综述：用于局部富集和重编程免疫细胞的抗原递送生物材料

《Journal of Controlled Release》：Antigen-delivering biomaterials for local enrichment and reprogramming of immune cells

悉尼·N·惠勒 | 亚伦·H·莫里斯
密歇根大学生物医学工程系，美国密歇根州安娜堡

**摘要**
适应性免疫细胞对特定抗原具有高度特异性，其抗原识别和激活过程需要精确的相互作用。中枢性和外周性耐受机制通常能确保自身反应性B细胞和T细胞克隆不会因自身抗原而成熟和激活，但这些机制的失效会促进自身免疫性疾病的发展。治疗这类疾病的一种有前景的策略是通过生物材料平台递送与疾病相关的抗原和其他免疫调节剂来重新编程致病细胞。本文综述了用于在体内富集和重新编程自身反应性免疫细胞的抗原递送微粒、人工抗原呈递细胞、生物材料支架和微针方面的进展。

**引言**
免疫系统保护个体免受多种病原体的侵害，在脊椎动物中由先天性和适应性免疫反应共同构成[1]。先天性免疫系统包括自然杀伤细胞和肥大细胞，以及巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞等吞噬细胞。先天性免疫与快速反应相关，能够广泛应对组织损伤和病原体相关的分子模式[2]。适应性免疫系统包括B细胞和T细胞等淋巴细胞，其抗原特异性反应需要数天或数周的时间来发展。B细胞和T细胞的特异性是通过膜结合的B细胞受体（BCR）和T细胞受体（TCR）实现的。淋巴细胞不仅能够有效清除特定病原体，还能产生记忆反应，从而在后续接触病原体时产生更快、更强的免疫反应[2]。

在淋巴细胞对外周抗原作出反应之前，B细胞首先在骨髓中成熟，T细胞则在胸腺中成熟。在成熟过程中，高亲和力结合自身抗原的B细胞和T细胞克隆会被清除、经历受体编辑或变得无反应性，但中枢性耐受并不完美，自身反应性B细胞和T细胞仍可能逃逸并迁移到外周[2][3][4]。一旦进入脾脏和淋巴结等次级淋巴组织，成熟的但尚未接触过抗原的B细胞和T细胞还会受到外周性耐受机制的调控。在外周耐受过程中，抗原在没有共刺激分子表达的情况下被呈递，从而防止自身反应性B细胞和T细胞的激活并促进其耐受性的形成。这可能导致这些细胞的清除、无反应性或某些情况下诱导出调节性细胞[2][3][4]。最终，中枢性和外周性耐受机制阻止了自身反应性克隆的成熟，使具有成熟抗原识别能力的幼稚B细胞和T细胞得以生成。

对于B细胞和T细胞而言，抗原识别通过不同的途径实现。B细胞可以独立结合并识别病原体，而T细胞只有在主要组织相容性复合体（MHC）的呈递下才能识别抗原，在人类中称为人类白细胞抗原（HLA）[2][5][6]。MHC分为两类：MHC I类分子，所有有核细胞都用它来向CD8细胞毒性T细胞、γδ T细胞和自然杀伤细胞展示细胞内抗原；MHC II类分子，由树突状细胞、巨噬细胞和B细胞等抗原呈递细胞使用，主要向CD4辅助T细胞展示细胞外抗原[2][5][7]。抗原识别只是抗原特异性B细胞和T细胞激活、存活及分化为效应细胞所需的信号之一[5][8][9]。抗原识别后，B细胞需要第二个激活信号，这通常由辅助T细胞提供。在这种情况下，B细胞处理并将在MHC II上呈递的抗原传递给辅助T细胞，后者再提供共刺激信号，驱动B细胞增殖、分化为浆细胞或记忆细胞，并诱导Ig类别转换。B细胞也可以独立于T细胞被激活，但依赖T细胞的激活通常更强且持续时间更长[5][8][9]。同样，T细胞也需要三个激活信号。当TCR识别MHC上呈递的抗原时，抗原呈递细胞提供共刺激信号和细胞因子，促进T细胞增殖并分化为不同类型的效应细胞[2][7]。总体而言，抗原识别和激活过程使得抗原特异性适应性免疫细胞能够精确分化为最适于对抗特定病原体的亚群。

B细胞和T细胞的激活过程复杂，并受到中枢性和外周性耐受机制的调控，以防止异常细胞激活。然而，当自身耐受机制失效时，B细胞和T细胞会对自身组织产生失调反应，从而导致自身免疫性疾病的发展。自身免疫性疾病的严重程度、组织特异性位置和效应机制各不相同，但通常会降低患者的生活质量[2]。自身免疫的发病率正在上升，虽然目前没有永久性的治愈方法，但已有疾病修饰疗法（DMTs）可用[10]。FDA批准的DMT作用机制包括抑制炎症细胞因子、B细胞和T细胞功能以及细胞内激酶的药物。不幸的是，这些全身性疗法具有非特异性，会针对一般的炎症过程，导致患者之间的安全性和疗效存在差异[11][12]。最近的研究方向已从广泛的免疫抑制治疗转向开发能够恢复对自身抗原耐受性并减轻疾病负担的抗原特异性免疫疗法，同时不损害对其他病原体的免疫反应[3][10][13][14]。

外源性抗原递送已成为开发抗原特异性免疫疗法的关键步骤[15][16][17]。自18世纪疫苗接种以来，有目的的抗原递送已成为全球抗击传染病的重要工具[18]。疫苗可以以多种形式递送病原体：减毒活疫苗、灭活疫苗、复制缺陷疫苗、亚单位疫苗或结合疫苗，并且可以（但不一定）添加佐剂以增强免疫反应[19]。例如，麻疹、腮腺炎和风疹（MMR）联合疫苗是一种临床批准的减毒活疫苗。通过接种MMR疫苗，个体的免疫系统会被训练，产生记忆B细胞和T细胞，这些细胞在未来遇到麻疹、腮腺炎和风疹时能够重新激活。每种疫苗都是针对特定抗原设计的，因此MMR疫苗不能同时保护个体免受其他病毒的侵害。关于疫苗在抗击传染病方面的内容超出了本文的范围，但我们推荐读者参考相关综述[18][19][20][21][22]。虽然传统疫苗旨在增强对特定病原体的免疫反应，但抗原递送技术也被用于开发耐受性疫苗。耐受性疫苗的目标是通过扩增现有的调节性细胞群和/或重新编程抗原特异性效应B细胞和T细胞为调节性表型来恢复自身耐受性（定义为对特定抗原无炎症免疫反应）。一种方法是在无炎症条件下通过递送自身抗原来靶向抗原呈递细胞，下调共刺激分子，促使抗原呈递细胞向调节性表型转变。这样的耐受性抗原呈递细胞有望促进抗原特异性B细胞和T细胞的无反应性、凋亡以及分化为Bregs和Tregs，从而改善疾病结局[12][15][17]。

在过去三十年中，抗原递送技术已扩展到结合抗原递送与宿主对生物材料的反应，以实现局部抗原特异性细胞招募和重新编程（图1）[23]。这些材料被用作研究工具、诊断工具和治疗手段，其中大部分研究集中在自身免疫性疾病领域[13][14][24][25][26][27]。生物材料作为抗原递送载体具有优势，因为它们可以提高药物稳定性并实现向目标细胞的精确递送。此外，生物材料可以通过多种机制（如扩散、降解等）实现载药的持续释放，延长治疗作用时间并减少给药次数[24]。理想的抗原递送生物材料应兼具这些优点，同时确保可重复性和生物相容性。本文将重点介绍注射型微粒系统、人工抗原呈递细胞、可植入生物材料支架和微针在体内抗原递送方面的进展（图2）。其他重要的抗原递送技术，如可溶性抗原注射、纳米颗粒（NPs）和脂质体制剂等，虽然不在本文讨论范围内，但已有许多相关综述[28][29][30][31][32][33]。

**部分内容摘要**
**微粒**
微粒（MPs）广泛用于药物递送，因为它们能够持续释放药物同时保护其免受恶劣生理条件的影响[34]。合成微粒还被证明可作为佐剂，并可通过不同聚合物、靶向配体等进行修饰，以提高对目标细胞的递送效率[35][36]。递送途径是影响疗效的另一个重要因素，目前已研究了多种递送方式。

**人工抗原呈递细胞**
人工抗原呈递细胞（aAPCs）利用合成肽负载的MHC来刺激抗原特异性T细胞，无需依赖抗原呈递细胞[67]。虽然aAPCs可以使用可溶性多聚体实现功能化，但更多研究集中在基于纳米颗粒（NP）和微粒（MP）的平台上。这些颗粒可以通过肽-MHC复合物、共刺激分子和其他免疫调节因子进行功能化，从而直接呈递抗原并调节免疫反应。

**生物材料支架**
另一种常见的抗原递送平台是三维网络结构，如聚合物支架和水凝胶。生物材料支架在植入或注射部位保持稳定，常被用作局部释放免疫调节剂的载体系统[119]。大量研究致力于优化支架材料的孔径、机械性能和降解速率，以精细调节机体对这些材料的反应。

**微针**
微针（MNs）是一种自我施用的贴片，其凸起部分可穿透皮肤实现药物经皮递送，同时减少疼痛[168]。实心、可降解和中空的微针分别通过药物涂层的剥离、封装载药的扩散和液体药物的注射来实现递送[169]。抗原递送微针主要针对皮肤中的记忆T细胞以及树突状细胞（DCs）和朗格汉斯细胞（LCs）等抗原采样和迁移能力强的抗原呈递细胞。

**结论与展望**
适应性免疫细胞是高度特异性的细胞，能够协调针对特定抗原的各种免疫反应。B细胞和T细胞的抗原识别过程不同：B细胞能够独立识别病原体，而T细胞则需要通过MHC（HLA）和抗原呈递细胞来识别抗原。这种精确的激活过程确保B细胞和T细胞分化为最适于应对特定病原体的亚群，同时避免自身反应性克隆的成熟。

**作者贡献声明**
悉尼·N·惠勒：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、概念构思。
亚伦·H·莫里斯：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。

**利益冲突声明**
无。

**致谢**
本研究部分得到了NIH资助（项目编号R01AI198663，资助者A.H.M）以及NIH组织工程与再生培训项目（项目编号DE007057-43，资助者S.N.W.）的支持。本文中的任何观点、发现、结论或建议仅代表作者本人，并不一定反映NIH的观点。