番茄碱作为多功能佐剂增强mRNA疫苗免疫应答的机制与应用研究

本研究针对mRNA疫苗抗原表达效率低和先天免疫激活不足的问题，创新性地将天然产物番茄碱（Tomatine）整合至脂质纳米载体（LPX/LNP）中，开发出T-LPX和T-LNP疫苗。研究发现番茄碱通过网格蛋白（caveolin）介导的内吞途径增强mRNA摄取和翻译，并激活NOD样受体通路促进IFN-γ分泌和树突状细胞（DCs）成熟，在肿瘤（E.G7-OVA模型）和传染病（SARS-CoV-2变异株）模型中均诱导出强大的体液与细胞免疫应答，为mRNA疫苗佐剂设计提供了新策略。

　　

随着mRNA疫苗在传染病防控和肿瘤治疗领域的广泛应用，其有效性高度依赖于抗原的高效表达和先天免疫系统的充分激活。然而，当前mRNA疫苗主要依赖脂质纳米颗粒（LNP）自身的佐剂特性，其免疫激活能力有限，且外源佐剂（如TLR激动剂）的物理化学性质（如溶解性差）常阻碍其与LNP的有效整合，同时对这些佐剂对mRNA表达效率的提升作用有限。因此，开发一种能同时增强mRNA表达和免疫激活的多功能佐剂成为迫切需求。

在这项发表于《Materials Today Bio》的研究中，四川大学华西医院团队探索了天然产物番茄碱（Tomatine）作为mRNA疫苗佐剂的潜力。番茄碱是一种从番茄中提取的甾体糖生物碱，具有抗癌、抗病毒和免疫调节活性，其两亲性分子结构（疏水性甾体骨架和亲水性四糖侧链）与胆固醇相似，易于整合到脂质纳米载体中。研究人员将番茄碱与抗原编码mRNA共同封装到两种纳米载体——脂质体（T-LPX）和脂质纳米颗粒（T-LNP）中，并系统评估了其增强疫苗效力的机制和效果。

研究采用的主要技术方法包括：微流控技术制备脂质纳米颗粒；体外转染实验（使用GFP-mRNA和Cy5-mRNA）评估细胞摄取和表达效率；流式细胞术分析树突状细胞（DCs）成熟和抗原呈递；分子对接模拟番茄碱与网格蛋白（caveolin）、NOD1的相互作用；RNA测序（RNA-seq）和Western blotting验证信号通路激活；小鼠肿瘤模型（E.G7-OVA淋巴瘤）和SARS-CoV-2变异株（Delta、Wild-Type、Omicron）感染模型评估体内免疫应答。

2.1. 番茄碱共递送同时增强mRNA表达和DCs成熟

通过薄膜分散法制备载有番茄碱的脂质体（T-LP），并与mRNA静电孵育形成T-LPX。透射电镜显示T-LPX呈典型多层囊泡结构，粒径约151.6 nm，zeta电位+34.9 mV，mRNA封装效率达94.6%。体外转染实验表明，当番茄碱与DOTAP摩尔比为10:3时，T-LPX在DC2.4细胞中的GFP表达效率最高，且通过共装载而非物理混合实现。番茄碱显著增强BMDCs的抗原呈递（H-2K^b/SIINFEKL复合物）和成熟标志物（CD80/CD86）表达。

2.2. 番茄碱通过调控摄取、释放和翻译增强mRNA表达

机制研究表明，T-LPX主要通过网格蛋白（caveolin）介导的内吞途径进入细胞，避免溶酶体降解，促进mRNA胞质释放。分子对接显示番茄碱与caveolin结合自由能（ΔG=-30.03 kcal/mol）显著低于clathrin（ΔG=-18.76 kcal/mol）。此外，番茄碱上调翻译起始调控因子DHX29（mRNA和蛋白水平均升高），加速mRNA翻译。

2.3. 番茄碱通过激活NOD样受体通路增强免疫原性

RNA-seq和KEGG分析提示T-LPX激活NOD样受体通路。qPCR和Western blot证实T-LPX处理组BMDCs中NOD1、p-TBK1、p-IRF7表达升高。分子对接表明番茄碱通过氢键与NOD1多位点结合，激活下游信号促进IFN-γ分泌，而非I型干扰素（IFN-β未显著升高），避免炎症风暴。

2.4. T-LPX/OVA在E.G7肿瘤模型中的治疗 efficacy

在E.G7-OVA淋巴瘤模型中，T-LPX/OVA静脉注射显著抑制肿瘤生长，诱导更高比例OVA特异性CD8⁺ T细胞。体内实验显示T-LPX增强肺DCs的mRNA摄取和抗原呈递，并促进DCs迁移至脾脏和淋巴结。安全性评估（H&E染色和血清生化指标）未发现显著毒性。

2.5. 番茄碱在LNP载体中的普适性佐剂效应

微流控制备的T-LNP（离子化脂质IC8体系）同样显示增强的mRNA表达（体内外转染效率）和DCs成熟。在SARS-CoV-2疫苗应用中，T-LNP诱导针对Delta、Wild-Type、Omicron变异株的更高IgG滴度和Th1偏向的T细胞应答（ELISpot显示IFN-γ分泌增加）。

结论与意义

本研究首次系统阐明番茄碱作为mRNA疫苗佐剂的双重功能：通过caveolin介导的内吞和DHX29上调增强mRNA表达效率，并通过激活NOD1通路促进DCs成熟和IFN-γ分泌，从而协同增强体液和细胞免疫。该策略在肿瘤和传染病模型均验证有效性，且安全性良好。番茄碱的“结构-功能一体化”特性（易于整合至脂质载体并发挥免疫调节作用）为mRNA疫苗佐剂开发提供了新思路，尤其适用于需高效抗原表达和强免疫激活的疾病场景。未来需在非人灵长类模型中进一步验证其临床转化潜力。