《Acta Biomaterialia》：Transmucosal delivery of a dendritic cell-targeting intranasal nanovaccine boosts HIV-1 specific mucosal and systemic immune responses
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本研究开发了一种经鼻腔递送的靶向树突状细胞（DCs）的双功能纳米疫苗DPPD2/Env/CpG@MSN，通过氨基修饰二氧化硅纳米颗粒（MSN）负载HIV-1 Env蛋白和CpG佐剂，结合DPPD2聚合物涂层实现跨黏膜穿透和DCs特异性递送，显著提升黏膜及系统性HIV-1免疫应答，特别是黏膜分泌IgA抗体水平。
作者：常尧天、辛晓倩、王同帅、刘晓攀、王清宇、史玉华、单亚明
中国吉林省长春市吉林大学生命科学学院艾滋病疫苗国家工程实验室，邮编130012
摘要
在黏膜表面诱导分泌型IgA（sIgA）对于开发能够有效预防人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）传播的疫苗至关重要。然而，黏膜屏障显著限制了抗原的吸收，导致全身性和黏膜免疫反应较弱。在这项研究中，开发了一种新型的双功能纳米疫苗，用于鼻内给药，该疫苗含有类似HIV-1天然包膜（Env）的蛋白质。具体而言，通过将靶向树突状细胞（DCs）上CD11c受体的P-D2肽与DSPE-PEG（DP）结合，合成了两亲性聚合物涂层（DPPD2）。然后使用DPPD2对氨基修饰的中孔二氧化硅纳米粒子（MSN）进行表面修饰，并装载Env和Toll样受体9激动剂CpG，从而制备出一种靶向DC的纳米疫苗。DPPD2/Env/CpG@MSN能够协同增强Env蛋白的跨黏膜穿透能力，并促进黏膜下DC的招募、抗原摄取和激活。更重要的是，我们发现DPPD2/Env/CpG@MSN能够促进黏膜相关淋巴组织（MALT）和引流淋巴结中的生发中心（GC）反应，进而显著提高局部和远端黏膜部位的HIV-1特异性sIgA抗体水平。此外，还改善了全身免疫反应，如针对异源HIV-1假病毒的血清中和抗体和全身T细胞免疫。我们的研究介绍了一种独特的功能性鼻内纳米疫苗，为开发针对黏膜病毒感染的亚单位疫苗提供了基础。
意义声明
开发有效的策略来预防HIV-1的黏膜传播对于抗击艾滋病至关重要。目前的HIV-1 Env亚单位疫苗在黏膜免疫研究中的免疫原性有限。本研究开发了一种鼻内纳米疫苗DPPD2/Env/CpG@MSN，能够协同增强Env蛋白的跨黏膜穿透及其在黏膜下DC中的摄取。结果表明，DPPD2/Env/CpG@MSN有效增强了生发中心反应和抗体产生。局部和远端黏膜部位的Env特异性sIgA抗体水平显著升高。此外，该纳米疫苗还在脾脏中引发了强烈的Env特异性T细胞免疫反应。这一设计为提高HIV-1亚单位疫苗在黏膜接种中的免疫原性提供了有希望的策略。
引言
自艾滋病出现以来，获得性免疫缺陷综合征（AIDS）一直是一个重大的全球公共卫生问题[1]。为了遏制这一全球性流行病，开发人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）预防疫苗至关重要[2]。病毒刺突包膜（Env）三聚体是疫苗开发的关键靶点[3]。目前的HIV-1疫苗接种策略主要依赖于皮下或肌肉注射。然而，这些主要旨在诱导全身性IgG或细胞毒性T细胞活性的策略在预防病毒传播方面效果有限[4]。鉴于HIV-1的初始传播主要通过黏膜进行[5,6]，黏膜接种可能是增强对HIV-1感染的免疫保护的一种更有优势的方法。重要的是，由于“归巢”现象，黏膜免疫反应不仅可以在接种部位产生，还可以在其他远端黏膜组织中产生[7]。先前的关于HIV-1和COVID-19的研究表明，针对这些传染病的鼻内免疫可以在局部黏膜相关淋巴组织（MALT）中诱导强烈的抗原特异性免疫反应，同时在远端黏膜部位产生持续的IgA和IgG反应[8,9]。因此，鼻内免疫被认为是开发HIV-1黏膜疫苗的一种可行免疫策略[10,11]。然而，鼻黏膜免疫也存在许多困难，例如鼻纤毛的运动会清除游离抗原[12]，鼻腔内的降解酶会破坏抗原表位[13]，以及黏液和上皮层会导致抗原吸收困难[14]。具有可调表面特性的纳米载体的合理设计，如功能化中孔二氧化硅纳米粒子（MSNs），已成为有效的黏膜递送工具[14,15]。纳米载体上的亲水或中性聚合物涂层可以通过增强黏液渗透来克服黏液屏障[16,17]。然而，这种策略通常会降低向上皮细胞的递送效率。相比之下，使用阳离子和疏水性聚合物已被证明可以促进跨上皮运输[18]。因此，两亲性聚合物修饰的纳米载体可能在同时增强黏液渗透和有效促进跨上皮细胞运输方面具有独特优势[8]。
纳米载体技术的最新进展突显了它们针对抗原呈递细胞（APCs）的潜力。作为最有效的APCs，树突状细胞（DCs）表现出显著的抗原摄取、处理和呈递能力[19]。此外，DCs还参与启动和调节由T细胞和B细胞介导的适应性免疫[20]。DCs的数量和功能在辅助T细胞（Th细胞）的分化中起着关键作用，这直接影响B细胞免疫反应的质量[21]。高度表达在DCs上的CD11c受体是针对DCs的理想靶点。研究表明，通过抗CD11c抗体靶向DCs可以有效地增强小鼠的体液免疫[22]。或者，CD11c结合肽也可以促进针对DCs的靶向。P-D2肽来源于细胞间粘附分子4（ICAM-4）的IgG样结构域2[23]。作为β2整合素家族的成员，CD11c对ICAM-4具有很强的结合亲和力[24]。用P-D2肽进行表面修饰可以使纳米粒子增强DC的吞噬作用和抗原呈递[25]。在黏膜免疫中，MALT中DCs的主要组织相容性复合体（MHC）分子的表达水平比脾脏高约100倍，这使得DCs成为B细胞依赖性IgA反应的主要诱导者[26]。因此，DCs对于启动黏膜免疫反应不可或缺。然而，关于针对DCs的优化纳米载体用于黏膜递送的报道有限。
在这里，我们开发了一种鼻内纳米疫苗DPPD2/Env/CpG@MSN，旨在高效地将类似HIV-1天然的Env蛋白和CpG佐剂共同递送到黏膜上皮层下的DCs。为了提高装载效率并在递送过程中保持蛋白质的结构完整性，使用氨基修饰的MSN通过静电相互作用有效地包裹蛋白质。进一步用DSPE-PEG-P-D2（DPPD2）对MSN的表面进行修饰，这是P-D2肽与DSPE-PEG（DP）的结合物，以赋予其穿透黏液的特性，并促进向DCs的靶向递送。然后我们评估了该纳米疫苗促进MALT和远端淋巴组织中DCs的抗原摄取和激活的能力，以及其对这些部位抗原特异性淋巴细胞反应的影响。此外，全面评估了DPPD2/Env/CpG@MSN的免疫原性，重点关注体液、细胞和黏膜免疫反应。这种靶向DC的纳米疫苗设计为通过鼻内给药诱导强烈的黏膜和全身免疫提供了有希望且简单的策略。
动物
所有BALB/c小鼠（雌性，6至8周龄，体重18–20克，无特定病原体）均购自辽宁长生生物技术有限公司（中国本溪）。本研究涉及动物的所有程序均符合吉林大学的实验室动物护理和使用指南，并获得了机构动物护理和使用委员会的批准（批准编号2025-YNPZSY0503）。DPPD2的合成与表征
P-D2肽（氨基酸序列：GGVTLTYQFAAGPRDK）由...DPPD2/Env/CpG@MSN的制备与表征
本研究中使用的配方详细列于表S1中，所有NP组分的完整名称列于表S2中。如图1所示，首先将游离的Env和CpG（以下简称Env+CpG）装载到MSN上形成Env/CpG@MSN。随后，通过薄膜水合法将DPPD2进一步包覆到Env/CpG@MSN上，得到DPPD2/Env/CpG@MSN。作为对照，Env/CpG@MSN还用未与P-D2肽结合的DP进行包覆（以下简称DP/Env/CpG@MSN）。讨论
由于大约90%的HIV-1传播是通过黏膜进行的[45]，因此开发针对HIV-1病毒黏膜传播的有效预防策略至关重要。开发能够引发黏膜和全身免疫反应的疫苗可能提供最佳的抗HIV-1保护。为了同时诱导针对HIV-1的黏膜和全身免疫反应，通常需要结合两种不同的疫苗接种策略，例如病毒载体疫苗和...作者贡献
概念构思：常尧天、辛晓倩；数据整理：常尧天；数据分析：常尧天、谭思伟；资金获取：辛晓倩、杨慧珊；方法学：常尧天、肖倩霞；软件使用：常尧天；可视化：肖倩霞、谭思伟、许鹏磊、曲艳婷；初稿撰写：常尧天；审稿与编辑：辛晓倩；监督：辛晓倩、杨慧珊。利益冲突声明
作者未报告任何潜在的利益冲突。补充材料所有相关材料和详细方法已在正文或补充材料中提供。
CRediT作者贡献声明
常尧天：初稿撰写、软件使用、方法学设计、数据分析、概念构思。辛晓倩：可视化、方法学设计。王同帅：可视化、数据分析。刘晓攀：可视化。王清宇：可视化。史玉华：监督、资金获取。单亚明：审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。
