阳离子聚合物免疫佐剂效应及其作用机制研究

Over the past decades, cationic polymers have been widely used as adjuvants to enhance the efficacy of DNA or protein based vaccines by promoting the uptake and delivery of antigen to the immune systems such as antigen-presenting cells (APCs). However, our recent studies have found that cationic polymers could promote Th1 response in vivo via toll-like receptor-4 (TLR-4) mediated IL-12 secretion, indicating that cationic polymers themselves have direct immunostimulatory effects on immune systems. Hence, the objectives of this work are to investigate the mechanism by which cationic polymers can enhance vaccine efficiency apart from mediating efficient delivery, exploring whether the efficient delivery of antigen to APCs and immunostimulatory effects on immune systems are indeed factors that contribute to the increased vaccine efficacy caused by cationic polymers. Also, we will further investigate the role of toll like receptor-4 signaling pathway in the adjuvant effect and elucidate the biomaterial properties-adjuvant effect relationships. All these could provide important reference information for the development of cationic polymers as high effective and low toxic adjuvants by combining delivery systems and immunomodulators.

一直以来，阳离子聚合物作为有效的抗原输送载体，在DNA重组疫苗、合成肽疫苗等新型疫苗免疫中显示出佐剂效应。然而，申请人在前期研究中，发现作为药物输送载体的阳离子聚合物本身具有免疫刺激效应，能通过特异性地与巨噬细胞表面TLR-4结合，刺激IL-12的分泌，进而引起Th1分化。本项目拟就这一发现，从抗原输送载体和免疫刺激效应两方面详细阐明阳离子聚合物的佐剂作用机制，证明阳离子聚合物作为提高疫苗免疫效力的佐剂，除了作为输送载体，促进抗原有效进入抗原提呈细胞外，还具有免疫刺激作用，能通过活化免疫系统，提高机体对抗原的特异性免疫应答。同时深入探索阳离子聚合物的免疫效应的分子作用机制是否依赖于TLR-4这一信号通路的，并阐明阳离子聚合物的理化性质与免疫刺激效应的关系。本项目有利于进一步开发阳离子聚合物为高效低毒的、输送功能和免疫调节作用合二为一的新型佐剂系统。

免疫佐剂也称佐剂，其单独使用时一般无免疫原性，但与抗原物质合并使用时，一方面能增强抗原的免疫原性，另一方面能增强机体对抗原的免疫应答，或改变机体的免疫应答类型。佐剂主要通过稳定抗原，控制抗原的缓慢释放，促进抗原递呈细胞对抗原的摄取或激活固有免疫反应等机制来增强机体对抗原的免疫反应。. 本课题首先以卵清蛋白（ovalbumin，OVA）作为模式抗原，在动物水平上探究了阳离子葡聚糖对抗原特异性免疫反应的影响。实验结果表明，阳离子葡聚糖能显著提高小鼠血清中OVA特异性IgG抗体的表达，表现出良好的免疫佐剂效应。同时我们还研究了阳离子葡聚糖的分子量和阳离子化程度（含氮量）对其免疫佐剂效应的影响，结果显示阳离子葡聚糖的佐剂效应主要和阳离子化程度成正相关关系，而受其分子量的影响较小。. 其次，在阳离子葡聚糖佐剂作用机制研究中，我们测定了受免疫小鼠中Th1型IgG2a和Th2型IgG1亚型抗体表达变化。结果显示，阳离子葡聚糖能使IgG1与IgG2a的抗体滴度比值下降，即阳离子葡聚糖能更显著地促进Th1型IgG2a亚型抗体的表达，初步表明阳离子葡聚糖是Th1型免疫佐剂。. 然后，为了进一步确认阳离子葡聚糖主要是通过激活Th1型免疫反应来发挥佐剂效应的，我们详细研究了阳离子葡聚糖对树突状细胞的成熟、淋巴细胞的增殖分化和细胞因子的分泌的影响。结果显示，阳离子葡聚糖是通过促进树突状细胞分泌IL-12而成熟，并进一步激活初始T细胞，并诱导Th0细胞分化为Th1细胞，来发挥佐剂效应的。. 最后，我们进一步确认了阳离子葡聚糖的佐剂效应依赖于与TLR-4相互作用，在TLR-4敲除小鼠模型中，阳离子葡聚糖佐剂效应以及Th1型免疫反应激活作用均显著减弱。. 以上结果表明，阳离子葡聚糖具有良好的佐剂效果，并主要是通过与TLR-4相互作用，促进树突状细胞分泌IL-12而成熟，并进一步激活初始T细胞，诱导Th0细胞分化为Th1细胞，Th1细胞分泌的IFN-γ能够促进B细胞产生Th1型IgG2a抗体。