引言

疫苗是人類歷史上最重要的發明之一，其徹底改變人類的生命健康安全。通常，疫苗的作用是觸發先天免疫反應并刺激抗原呈遞細胞，從而產生針對特定病原體抗原的防御性適應性免疫反應。佐劑是一種關鍵成分，通常用作添加劑，以提高疫苗的效力和免疫原性。90多年來，佐劑一直是許多人類疫苗的重要成分，通過增強、調節和延長免疫反應來提高其療效。

目前，歐洲藥品管理局和美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的絕大多數人類使用的疫苗都使用鋁鹽作為佐劑，這是疫苗配方中使用最古老的佐劑。為了提高疫苗的安全性和有效性，增加新佐劑的種類和數量是非常必要的。納米技術和分子生物學等現代技術的進步有力地促進了對佐劑成分的開發過程，從而提高了疫苗的效力。一種好的佐劑必須是安全的、有效的、易于生產的；具有良好的藥用特性（pH值、滲透壓、內毒素水平等）和耐用性；最后，在經濟上也可承受。微粒、乳液以及免疫刺激劑在疫苗生產中顯現出巨大的潛力。

一、疫苗佐劑的發展史

疫苗佐劑研究領域自20世紀初成立以來取得了顯著進展。隨著傳染病越來越普遍，免疫接種已成為限制其傳播和減少相關危害的最有效方法。然而，早期的疫苗往往被證明是無效的，因為單獨純化的抗原無法引發足夠強的免疫反應。為了克服這一挑戰，人們在疫苗中引入了佐劑，佐劑是添加到疫苗中以增強其免疫原性的材料，從而增強它們的有效性。

現代佐劑的發展是一個緩慢而富有挑戰性的過程。研究人員的目標是研制出能在保持安全的同時誘導強烈免疫反應的疫苗。這項工作包括有選擇地將確定功效的分子和制劑結合在一起，并同時探索發現更多的天然和合成化合物。

鋁鹽是第一種被發現的佐劑，可以增強對疫苗的免疫反應，以對抗乙型肝炎、破傷風、白喉、百日咳和人乳頭瘤病毒等疾病。鋁鹽的有效性歸因于它們在注射部位形成抗體貯庫、誘導炎癥以及激活樹突狀細胞和T細胞的能力。然而，盡管鋁佐劑在疫苗中已經使用了70多年，但其確切的免疫機制仍不完全清楚。

20世紀90年代后期的佐劑發展包括水包油乳液。這些乳液有助于抗原在較長時間內緩慢釋放，激活先天免疫系統，并誘導體液和細胞免疫反應。這種乳液最早應用于Fluad，這是一種針對65歲以上成年人的季節性流感疫苗。其他獲得FDA許可的佐劑包括MF59，一種水包油乳液佐劑，含有角鯊烯、一種可生物降解的油和一種表面活性劑，用于流感疫苗；AS03 ，包含a-生育酚、角鯊烯和一種表面活性物質，用于H1N1流感疫苗和一些大流行性的流感疫苗；以及AS01，一種脂質體和單磷酸脂質a的混合物，已用于RTS，S/AS01瘧疾疫苗和Shingrix 帶狀皰疹疫苗。近幾年，新型的疫苗佐劑，如TLR9激動劑CpG-1018也獲得FDA批準應用于乙型肝炎疫苗Heplisav-B的佐劑。

盡管還有許多其他佐劑在臨床前模型中顯示出高效力，但由于安全性或耐受性問題，大多數佐劑尚未獲得人類使用許可。此外，包括明礬、MF59和AS0系統佐劑在內的現有佐劑如何在人類中發揮作用的分子機制仍不完全清楚。

二、佐劑的益處與效果

總的來說，疫苗佐劑在提高疫苗的有效性和可及性以及減輕全球傳染病負擔方面發揮著至關重要的作用。它們的用途和其他實際應用詳細如下：

（1）緩解有限的疫苗供應：佐劑可以增強免疫反應，從而減少疫苗劑量，實現充分保護。這緩解了醫療系統的壓力，并增加了那些無法接受多次劑量的人的可及性。

（2）實現快速免疫反應：佐劑刺激對疫苗抗原產生更強、更持久的反應，提供更好的保護。

（3）擴大抗體反應：佐劑擴大了對具有顯著抗原漂移或毒株變異的病原體的抗體反應，這對流感、人乳頭瘤病毒（HPV）和瘧原蟲等疾病至關重要。

（4）增強抗體反應的幅度和功能：佐劑不僅增加抗體反應的幅度，還增加其功能、親和力或免疫系統產生的功能性抗體的數量。

（5）增強T細胞反應：許多新型的疫苗佐劑可以誘導T輔助細胞更有效地參與，以優化抗體反應的質量和持久性，或誘導可以靶向和消除細胞內病原體的效應CD4+或CD8+T細胞。因此，新疫苗可能包括toll樣受體（TLRs）和其他先天免疫受體的激動劑，以促進T輔助細胞反應的產生。這種方法能夠克服傳統佐劑的局限性，創造更有效的疫苗，對更廣泛的病原體提供持久的保護。

（6）開發新疫苗：佐劑對于開發傳統疫苗無效的疾病疫苗、增強免疫反應和靶向多種病原體菌株至關重要。它們可以增強對疫苗的免疫反應，并有助于靶向多種病原體。

（7）提高安全性：通過增強免疫反應，佐劑可以降低疫苗相關的不良事件風險。

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三、佐劑的種類及其作用機制

鋁佐劑

鋁佐劑是第一批用于授權人類疫苗的佐劑，并且仍然是使用最廣泛的佐劑。它們由氫氧化鋁、磷酸鋁或兩者的組合組成，可以在注射部位形成抗原貯庫，隨著時間的推移緩慢釋放疫苗抗原，從而產生更強和延長的免疫反應。它們已被證明可以增強對多種抗原的免疫反應，包括乙型肝炎、HPV和肺炎球菌疫苗中的抗原。

無機納米粒子佐劑

基于無機納米顆粒的疫苗佐劑，如納米鋁、層狀雙金屬氫氧化物（LDH）、和納米/介孔二氧化硅、納米金剛石以及量子點，已被證明可以增強疫苗免疫反應的潛力。基于無機納米粒子的疫苗佐劑的作用機制涉及它們與免疫系統的相互作用，以增強和調節對疫苗中存在的抗原的免疫反應。無機納米顆粒作為抗原的載體，確保其有效遞送至抗原呈遞細胞（APC）。一些無機納米粒子佐劑，如鋁基佐劑，在注射部位誘導局部炎癥，將免疫細胞吸引到該位點，并促進APC的募集。無機納米粒子佐劑有助于開發持久的免疫記憶。這確保了免疫系統“記住”遇到的抗原，在隨后暴露于病原體時提供保護。

乳液佐劑

當兩種無法形成均勻混合物的液體聚集在一起時，就會形成乳液。乳液由兩種不混溶的液體組成，通常是油相和水相，它們由表面活性劑穩定。乳液的工作原理是在油相中形成抗原的小液滴，然后將其分散在整個水相中。抗原包含在水滴中，油起到儲存庫的作用，緩慢釋放抗原，并通過減少清除時間和延長抗原暴露時間來增強免疫反應。此外，乳液佐劑也能激活先天免疫系統，誘導體液和細胞免疫反應的能力。

最早被批準用于人類疫苗的水包油佐劑之一是MF59，它含有角鯊烯、聚山梨醇酯80、山梨醇三油酸酯和檸檬酸三鈉脫水物。MF59誘導ATP釋放并上調細胞因子和趨化因子，以增強疫苗接種部位的抗原特異性免疫反應。另一種水包油乳液佐劑是AS03，它含有表面活性劑聚山梨醇酯80和兩種可生物降解的油，角鯊烯和DL-a-生育酚。2009年，歐盟批準了AS03佐劑Pandemrix的上市授權，2013年，AS03佐劑甲型流感（H5N1）單價疫苗獲得了FDA的批準。

TLR激動劑

TLRs是一種模式識別受體，在對入侵病原體的先天免疫反應中起著至關重要的作用。這些受體分為兩組：細胞表面TLR（TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6）和細胞內TLR（

TLR3、TLR7、TLR8和TLR9），它們在內涵體膜上表達。

CpG是一種合成的DNA分子，具有含有未甲基化CpG基序的硫代磷酸根骨架。CpG對TLR9的激活增強了對抗原的特異性體液和細胞免疫反應。CpG是一種強效佐劑，可誘導1型輔助性T（Th1）反應，并促進細胞毒性T淋巴細胞（CTL）的產生和IFN-γ的分泌。此外，CpG可以促進抗原的免疫刺激作用，激活抗原呈遞細胞，加速免疫反應。CpG還促進漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）上主要組織相容性復合體（MHC）、CD40和CD86的表達，并增強抗原處理，導致強大和持續的免疫反應。

脂質體

脂質體是一種疫苗佐劑，由磷脂和膽固醇組成，是一種小的球形結構，可以包裹抗原和其他免疫刺激分子。它們是可生物降解的、生物相容的，并允許進行多功能的結構修飾，從而實現可調節的特性和毒性。脂質體可用于將抗原遞送至抗原呈遞細胞，如樹突狀細胞，后者可激活免疫系統。此外，脂質體能夠增強體液和細胞免疫反應，誘導Th1偏向性反應，這對清除細胞內病原體和增強抗體反應很重要，使其成為疫苗開發的有吸引力的佐劑。脂質體的一個獨特特征是它們能夠被修飾以靶向特定細胞類型。它們可以用靶向樹突細胞上特定受體的抗體或肽修飾，增加脂質體包裹的抗原的攝取。脂質體也可用于共同遞送多種抗原或免疫刺激分子，從而產生更強大的免疫反應，特別是對于可能需要多種抗原才能誘導保護性免疫反應的復雜病原體。

其他佐劑

細胞因子是一組在免疫反應中發揮重要作用的多種信號分子。它們由免疫系統的各種細胞分泌，并作用于特定受體，介導一系列生物功能，如炎癥、細胞增殖和分化。細胞因子根據其結構和功能可分為不同的類別，包括白介素、干擾素、腫瘤壞死因子和趨化因子。

聚合物是由共價鍵連接在一起的重復單元組成的化合物。它們可以是天然的，也可以是合成的。在疫苗的應用中，聚合物可以用作載體來創建緩釋庫，以其大的交聯結構攜帶抗原和其他免疫調節劑。這導致免疫系統持續的抗原呈遞和激活，從而產生更強、更持久的免疫反應。

皂苷是天然存在的具有兩親性的化合物，皂苷可以通過刺激抗原呈遞細胞如樹突狀細胞和促進細胞因子和趨化因子的產生來增強免疫反應。基于皂苷的佐劑的一個實例是QS-21，其在AS01佐劑系統中與MPL（單磷酰脂質a）組合使用，已用于開發抗瘧疾、結核病和帶狀皰疹等疾病的疫苗。

病毒體由磷脂和病毒包膜蛋白組成，這些蛋白質通常來源于不會導致人類疾病的病毒。病毒包膜蛋白提供了可以激活免疫系統的免疫原性表面，而磷脂有助于穩定病毒體結構并增加其被抗原呈遞細胞吸收。

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四、各種疫苗及其佐劑的應用

佐劑在各種疫苗中已有廣泛的應用。包括全病毒疫苗（如減毒活疫苗、滅活疫苗和病毒載體疫苗）、亞單位疫苗和核酸疫苗（包括DNA和mRNA）。

滅活疫苗

滅活疫苗通常由感染病毒的細胞產生并滅活，這確保了病毒不再具有傳染性，但保留了其抗原特性，使其有助于產生免疫反應。滅活疫苗中使用的佐劑包括鋁佐劑、MF59、AS03和AS04。這些佐劑已用于疫苗，如H1N1流感疫苗和HPV疫苗。

減毒活疫苗

減毒活病毒疫苗是一種能夠在體內復制但不會致病的弱化病毒。因此，它們可以引發強烈而持久的免疫反應。佐劑通常不用于減毒活疫苗，因為疫苗本身已經是免疫系統的強大刺激物。然而，一些研究已經探索了將佐劑與減毒活病毒疫苗一起使用，以潛在地提高其有效性。如MF59作為減毒流感活疫苗的佐劑，其已被證明可以改善老年人的免疫反應。

病毒載體疫苗

具有復制能力和不具有復制能力的腺病毒載體通常用于表達病毒蛋白的抗原。佐劑可與病毒載體疫苗聯合使用，以增強疫苗產生的免疫反應。例如，Oxford-AstraZeneca COVID-19新冠肺炎疫苗是一種病毒載體疫苗，它使用弱化版的黑猩猩腺病毒來傳遞SARS-CoV-2刺突蛋白的遺傳物質。這種疫苗含有一種名為AS03的佐劑，它是角鯊烯、聚山梨醇酯80和維生素E的組合。

病毒樣顆粒疫苗

在這種策略中，結構病毒蛋白被共表達以形成非傳染性顆粒作為疫苗免疫原。它們類似于真正的病毒粒子，但缺乏病毒基因組。佐劑可用于病毒樣顆粒疫苗，以增強免疫反應并提高疫苗效力。病毒樣顆粒疫苗常用的佐劑包括鋁鹽、MF59和CpG。這些佐劑刺激免疫系統對VLP疫苗產生更強、更持久的反應。

DNA疫苗

基于DNA的疫苗利用DNA質粒作為載體將編碼抗原的基因轉移到宿主細胞，特別是抗原呈遞細胞中。然而，與其他疫苗類型相比，DNA疫苗的免疫原性往往有限，這可能會限制其有效性。佐劑可以通過增強對編碼抗原的免疫反應來幫助克服這一限制。已經在DNA疫苗中測試了各種佐劑，包括鋁佐劑、CpG和脂質體。

mRNA疫苗

mRNA疫苗將mRNA分子直接注射到宿主細胞中，然后在細胞質中轉化為靶蛋白。與傳統疫苗相比，mRNA疫苗具有許多優點，如安全性、靈活性、可擴展性和成本效益。mRNA疫苗通常不需要佐劑，因為mRNA分子本身能夠刺激免疫系統。然而，也正在進行一些研究，以探索在mRNA疫苗中使用佐劑來提高其有效性，特別是對于某些可能對疫苗免疫反應較弱的人群，如老年人。

基于蛋白亞單位的疫苗

基于蛋白亞蛋白的疫苗只含有病原體的一種或多種特定蛋白質，而不是整個病原體。佐劑通常與蛋白質亞單位疫苗一起使用，通過增加對蛋白質抗原的免疫反應來增強其有效性。鋁佐劑是基于蛋白質亞單位疫苗最常用的佐劑，它們已被證明可以增強抗體對抗原的反應。其他佐劑，如MF59、AS03和AS04，也已用于基于蛋白質亞基的疫苗，以提高其免疫原性。此外，正在研究新的新型佐劑，如CpG，用于蛋白質亞單位疫苗，以進一步增強其免疫反應。

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五、新型疫苗佐劑的新進展

新型佐劑的設計原則

為了開發更有效的佐劑疫苗，了解佐劑的工作原理并遵循一些設計原則是很重要的。以問題為導向的原則包括考慮四個主要問題：（1）預防特定病原體疾病所需的免疫反應，（2）可以誘導所需免疫反應的相關先天免疫細胞，（3）這些先天細胞亞群在體內的定位，以及（4）模式識別受體在這些細胞上的表達。

基于這些問題，在設計疫苗佐劑時需要考慮四個步驟。首先，應確定疫苗在宿主中發揮效力所需的免疫效應元件的類型。這應該考慮抗原類型、靶細胞亞群和表型以及免疫途徑，以指導遞送系統和免疫刺激劑的選擇。其次，合適的疫苗抗原的鑒定應基于對免疫識別和保護的分子機制的理解。疫苗必須以正確的構象向適當的細胞群提供足夠量的正確抗原，以誘導免疫反應保護，同時考慮誘導的炎癥反應的耐受性和安全性。第三，佐劑需要一個遞送系統，無論是合成的還是天然的。這需要設計合適的抗原遞送模式，并結合相關的免疫刺激物。第四，疫苗和佐劑的制備過程都應該相對簡單。

新疫苗佐劑制劑

佐劑的免疫刺激劑和制劑組分的正確選擇對于誘導靶抗原的適當免疫反應至關重要。相同免疫調節分子的不同制劑可能誘導顯著不同的免疫反應。例如，用AS02配制的RTS，S候選疫苗保護了6/7的疫苗接種者免受感染，而用AS03或AS04配制的相同抗原分別只保護了2/7和1/8。

為了制造改進的佐劑，必須確保每個成分都是必要的，并增加明顯的價值，同時不引入重大的不合理負擔。AS01是目前許可產品中最成功的佐劑，對帶狀皰疹的療效為97%。AS01佐劑的開發是基于兩種關鍵成分MPL和QS-21在一起使用時導致先天激活的協同作用，單獨使用任何一種分子都無法實現這種協同作用。

利用系統疫苗學

系統疫苗學是一種跨學科方法，涉及早期使用人體研究來生成“組學”數據，這些數據可用于制定關于候選佐劑刺激強大和持久的抗原特異性T和B細胞反應機制的新假設。然后可以在動物模型中重新測試這些假設，隨后的機制見解可以用于設計新的佐劑概念。此外，系統疫苗學方法不僅可用于佐劑的作用機制，還可用于制劑配方發揮作用的潛在機制、接種后不久發生的不良反應的潛在機制，以及疫苗遞送最佳配方的合理設計。總的來說，這種基于系統疫苗學的跨學科方法有可能改變佐劑科學，加速疫苗用新型佐劑的開發。

無創疫苗遞送

對非侵入性疫苗遞送的研究是一個關鍵焦點，可能對全球大規模疫苗接種產生重大影響。優先考慮開發安全、有效、低成本的佐劑疫苗配方，以產生所需的免疫反應和長期免疫力。隨著我們對免疫保護分子機制的理解提高，以及合成化學新方法的發展，疫苗開發有望取得突破。新的技術，如新的乙二醇偶聯方法、反向疫苗學和下一代測序技術，可能會為HBV、百日咳毒素、萊姆病和HPV等疾病帶來新的疫苗策略，無論是否使用佐劑。

總之，新型疫苗的研究目標是通過引入新的免疫刺激劑和新的遞送系統來確保高水平的廣泛保護，這些系統將功效與長期記憶免疫反應性和安全性相結合。

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結語

近一個世紀以來，佐劑在疫苗開發中發揮著至關重要的作用，增強了免疫原性。了解各種佐劑對免疫反應的影響，它們與不同抗原類型和疫苗平臺的協同作用，以及對這些佐劑的全面分析，將有助于選擇提供必要免疫保護的佐劑。隨著新冠肺炎等新興疾病的持續挑戰和尋找更明確的治療方法，開發安全有效的疫苗勢在必行。更明智地選擇佐劑和抗原不僅可以加強對傳統疫苗反應不佳人群的保護，還可以開辟預防應用之外的新途徑。這一方法對于應對當前和未來的全球衛生挑戰至關重要。

參考資料：

1.Vaccine adjuvants: current status, research and development, licensing, and future opportunities. J Mater Chem B.2024 Apr 9.

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