天然肽聚糖纳米颗粒实现植物源疫苗的快速抗原纯化与高效递送

研究人员针对植物分子农业中下游加工成本高、复杂性强的问题，开发了基于乳酸菌天然肽聚糖纳米颗粒(NPN)的抗原纯化与递送系统。通过优化三聚化蛋白锚定域(PA)和低温结合策略，NPN实现了植物源血凝素(HA)的高效纯化与递送，在小鼠模型中诱导出强效体液免疫应答。该技术为植物源疫苗的低成本生产和高效免疫提供了创新解决方案。

　　

疫苗研发领域长期面临两大挑战：传统疫苗存在安全隐患，而亚单位疫苗虽安全性高但免疫原性不足。植物分子农业作为新兴生产平台，虽具备成本低、规模扩展快的优势，但下游纯化成本占总成本的80%，成为制约其应用的关键瓶颈。与此同时，疫苗递送系统需要兼顾抗原保护与免疫刺激功能，现有佐剂系统在稳定性和安全性方面仍有提升空间。

中国农业科学院烟草研究所与韩国浦项科技大学等机构的研究团队在《Plant Communications》发表突破性成果，开发了基于乳酸菌天然肽聚糖纳米颗粒(NPN)的双功能平台。研究通过低温结合策略和结构域优化，首次实现了植物源抗原的一步纯化与高效递送，为疫苗生产提供了全新解决方案。

研究采用三项关键技术：1) 通过比较mCor1与折叠子(FD)结构域筛选出植物适应性三聚化元件；2) 采用三氯乙酸和胰蛋白酶序贯处理制备高纯度NPN，结合透射电镜(TEM)和冷冻电镜(cryo-EM)进行表征；3) 建立小鼠和兔模型评估免疫原性，结合Western blot和ELISA分析抗体应答。

筛选植物偏好型三聚化域与BLP结合域
研究团队系统比较了小鼠coronin 1(mCor1)与折叠子(FD)三聚化结构域在烟草中的表达效率。通过构建GFP融合蛋白发现，FD结构域因其N端柔性连接区对相邻蛋白折叠干扰更小，使GFP-FD-LLysM表达量显著高于GFP-mCor1-LLysM。进一步筛选发现来自乳酸乳球菌的SCpl7结合域在4℃即可高效结合BLP，避免了37℃下植物蛋白酶导致的抗原降解。

天然肽聚糖纳米颗粒的制备与表征
选用宿主蛋白残留较少的清酒乳杆菌(L. sakei)，经10%三氯乙酸处理获得细菌样颗粒(BLP)后，通过胰蛋白酶消化彻底去除残留蛋白。电镜显示处理后的NPN直径缩小至300-500nm，比表面积增加4倍，且保持完整肽聚糖骨架。Bradford法证实胰蛋白酶处理使蛋白残留量降低85%，而抗原结合能力完全保留。

NPN-sHA1疫苗的制备与免疫评价
将猪源H1N2流感病毒血凝素(sHA1)与FD-SCpl7融合表达，在烟草中获得488mg/kg的高产量。低温结合实验显示仅需0.06g叶片即可饱和结合1mL培养物的NPN，载量达7.75μg，较前期研究提升4倍。小鼠实验表明，NPN-sHA1诱导的抗体效价与BLP-sHA1相当，但显著高于可溶性抗原，且抗体持续时间延长。

NPN介导的抗原缓释与抗体生产
荧光追踪发现NPN递送的GFP在肌肉组织滞留时间超过10小时，而可溶性GFP1小时内即消失。Western blot证实NPN-rGFP能诱导高效价多克隆抗体，50μg剂量即可达到商品化抗体的检测灵敏度。在兔模型中，BLP递送系统将抗原需求量从常规的100μg以上降至50μg。

该研究开创性地将NPN的纯化与递送功能整合，通过结构域工程解决了植物表达系统与细菌载体间的适配性问题。FD-SCpl7组合使抗原产量提升2-3倍，低温结合策略避免了蛋白酶降解。更重要的是，NPN的天然免疫刺激特性无需额外佐剂即可诱导持久免疫应答，其缓释特性为单剂量疫苗开发提供可能。这种"一石二鸟"的技术路线，不仅大幅降低植物疫苗的生产成本，也为新型佐剂设计提供了生物启发式方案。随着后续毒理学研究的完善，NPN平台有望在传染病防控和抗体生产中发挥重要作用。