域具有很高的潜在应用价值。

2 聚合物纳米胶束佐剂

聚合物纳米胶束是将具有亲水和疏水基团的两亲嵌段共聚物在水中的自组装形成，具有核-壳结构的纳米胶束，由共聚物形成的纳米胶束有载药量高、载药范围广、稳定性好、体内滞留时间长等特点，使用聚合物纳米胶束可提高药物的稳定性和生物利用度等[57-58]。近年来，聚合物纳米胶束在疫苗和医药领域得到研究者的广泛关注[59]。

Li 等[60]研究1 种两亲性嵌段胶束，可将负载的抗原（OVA）和免疫刺激佐剂（CL264）递送至树突状细胞，在一定程度上促进树突状细胞的摄取、细胞因子的产生和抗原向T 细胞的交叉呈递，促使动物机体产生强烈的细胞免疫。进一步的小鼠试验证明，该胶束的递送系统进行免疫，明显阻止小鼠的肿瘤生长。罗资超等[61]制备一种由聚赖氨酸和聚亮氨酸合成的纳米胶束，通过负载OVA 研究其免疫机理，经过小鼠试验可知该聚多肽纳米胶束是一种优良的疫苗载体，除可提高树突状细胞对抗原的摄取，还可以增强体液免疫。师帅等[62]采用聚乙二醇-聚己内酯合成骨架，通过与乙烯亚胺结合形成阳离子纳米胶束，通过正负电荷的物理吸引完成对蛋白类抗原的表面吸附，采用简单的电荷吸附完成抗原的装载与吸附，增强机体对抗原的免疫应答；该纳米佐剂具有低毒性、优秀的生物相容性、较好的免疫性以及优越稳定性。Song等[63]通过对聚（γ-谷氨酸）纳米胶束中的多价羧基进行胺化，胶束的尺寸变小，通过模拟病原体进入淋巴结的引流试验，研究表明，该胶束可激发淋巴结中炎症小体和固有免疫系统。2020年，史林启等[64]公开1 种可控捕获、释放抗原的纳米复合胶束癌症疫苗的制备方法，该疫苗的机制建立在PCL-b-PEG/PCL-b-PAE 复合胶束，依靠pH 值响应链段PAE 在不同pH 值条件进行疏水微区捕获抗原和释放抗原，该胶束合成方法简单，在癌症疫苗领域具有广泛的研究及应用前景。

3 聚合物纳米乳液佐剂

油乳佐剂属于一种贮存型佐剂[65]，以矿物油加小分子乳化剂（如span-85 或Tween-80）及稳定剂（硬脂酸铝）为连续油相，再与适当的抗原水溶液（分散相）混合乳化成油乳型佐剂。油乳佐剂在兽用生物制品中应用较多。油乳佐剂通常分为3种类型：水包油型、油包水型、水包油包水型佐剂[66]。因油乳佐剂含有矿物油，注射后往往引起动物机体组织炎症、动物发热等副反应。因此，采用聚合物与乳化剂和少量的油制备的聚合物纳米乳液，可以有效避免炎症，减少副反应的发生，且具有较好的免疫性能。

潘京学等[67]发明1 种动物疫苗的聚合物佐剂及其应用，将聚合物与乳化剂和助剂以一定的条件下制备成聚合物组合佐剂，抗原以储存的形式在聚合物形成的囊泡中被包裹，也可以被聚合物均匀吸收，分布在聚合物内，该佐剂可辅助禽畜类疫苗发挥作用。史记华等[68]公布1 种聚丙烯酸类聚合物用于动物疫苗佐剂的研制方法，采用乳化剂合成的聚丙烯酸类聚合物佐剂，该佐剂诱导了强烈的免疫反应，并实现快速免疫保护和长期持续免疫保护，同时具有较好的生物相容性和生物可降解性。

4 结论

疫苗是防控传染性疾病发生的重要措施之一，因此生产和使用安全有效的疫苗尤为关键。在疫苗的生产制备中，佐剂的添加尤为重要，佐剂的使用可以增强疫苗的免疫原性、减少抗原用量、提高安全性和稳定性等。聚合物纳米材料与抗原结合后经免疫可在机体产生储存库效应，且抗原提呈细胞对聚合物纳米粒子吞噬作用可激发固有免疫系统并刺激产生特异性免疫反应。聚合物纳米佐剂因其具有良好的诱导体液免疫和细胞免疫的能力，成为最有潜力的疫苗佐剂之一。

聚合物纳米材料的潜在佐剂作用受许多因素的影响，如免疫机体之间的种类差异、免疫系统的差异和纳米粒子对机体的毒理性能都将影响聚合物纳米材料是否依然保持佐剂活性；聚合物纳米佐剂的形貌、表面化学性质、载体对抗原的释放平衡等对也会对机体免疫性能产生影响；聚合物纳米材料在制备过程中有机溶剂的含量对机体产生毒性等问题。因此，在未来的研究中将深入研究聚合物纳米材料与机体免疫的作用机理；聚合物纳米材料包被抗原的储存与释放稳定性及其对免疫机体的毒理作用等问题。随着未来对聚合物纳米佐剂材料作为佐剂及其作用机理的深入研究，必将制备出安全、稳定、高效的聚合物纳米佐剂，聚合物纳米材料作为新型生物疫苗免疫佐剂必将在传染性疾病的预防中发挥重要作用。