广谱抗菌疫苗新突破：基于聚-β-(1,6)-N-乙酰葡萄糖胺(PNAG)糖链的结构优化与免疫保护机制研究

本研究针对细菌疫苗开发中抗原血清型多样化的重大挑战，聚焦保守表面多糖poly-β-(1,6)-N-acetyl-D-glucosamine(PNAG)的结构优化。研究人员通过创新性n+2糖基化策略合成不同聚合度(DP4-18)和乙酰化程度(40-60%)的dPNAG糖链，发现DP8和DP12糖链与CRM197蛋白偶联后能诱导最高IgG效价，其中40%乙酰化的DP8偶联物对金黄色葡萄球菌等三种常见院内感染病原体展现出最佳调理吞噬活性，为广谱抗菌疫苗设计提供了重要理论依据。

　　

细菌耐药性问题已成为全球公共卫生的重大威胁，特别是医院获得性感染中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)等"超级细菌"的蔓延，使得传统抗生素治疗陷入困境。疫苗作为预防性手段备受期待，但细菌表面抗原的高度变异性导致疫苗开发举步维艰。在这一背景下，科学家们将目光投向了一种名为poly-β-(1,6)-N-acetyl-D-glucosamine(PNAG)的保守多糖抗原——这种存在于多种致病菌表面和生物膜中的线性多糖，因其广谱分布特性被视为理想的疫苗靶点。然而早期研究发现，针对PNAG的抗体在体内外实验中保护效果参差不齐，其根本原因在于对最佳抗原特征（如链长度和N-乙酰化程度）的认识不足。

为攻克这一难题，中央研究院基因体研究中心的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究。他们通过精确控制糖链结构与免疫应答的关系，开发出能诱导广谱保护性抗体的新型糖蛋白疫苗。该研究不仅阐明了PNAG抗原的构效关系，更为多重耐药菌感染的防控提供了创新解决方案。

研究团队主要运用了三大关键技术：1）创新的n+2糖基化合成策略构建不同聚合度(DP4-18)的寡糖链；2）基于硫醇-马来酰亚胺化学的CRM197蛋白偶联技术；3）整合糖芯片筛选与调理吞噬杀伤(OPK)实验的免疫效果评价体系。通过分析鲍曼不动杆菌和肺炎链球菌感染患者的血清样本，验证了合成抗原的免疫识别特性。

dPNAG糖链及其衍生物的n+2糖基化策略组装
研究团队设计出以N-邻苯二甲酰亚胺保护的二糖硫代甲酚为供体(化合物10)的迭代合成路线，通过精确控制C-6位羟基的保护/去保护，成功获得β构型纯化的四聚体至十八聚体。核磁共振分析证实，通过调节Ac₂O用量可获得40-60%N-乙酰化的dPNAG糖链（化合物41-49），其硫醇修饰为后续偶联奠定基础。

人血清中抗dPNAG抗体的糖芯片评价
将合成的dPNAG糖链打印成微阵列，分析6例细菌感染患者血清显示：针对部分乙酰化长链（特别是40%乙酰化的18聚体和45%乙酰化的12聚体）的抗体识别最强，而完全去乙酰化糖链则呈现相反趋势（4聚体>8聚体>12聚体>18聚体）。这一发现首次揭示N-乙酰化程度是决定免疫原性的关键因素。

dPNAG-CRM197偶联物的免疫原性评估
小鼠免疫实验表明，非乙酰化的8聚体偶联物(56)诱导的IgG效价最高，在1:8000稀释时仍保持2-3倍于其他非乙酰化偶联物的信号强度。值得注意的是，部分乙酰化（45%）的12聚体偶联物(52)的免疫效果显著优于其完全去乙酰化对应物(57)，说明适度乙酰化能增强免疫应答。

针对不同菌株的调理吞噬杀伤作用
OPK实验显示：抗8聚体(56)和18聚体(58)的血清对金黄色葡萄球菌(Newman株)的杀菌活性可持续至1:40稀释度；而40%乙酰化的8聚体(51)和45%乙酰化的12聚体(52)对肺炎链球菌19A型的杀伤活性延伸至1:160稀释度。特别值得注意的是，针对鲍曼不动杆菌(ATCC 17978株)，部分乙酰化4聚体和8聚体的血清杀菌效果比非乙酰化对应物提升4倍。

体内抗金黄色葡萄球菌保护实验
小鼠攻毒实验证实，接种40%乙酰化8聚体(51)和完全去乙酰化8聚体(56)的组别存活率达100%，45%乙酰化12聚体(52)组达80%，而60%乙酰化12聚体(54)组仅60%存活，表明乙酰化程度存在最优阈值。

这项研究系统阐释了PNAG疫苗的构效关系：1）8-12个单糖单元为最佳链长；2）40-45%N-乙酰化程度能平衡免疫原性与保护效果；3）短链（如DP8）在完全去乙酰化时效果最佳，而较长链（如DP12）则需要部分乙酰化。这些发现不仅解决了长期以来关于PNAG抗原优化标准的争议，更为设计广谱抗菌疫苗提供了明确方向。特别值得关注的是，针对革兰阴性菌（鲍曼不动杆菌）和阳性菌（金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌）均有效的单一抗原设计，打破了传统疫苗血清型限制的桎梏。

该研究的临床转化潜力已在两方面显现：一是建立的糖链微阵列技术可用于感染患者的抗体谱快速检测；二是优化的CRM197偶联工艺为后续GMP生产奠定基础。随着Alopexx公司AV0328疫苗（PNAG-破伤风类毒素偶联物）I期临床试验的完成，这项基础研究成果有望加速推进到临床应用阶段，为应对抗生素耐药危机提供新武器。