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下一代疫苗佐劑:TLR激動劑

前言

佐劑一詞源自拉丁語單詞ad和juvare,意思是“幫助”。佐劑的作用是幫助引導(dǎo)共同給藥的疫苗抗原產(chǎn)生保護所需的免疫反應(yīng)。由于對其作用機制的了解不足,新的佐劑開發(fā)一直舉步不前。最近,Toll樣受體(TLRs)的發(fā)現(xiàn)徹底改變了這一領(lǐng)域,TLRs是一種先天免疫受體,直接或間接負責(zé)檢測病原體相關(guān)分子模式(PAMP),并通過激活先天和適應(yīng)性免疫途徑對其作出反應(yīng)。

天然存在和合成的TLR激動劑可以利用這些內(nèi)源性免疫信號通路來增強和調(diào)節(jié)疫苗反應(yīng),從而使其成為優(yōu)良的疫苗佐劑。這不僅對開發(fā)針對傳染病的疫苗具有重要意義,而且對針對癌癥、過敏、阿爾茨海默病和其他疾病的免疫療法也具有重要意義。每種TLR都有自己的特定組織定位和下游基因信號通路,TLR激動劑可以與其他TLR或替代佐劑組合,以產(chǎn)生具有協(xié)同或調(diào)節(jié)作用的組合佐劑,這為研究人員提供了精確定制具有特定免疫效果的佐劑的機會。

TLR受體家族

TLR受體家族包含六種跨膜TLR(TLR-1、2、4、5、6和10)和四種定位于內(nèi)涵體膜的TLR(TLC-3、7、8和9)。每種PAMP都被不同的TLR識別,即脂多糖(TLR4)、脂肽(TLR2與TLR6或TLR1)、鞭毛蛋白(TLR5)、單鏈RNA(TLR7/8)、雙鏈RNA(TLR3)和含CpG基序的DNA(TLR9)。

在遇到特定的PAMP時,TLRs形成同源二聚體(TLR3、TLR4、TLR5、TLR7、TLR8和TLR9)或異二聚體(TLC1/2或TLR2/6)。配體誘導(dǎo)的TLRs二聚化使得銜接蛋白(MYD88)能夠結(jié)合到TIR結(jié)構(gòu)域。TLR3比較特別,該蛋白作為TLRs的通用銜接蛋白,利用含有TIR結(jié)構(gòu)域的誘導(dǎo)干擾素-β蛋白(TRIF)作為適配器蛋白。TLR受體和銜接蛋白的多樣性意味著TLR可以參與啟動許多不同的下游免疫途徑。

TLR信號傳導(dǎo)及其在免疫偏向中的作用

TLRs的激活可以調(diào)節(jié)疫苗產(chǎn)生的免疫反應(yīng)類型。反應(yīng)類型由特定TLR及其銜接蛋白激活的信號通路決定。一般來說,大多數(shù)TLR途徑導(dǎo)致Th1免疫反應(yīng),但TLR2除外,可能由于TLR2配體的多樣性,TLR2可以誘導(dǎo)促炎和抗炎途徑,導(dǎo)致Th1、Th0或Th2免疫反應(yīng)。

除TLR3外,大多數(shù)TLR通過MyD88發(fā)揮作用。TLR激活后,MyD88募集由IL1受體相關(guān)激酶(IRAK)1、IRAK2和IRAK 4組成的寡聚復(fù)合物,并激活MyD88 TNF受體相關(guān)因子6(TRAF6);罨腡RAF6隨后觸發(fā)核因子κB(NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑,從而誘導(dǎo)促炎細胞因子,如IL-12和TNF-α。TLR7和TLR9可以激活TRAF3磷酸化干擾素調(diào)節(jié)因子7(IRF7),從而產(chǎn)生IFN-α。此外,TLR3和TLR4已被證明通過其TRIF銜接蛋白募集TRAF3來誘導(dǎo)IFN-β的產(chǎn)生,從而激活I(lǐng)RF3。I型IFN應(yīng)答可誘導(dǎo)強Th1細胞/細胞毒性T細胞(CTL)應(yīng)答,該應(yīng)答對鑒定和清除感染或癌細胞很重要。TLR2受體主要誘導(dǎo)以高IL-10產(chǎn)生和低IL-12為特征的強Th2免疫反應(yīng)。

TLR并不專門觸發(fā)Th1或Th2途徑,而是可以影響多種途徑。正是信號事件的平衡決定了免疫偏向。例如,一項研究表明,TLR4和TLR2激動劑的激活可以通過p38 MAPK和ERK1/2-FOS途徑刺激信號傳導(dǎo),分別導(dǎo)致IL-12或IL-10的產(chǎn)生;然而,TLR4在比TLR2更高的閾值下誘導(dǎo)p38 MAPK信號傳導(dǎo),而TLR2在比TLR4更高的閾下誘導(dǎo)ERK1/2信號傳導(dǎo),導(dǎo)致免疫極化。

TLRs在適應(yīng)性免疫中的作用

TLRs協(xié)調(diào)了從免疫細胞遷移到增強抗體親和力成熟的許多功能。TLRs作為危險信號傳感器,增加了免疫細胞向疫苗給藥部位的運輸。TLR參與可增強I類和II類MHC分子的抗原捕獲、處理和呈遞。某些特定類型的TLR可以不同程度地影響抗原的交叉呈遞,從而TLR3或TLR4,而不是TLR2或TLR7/8配體,減少CD8 +T細胞對抗原的攝取和交叉呈遞。TLR激活也可導(dǎo)致共刺激分子(如CD80和CD86)的上調(diào),這對APC啟動幼稚T細胞至關(guān)重要。DC細胞的TLR在自我/非自我抗原識別以及是產(chǎn)生免疫反應(yīng)還是免疫耐受中起著關(guān)鍵作用。不同類型的APC表達不同的TLR,例如髓系DC表達TLR2和TLR4,而漿細胞樣DC(pDC)表達TRL7和TLR9。因此,TLR對不同DC譜系的優(yōu)先激活可以影響隨后的免疫偏向。

與小鼠相比,TLR在B細胞上的表達在人類中更為有限,人類主要表達TLR 2、7、9、10,TLR2配體需要通過B細胞受體(BCR)和TLR7的交聯(lián)進行額外增敏,TLR7需要1型干擾素(IFN)引發(fā)。這些TLR激動劑在體外誘導(dǎo)B細胞的增殖、活化和分化。最初,人們認為TLRs只促進B細胞的卵泡外反應(yīng),其特征是快速產(chǎn)生低親和力抗體;然而,最近的研究表明,TLRs也可以增強生發(fā)中心反應(yīng),從而產(chǎn)生高親和力抗體。TLR與BCR協(xié)同作用,誘導(dǎo)類轉(zhuǎn)換重組和抗體反應(yīng)的成熟。TLR4還增強了B細胞向引流淋巴結(jié)的遷移,并在此過程中加快了抗體類別的轉(zhuǎn)換。不適宜的B細胞TLR信號傳導(dǎo)與自身反應(yīng)性B細胞和自身免疫性疾病的產(chǎn)生有關(guān);因此,在疫苗配方中避免過度的TLR刺激非常重要。

TLR也已被證明能增強各種不同的T細胞亞群。幾項研究表明,TLRs可以作為CD8+T細胞的共刺激分子,促進細胞增殖/存活、效應(yīng)器功能、細胞因子產(chǎn)生和記憶形成的增加。TLRs在Treg細胞中的作用仍然存在爭議。幾項研究表明,TLR2激動劑可誘導(dǎo)Treg抑制活性的暫時喪失;而其他研究表明,盡管TLR2激動劑可增加抗原特異性增殖,但Treg細胞仍保留其抑制功能。

TLR佐劑的最新研究進展

疫苗配方中使用的TLR激動劑有多種形式,從脂肽到單鏈DNA和RNA。下面介紹TLR佐劑的主要類別。

TLR2

TLR2在多種細胞表面表達,包括單核細胞、巨噬細胞、內(nèi)皮細胞、上皮細胞、自然殺傷細胞、樹突狀細胞、髓系抑制細胞、血小板和肥大細胞。TLR2識別的PAMP庫是最廣泛的,因為它能夠與TLR1和TLR6(以及人類中的TLR10)形成異二聚體。

TLR2佐劑的范圍很廣,包括合成脂肽(PAM3CSK4和PAM2CSK4)、阿拉伯甘露糖脂、脂磷壁酸、GPI膜錨定物、酵母多糖和肽聚糖。近年來TLR2研究的主要趨勢包括發(fā)現(xiàn)小型合成TLR2激動劑、改進傳統(tǒng)TLR2激動物的特性以及TLR2與疫苗抗原的生物偶聯(lián)。例如,XS15(PAM3CS-GDPKHPKSF)是一種新的基于PAM3CS的TLR-1/2激動劑,其中PAM3CSK4的四賴氨酸(K4)被九肽(GDPKHPKSF)取代,以改變偶聯(lián)物的水溶性,不僅促進攝取,而且易于純化。使用TLR2激動劑作為佐劑的局限性包括大多數(shù)配體的大小、復(fù)雜性和疏水性。

TLR3

TLR3是一種細胞內(nèi)識別系統(tǒng),對病毒核酸(dsRNA、ssRNA和ssDNA)以及內(nèi)源性雙鏈RNA作出反應(yīng)。已經(jīng)開發(fā)了許多TLR3激動劑,如RGC100和ARNAX,一種合成的DNA-RNA雜交化合物。然而,在過去兩年中,研究人員又回到了使用傳統(tǒng)的dsRNA模擬配體,如poly IC,重點是改進其遞送模式和新的疾病應(yīng)用。

TLR4

TLR4是TLR家族中研究最多的成員,它識別脂多糖(LPS)。TLR4位于質(zhì)膜上,主要在髓系細胞上表達,而pDCs和幼稚B細胞不表達。TLR4通過其共受體骨髓分化因子-2(MD-2)和CD14識別LPS。最近關(guān)于TLR4激動劑的工作集中在修飾產(chǎn)物的開發(fā)和評估上,如單磷酸脂質(zhì)A(MPLA)和吡喃葡萄糖脂質(zhì)A(GLA),它們在結(jié)構(gòu)上與LPS相關(guān),但沒有高致熱原性并保持強免疫增強特性,從而增加了其臨床應(yīng)用的可行性。

TLR5

TLR5識別鞭毛蛋白,并在上皮細胞和免疫細胞(如巨噬細胞和未成熟DC)上表達,通過MyD88依賴性信號通路產(chǎn)生免疫反應(yīng)。最近關(guān)于TLR5激動劑的工作主要集中在提高耐受性上。不幸的是,鞭毛蛋白會誘導(dǎo)不必要的過度反應(yīng)原性,作為一種蛋白質(zhì),它可以誘導(dǎo)針對自身的抗體,干擾其作為佐劑的功能。有研究通過從鞭毛蛋白中去除B細胞表位區(qū)域解決了這一問題,脫免疫的鞭毛蛋白保留了其TLR5佐劑活性。

TLR7/8

TLR7和TLR8位于免疫細胞的內(nèi)涵體膜上。TLR7主要在pDC和B細胞中表達,而TLR8在髓系樹突狀細胞、單核細胞中表達,在pDC中表達程度較低。TLR7/8識別單鏈核糖核酸(ssRNA),并通過MyD88依賴性途徑發(fā)出信號。在天然配體中,富含腺苷和尿苷的寡核苷酸(ORN)能夠激活TLR8,而對TLR7沒有任何影響,而富含鳥苷的ORN激活TLR7和TLR8依賴性信號傳導(dǎo)。TLR7以單體形式存在,并在配體存在下二聚,而TLR8以天然存在的弱二聚體存在,在配體結(jié)合時發(fā)生構(gòu)象變化。目前已發(fā)現(xiàn)15種以上的新型雜環(huán)分子,如咪唑喹啉、蝶呤、嘧啶、吡啶嘧啶、吡咯嘧啶和苯并咪唑,被鑒定為TLR7/8激動劑。

TLR7/8激動劑的一個常見缺點是反應(yīng)原性,近年來,有大量研究試圖克服這些副作用。將TLR7/8激動劑封裝在基于陽離子DOEPC的脂質(zhì)體制劑納米顆粒中,或?qū)⑦@些小分子共價連接到超支化聚合物上,可以避免其有害的系統(tǒng)反應(yīng),同時保持其對體液免疫的影響。

TLR9

TLR9在細胞內(nèi)定位于內(nèi)涵體膜中,識別細菌和病毒DNA的單鏈非甲基化CpG寡核苷酸。TLR9在免疫細胞上表達,如樹突狀細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞和其他APC。合成CpG序列可用作TLR9激動劑,以增強疫苗的免疫反應(yīng),并且每種獨特的序列變異組合已被證明具有不同的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性。

TLR9激動劑在過去兩年中的最新發(fā)展主要集中在CpG向細胞的有效遞送和攝取上。例如,一項研究介紹了一種將CpG-ODN偶聯(lián)到新型陽離子脂質(zhì)體上的新方法,該復(fù)合物能夠在低抗原和佐劑劑量下誘導(dǎo)強烈的免疫反應(yīng)。

組合TLR佐劑

將不同TLR的激動劑組合在單一疫苗中產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),可以驅(qū)動強大的疫苗免疫反應(yīng)。例如,包含1V270(TLR7激動劑)和2B182C(TLR4激動劑)的脂質(zhì)體佐劑誘導(dǎo)了針對流感的平衡的抗HA和抗NA IgG1和IgG2a反應(yīng),而沒有Th1促炎反應(yīng)常見的過度反應(yīng)原性。類似地,一項研究評估了卵清蛋白(OVA)與兩到三種TLR配體的十種獨特組合的共包封,包括Pam3CSK4(TLR2激動劑)、MPLA(TLR4激動劑),咪喹莫特(TLR7/8激動劑)和CpG(TLR9激動劑),而三重組合以總體平衡的Th1/Th2應(yīng)答促進抗原特異性抗體滴度。因此,TLR佐劑的組合可以提供廣泛的定制免疫反應(yīng)。

TLR激動劑與其他PAMP如NOD2和巨噬細胞誘導(dǎo)型Ca²的組合?-依賴性凝集素受體(Mincle)配體也很有前景。共價連接CL239(TLR7激動劑)和胞壁酰二肽(NOD2激動劑),并將雙激動劑作為納米顆粒與NP-p24 HIV疫苗結(jié)合,協(xié)同作用增強了對小鼠的保護。

小結(jié)

TLR激動劑利用內(nèi)源性先天免疫途徑增強疫苗適應(yīng)性免疫反應(yīng)。在過去兩年中,佐劑領(lǐng)域一直被新冠肺炎疫苗的研究所主導(dǎo)。這一流行病的推動力迅速推動了佐劑領(lǐng)域的發(fā)展,多種新佐劑現(xiàn)已被納入許可的新冠肺炎新疫苗中。除了新冠肺炎,對更有效佐劑的需求繼續(xù)增長,特別是在癌癥和瘧疾、結(jié)核病和艾滋病毒等難以預(yù)防的傳染病領(lǐng)域。解開TLR聯(lián)合佐劑背后的作用機制,再加上更多的安全性和有效性研究數(shù)據(jù),有助于推動下一代佐劑平臺的發(fā)展。

參考文獻:

1.Toll-like receptor (TLR) agonists as a driving forcebehind next-generation vaccine adjuvants and cancer therapeutics. Curr OpinChem Biol.2022 Oct;70:102172

       原文標題 : 下一代疫苗佐劑: TLR激動劑

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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