《Nature Biomedical Engineering》：DNA origami vaccine nanoparticles improve humoral and cellular immune responses to infectious diseases
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这篇《自然生物医学工程》论文介绍了一种基于DNA折纸的模块化疫苗平台DoriVac。该平台可将高度保守的病毒肽抗原和CpG佐剂以精确的纳米间距共同呈递。在小鼠模型中，针对SARS-CoV-2、HIV和埃博拉病毒设计的DoriVac，相比传统的“团注”疫苗，能更有效地诱导中和抗体、Th1型CD4+T细胞和细胞毒性CD8+T细胞。人源淋巴结芯片模型验证了其诱导强大体液和细胞免疫应答的能力。携带全长SARS-CoV-2刺突蛋白的DoriVac，其免疫原性媲美现有mRNA疫苗平台。该研究展现了DoriVac作为一种多功能、可快速适配新发传染病的下一代疫苗技术的巨大潜力。
DoriVac纳米颗粒的构建
研究团队利用此前开发的方形块DNA折纸（SQB）作为疫苗纳米颗粒骨架，并赋予其新名称DoriVac。该结构的特点是能够在两个不同的界面进行精确的功能化修饰。在其平坦面上，通过DNA碱基配对以3.5纳米的精确间距连接了18个CpG寡核苷酸佐剂。在其另一凸起面上，设计了24个“手柄”位点，用于连接病原体特异性抗原。研究人员选取了SARS-CoV-2、人类免疫缺陷病毒（HIV）和埃博拉病毒的七肽重复区2（HR2）作为抗原靶点。HR2是病毒膜融合过程中的关键保守区域，在不同毒株间变异较小，是诱导交叉保护性免疫的理想靶标。通过无铜点击化学反应，将叠氮修饰的HR2肽段与带有二苯并环辛炔（DBCO）的寡核苷酸连接，形成肽-寡核苷酸复合物。该复合物再通过经典的Watson-Crick碱基配对，精准地连接到SQB的“手柄”位点上。凝胶电泳和透射电子显微镜结果证实了DoriVac的成功构建，其结构稳定，抗原负载效率高。
DoriVac在小鼠体内诱导强大的体液免疫应答
为评估疫苗效果，研究人员用携带不同病原体HR2肽的DoriVac免疫初始C57BL/6小鼠，并与包含游离肽和游离CpG的“团注”疫苗进行对比。免疫方案为在第0天和第20天进行两次皮下注射。结果显示，DoriVac处理组小鼠的B细胞表现出更强的激活标志物CD40表达，表明其抗原提呈能力增强。更重要的是，DoriVac诱导产生了更高水平的抗原特异性免疫球蛋白G（IgG）抗体。特别是针对SARS-CoV-2的DoriVac，其诱导的抗体在假病毒中和实验中表现优异，能有效阻断假病毒对表达血管紧张素转换酶2（ACE2）的细胞的感染。这些数据表明，DoriVac在诱导保护性体液免疫方面显著优于传统的混合注射方式。
DoriVac有效激活树突状细胞
强大的细胞免疫应答依赖于抗原提呈细胞的有效激活。研究发现，注射DoriVac后，小鼠引流淋巴结中的树突状细胞（DCs）总数增加，活化标志物CD86的表达也显著上调。同时，与人类浆细胞样树突状细胞（pDCs）功能类似的CD11c+Gr-1+细胞亚群比例增加，这类细胞在抗病毒免疫中可大量分泌I型干扰素。此外，DCs上的主要组织相容性复合体II类分子（MHC-II）、程序性死亡配体1（PD-L1）和CD40等共刺激分子表达也升高。特别值得注意的是，表达CD40和DEC205的DCs比例增加，表明活化的、具有内吞功能的DCs群体得到扩增。这些发现证实，DoriVac能够高效激活DCs，为后续T细胞的活化铺平道路。
DoriVac诱导强大的抗原特异性CD4+和CD8+T细胞应答
细胞免疫，特别是CD8+细胞毒性T细胞应答，对于清除细胞内病原体和提供长期保护至关重要。通过酶联免疫斑点（ELISpot）实验检测脾细胞分泌干扰素γ（IFNγ）的能力，发现SARS-CoV-2-HR2 DoriVac处理组产生了大量抗原特异性T细胞，远超“团注”疫苗组。流式细胞术进一步分析显示，DoriVac免疫后，淋巴结中CD4+T细胞的脱颗粒标志物CD107a和耗竭标志物PD-1表达上调，而调节性T细胞（Treg）的比例下降，表明Th1型辅助T细胞被有效激活且免疫抑制环境减弱。更重要的是，DoriVac显著增强了CD8+T细胞的应答：表达IFNγ和脱颗粒标志物CD107a的CD8+T细胞比例大幅增加，早期激活标志物CD69和PD-1的表达也显著升高。经CD4+T细胞去除后富集的脾细胞ELISpot实验证实，这些增强的应答是抗原特异性的。这表明DoriVac平台在诱导关键的细胞毒性T淋巴细胞反应方面具有独特优势。
人源免疫系统模型验证DoriVac功效
为评估DoriVac在人类免疫系统中的潜力，研究使用了人源淋巴结芯片和扁桃体类器官模型。在人单核细胞来源的树突状细胞中，DoriVac处理可上调CD86、CD40、人类白细胞抗原-DR（HLA-DR）和CD83等激活标志物的表达，并促进促炎细胞因子的分泌。在淋巴结芯片中接种疫苗9天后，DoriVac在部分供体中诱导了更强的CD4+和CD8+T细胞激活，表现为肿瘤坏死因子（TNF）和白细胞介素-2（IL-2）的表达增加，并产生了更多能同时分泌IFNγ、TNF和IL-2的多功能T细胞。此外，DoriVac还诱导了针对多种SARS-CoV-2刺突蛋白变体的广泛抗体反应。这些结果在扁桃体类器官模型中得到进一步验证，表明DoriVac能够有效激活人源T细胞。
DoriVac平台可适配全长蛋白抗原并与mRNA疫苗效果相当
为展示平台的通用性，研究进一步将全长蛋白抗原（如SARS-CoV-2刺突蛋白、乙型肝炎表面抗原（HBsAg）和猴痘病毒抗原）连接到DoriVac上。在与现有mRNA-脂质纳米颗粒（mRNA-LNP）疫苗的头对头比较中，携带全长SARS-CoV-2刺突蛋白的DoriVac在小鼠中诱导了强劲的细胞和体液免疫应答。在诱导树突状细胞动员、CD4+和CD8+效应T细胞活化、IFNγ分泌以及中和抗体产生等方面，DoriVac的表现与mRNA-1273和BNT162b2疫苗相当，甚至在部分指标和时间点（如早期抗体反应）上更优。值得注意的是，在高剂量BNT162b2组观察到了更强的PD-1上调，提示可能存在T细胞耗竭，而DoriVac组未观察到类似现象。此外，DoriVac通过皮下或肌肉注射均能诱导强效且持久的免疫反应，其诱导的抗原特异性T细胞应答可持续至少18周。
总结与展望
综上所述，DoriVac作为一种基于DNA折纸技术的模块化疫苗平台，成功展示了其对抗新发传染病的潜力。其核心优势在于：1) 精确的空间控制：能够以纳米级精度共定位抗原与佐剂，优化免疫识别与激活；2) 强大的免疫诱导能力：可同时激发强大的中和抗体、Th1型CD4+T细胞和细胞毒性CD8+T细胞反应，这对应对病毒变异和提供长期保护至关重要；3) 高度的模块化与适应性：其“即插即用”的设计允许快速更换不同的肽段或全长蛋白抗原，可迅速应对新出现的病原体或变异株；4) 良好的稳定性与制备便利性：DNA折衣结构稳定，无需苛刻的冷链保存，生产工艺相对成熟、可扩展。该研究为开发新一代多功能疫苗提供了概念验证和技术蓝图。未来，通过优化抗原选择、探索更多病原体靶点、进行更长期的保护效力评估以及开展临床前安全性研究，DoriVac有望发展成为应对当前及未来传染病威胁的强大工具。
