華中農大在納米疫苗免疫治療細菌性肺炎研究上獲進展

抗生素的過度使用已成為當前全世界面臨的嚴峻公共衛生問題,而疫苗是抗細菌或病毒感染最為經濟有效的管道。多數細菌在整個生命週期中會分泌外膜囊泡,它們具有不可複製的雙層結構,並含有大量毒力相關蛋白,可以用作潜在的細菌疫苗候選抗原。更為重要的是,納米疫苗在免疫過程中形成的記憶細胞可有效預防細菌的二次感染。

近日,華中農業大學理學院韓鶴友教授團隊在納米疫苗免疫治療細菌性肺炎研究上獲進展,相關成果以“Enhancing antibacterial immunotherapy for bacterial pneumonia via nanovaccines coated with outer membrane vesicles”為題在Chemical Engineering Journal雜誌上線上發表。

抗生素的過度使用已成為當前全世界面臨的嚴峻公共衛生問題,而疫苗是抗細菌或病毒感染最為經濟有效的管道。多數細菌在整個生命週期中會分泌外膜囊泡(OMV),它們具有不可複製的雙層結構,並含有大量毒力相關蛋白,可以用作潜在的細菌疫苗候選抗原。

圖1細菌外膜囊泡包裹的納米疫苗調控抗菌免疫的示意圖

韓鶴友教授團隊巧妙地利用細菌分泌的外膜囊泡製備了一種納米疫苗,通過刺激機體免疫反應治療銅綠假單胞杆菌(P. aeruginosa)感染的細菌性肺炎。如圖1所示,為了引起足够的抗原特异性免疫,研究採用樹枝狀介孔有機矽納米顆粒(DMON)為載體負載適量佐劑脂多糖(LPS),並在外層包裹OMV抗原,合成了一種具有良好生物相容性的納米疫苗。將此納米疫苗注射到小鼠體內後,可快速被樹突狀細胞(DC)捕獲並交叉呈遞到淋巴結內,並刺激DC成熟;成熟DC表面的組織相容性複合體I(MHC-I)可識別CD8 T細胞引起細胞免疫;同時,成熟DC表面的MHC-II又可被輔助T細胞識別,引發後續的體液免疫,最終通過細胞免疫和體液免疫實現對肺炎的免疫治療。更為重要的是,納米疫苗在免疫過程中形成的記憶細胞可有效預防細菌的二次感染。

圖2LPS@DMON@OMV納米疫苗的活體免疫評估

如圖2所示,活體實驗表明,納米疫苗在三維空間上更有利於被DC內化保證足够的抗原攝入,通過交叉呈遞能够與T細胞表面的TCR進行相互作用,並配合輔助分子的相互作用啟動T細胞(圖1和圖2b)。小鼠三次接種納米疫苗後,可快速有效的啟動免疫系統,產生毒性CD8+T細胞,有高達普通疫苗180倍的抗體滴度。同時,在短期內,納米疫苗可以在體內安全代謝,表現出良好的生物相容性。

圖3治療和預防效果評估

動物感染模型表明(圖3a),免疫後小鼠的血清可以有效清除小鼠體內的細菌,降低了肺部的細菌負載量,使之達到正常水准。

本研究相關成果為解决肺部深層組織感染提供了治療策略,同時為設計抗菌、抗病毒納米疫苗提供了新思路。研究得到了“國家自然科學基金”(21778020)等項目的資助。

【英文摘要】

The increase in drug-resistant microbial infections and the reduction in the number of approvals for new antibiotic categories make engineered biological agents difficult to use in traditional therapies.Here,we reported a nanovaccine encapsulated in the bacterial outer membrane vesicles(OMVs)to enhance the antibacterial immunotherapy of bacterial pneumonia.Using Pseudomonas aeruginosa as a model pathogen,we successfully synthesized theLPS@DMON@OMV nanovaccine using the non-replicable bacterial OMV as the antigen and LPS as the adjuvant.When injected subcutaneously,the vaccine induced rapid activation and maturation of dendritic cells(DCs)in the lymph nodes of immunized mice.The specific antibody titer stimulated by nanovaccine was 180 times higher than that stimulated by free OMV,and it can also stimulate the generation of more toxic T cells to eliminate bacteria in the body.In addition,the nanovaccine can also stimulate the body to form immune memory.The specific antibodies and memory T cells in the body can be retained for up to three months,which can prevent the risk of bacterial infection.These results indicate that the use of natural bacterial membranes to encapsulate synthetic nanoparticles has great prospects in the design of effective antibacterial vaccines.

論文連結:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135040

本文標題: 華中農大在納米疫苗免疫治療細菌性肺炎研究上獲進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656003725534432
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