疫苗接種在降低病原體感染導致的重癥率和死亡率方面取得了不可否認的成功。然而，疫苗接種部位與病原體暴露途徑（如呼吸道病原體）之間的脫節意味著許多疫苗仍難以有效預防初始感染。這在已有疫苗中表現得很明顯，如無細胞百日咳疫苗不能很好阻止病原體在鼻腔定植，而最近的COVID-19疫苗，仍有突破性病例發生【1,2】。

哈佛大學醫學院研究黏膜免疫的免疫學家Ulrich von Andrian說：“我們希望有一個駐留記憶性免疫細胞群體，能迅速識別病毒已經侵入，并快速啟動免疫應答，在病原體有機會擴散到肺部或身體其他部位之前將其消滅。”駐留記憶T細胞和B細胞是免疫細胞，在被激活后會駐留在特定的組織中，為該部位提供局部保護【3,4】。

除了口服脊灰疫苗和鼻內流感疫苗等極少數疫苗外，大多數免疫接種都通過肌肉注射。然而，雖然肌肉注射疫苗能產生強大的循環抗體和全身記憶細胞應答，但對呼吸道等黏膜屏障的保護作用卻很差。von Andrian解釋說："改進后的疫苗最好能在鼻黏膜或病原體進入部位產生駐留記憶性免疫細胞群體。

因此，許多研究人員對開發鼻腔疫苗很感興趣，一些研究人員已經在動物模型中證明了前景可觀。一研究小組發現，鼻腔疫苗可誘導小鼠肺部的記憶T細胞，并可維持一年【5】。另一研究小組觀察到，氣道流感疫苗可促使記憶B細胞向黏膜分泌免疫球蛋白 A(IgA)；這種氣道途徑的免疫接種還可提供針對不同病毒株的保護【6】。

盡管鼻內免疫有這些益處，但對其長期保護效力和安全性的質疑限制了人體試驗。不過，對新型佐劑和鼻內免疫的研究正在幫助縮小這一差距。

鼻內免疫的障礙

針對鼻腔和呼吸道接種疫苗的一個主要挑戰是克服這一區域的許多生理障礙。密歇根大學免疫學家Pamela Wong說："由于我們每天都要通過鼻腔和呼吸道表面接觸大量抗原，因此這些表面的免疫環境具有非常獨特的特征。

這些特征包括抑制性T細胞和抗原呈遞細胞群，它們可以調節局部免疫應答，最大限度地減少激活，從而形成一種耐受狀態，避免在非病理情況下出現過度反應。【7-9】這條通道還經常分泌黏膜，捕捉和排出進入其中的大部分物質，而上皮細胞上的纖毛則有助于進一步清除微粒。【10，11】此外，上皮細胞本身是疫苗的障礙。“這種屏障往往非常緊密，”von Andrian解釋道，“這意味著，如果只是將含有 mRNA 或重組蛋白的脂質納米顆粒與佐劑一起注入鼻黏膜，那么很可能無法獲得真正有效的免疫效果。”要使鼻內疫苗有效，抗原必須能夠進入上皮另一側的免疫細胞。

克服這些挑戰的早期方法之一是利用腺病毒作為疫苗載體，因為其具有繞過人體黏膜防御系統的機制【12】。另外，腺病毒還能刺激免疫系統，使其成為克服這些細胞免疫耐受的理想選擇。不過，這些減毒載體仍會給免疫系統受損的人帶來安全隱患，早期的病毒載體疫苗有可能導致面癱【13】。此外，免疫系統可能會產生記憶性防御，因此它們不適合多次應用【14,15】。

證據就在鼻腔疫苗配方中

為了克服這些局限性，研究人員將注意力轉向了合成載體和佐劑，如水包油型納米乳劑與免疫激動劑的結合。【16-18】這些疫苗的配方對于確保其成功非常重要。von Andrian 解釋說：“佐劑必須與抗原結合在一起，而且兩者必須到達同一個抗原呈遞細胞。”

Wong和她的同事開發了一種鼻內納米乳劑，它能激活多種免疫受體【19,20】。Wong解釋說："它能攜帶抗原，幫助抗原更好地穿過黏膜，而且還能通過將一些抗原粘附在粘液上，提供一個抗原儲藏庫。”在一期臨床試驗中，這種佐劑是安全的，并能誘導鼻腔和血液循環中的抗原特異性抗體應答【21】。

最近，Wong的研究小組與Icahn醫學院的研究人員合作，將他們的納米乳劑與一種能激活RIG-I（一種抗病毒免疫受體）的RNA激動劑結合【22】。“通過將我們的納米乳劑與他們的RNA激動劑結合，我們已經能夠獲得一種更加量身定制的免疫應答來觸發抗病毒途徑。”她說。

研究人員對利用這種佐劑在鼻內遞送 SARS-CoV-2刺突蛋白的配方進行了研究，將其作為一種獨立的鼻腔疫苗，或者作為輝瑞公司mRNA COVID-19肌注疫苗后的鼻內加強劑。【23】這模擬了在其他黏膜模型和COVID-19加強劑次接種中探索的“啟動-招募”策略。【24,25】其原理是先接種疫苗誘導T細胞和B細胞群在體內循環尋找抗原。在呼吸道進行的二次接種會將這些免疫細胞召集到這一區域，這些細胞在這里作為記憶細胞群體駐留，隨后抗原進入鼻腔或呼吸道時就會激活它們。

雖然肌肉注射的初免和加強免疫能誘導出強大的循環抗體，但只有包括鼻內配方（單獨或作為肌注疫苗的加強免疫）的免疫策略才能產生黏膜 IgA。研究小組在他們的挑戰模型中證明了這一點的重要性，雖然肌肉注射進行初免和加強免疫能保護小鼠免于嚴重疾病，但只有將鼻內疫苗接種作為初免和加強免疫，或者作為肌注初免疫苗后的加強劑次，才能阻止上呼吸道的病毒感染。此外，鼻內疫苗接種對不同的 SARS-CoV-2 株具有更好的交叉保護作用。

繪制免疫記憶圖以指導疫苗設計

雖然佐劑有助于克服在誘導呼吸道黏膜疫苗應答方面的挑戰，但研究人員對跟蹤疫苗成效的機制也很感興趣。von Andrian說："如果給人接種，就需要疫苗效果的持久性。"第一個挑戰是，如何安全地誘導鼻黏膜中的局部記憶細胞？其次，如何長期維持該記憶群體？回答這些問題可以改進疫苗設計。

Weizmann科學研究院的免疫學家Ziv Shulman和他的團隊利用全器官成像技術研究了胃腸道的黏膜應答。Shulman說，隨著 COVID-19疫苗的推出，許多研究都在探索抗體應答及其對病毒的活性，但他有一個不同的問題。“細胞在哪里？支持免疫應答的結構在哪里？”

為了將他們的技能應用到新的系統中，Schulman和他的團隊開發了一種鼻內疫苗接種模型，研究記憶性呼吸道黏膜細胞的發展并確定其生態位【26】。為了分離疫苗驅動的免疫應答，他們使用了一種卵清蛋白免疫模型。

Jingjing Liu是Shulman研究小組的一名研究生，也是這項研究的共同作者。她發現，應答B細胞在鼻腔中一個叫做鼻腔相關淋巴組織（NALT）的區域被激活。然而，接種疫苗后，這些細胞會遷移出NALT。起初，Shulman和他的團隊努力尋找這些細胞的最終歸宿。Shulman說：“它們沒有進入肺部。劉找遍了小鼠的所有地方，比如骨髓和淋巴結，我們都找不到這些細胞。”

Liu想知道這些細胞是否只是到了鼻腔中的一個新生態位。在與神經科學家的合作下，她掌握了全面分析顱骨所需的技能，并找到了B細胞的新家：鼻腔內被稱為鼻甲的骨性結構。“我非常震驚，”劉說，她回憶起在淋巴結外看到的細胞群，“就像煙花一樣。”

Shulman認為，更多地了解疫苗接種期間和之后的免疫應答為研究人員設計疫苗提供了更好的信息。Shulman說："給我們提供了另一個可以在小鼠和人類身上測量的層面。不僅只看終點的分子，還可以看到過渡點。”

對小鼠的研究結果回答了激活的免疫細胞在受到刺激后的去向問題，使科學家能夠更好地研究新型配方的長期疫苗應答。Shulman預計，還有更多關于驅動這些免疫結果的分子機制的知識需要學習，這些知識可以幫助科學家了解疫苗的優缺點。他說："如果我們能在分子層面上繪制出這些信息，我們就能找到哪種疫苗、佐劑、抗原，[能誘導這些細胞]，從而解決問題。”

接下來，Shulman和他的團隊希望在人體上證實他們的發現。他們希望與過敏科醫生合作，收集鼻息肉樣本，試圖找到與他們在小鼠身上發現的類似結構。

研究黏膜：鼻腔疫苗及其他

黏膜免疫和佐劑科學的發展必然會幫助更多的鼻腔疫苗進入臨床試驗階段，并有望進入市場。不過，Wong和 Shulman都認為這些知識將從整體上改善黏膜科學。

Wong說："目前人們對鼻內疫苗的興趣之高令人興奮，但這僅僅是我們利用鼻內和其他黏膜給藥系統所能發揮的潛力的開始。” 她強調了這些平臺在改善黏膜癌癥治療策略方面的潛力。

與此同時，Shulman正在與醫生合作，擴展其團隊的研究成果，開發更好的抗過敏治療方法，并可能利用其團隊的研究成果幫助指導干預措施。“通過測試藥物，看到細胞正在消失，或者觀察到這些骨骼中的細胞被趕走了。這給我們提供了另一個可測量的參數，了解藥物或疫苗或任何我們做的事情是否有效。”

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