鼻内加强接种诱导持久黏膜免疫：破解SARS-CoV-2上呼吸道感染难题的小鼠研究

现有COVID-19疫苗虽能预防重症，却难以阻断上呼吸道感染与病毒传播。美国国立卫生研究院团队通过创新性"肌肉注射初免+鼻内腺病毒载体加强"策略，在小鼠模型中系统比较不同接种途径的免疫效应。研究发现：鼻内加强可显著激活上呼吸道黏膜IgA抗体和组织驻留记忆T细胞（TRM），形成持久免疫屏障；而单纯肌肉注射虽诱导全身免疫，却无法提供长期上呼吸道保护。该成果为开发阻断病毒传播的新一代黏膜疫苗提供了关键理论支撑，发表于《Scientific Reports》。

　　

论文解读

背景：疫苗接种的未解难题
全球COVID-19疫苗接种已挽救数百万生命，但现有疫苗存在显著局限：肌肉注射（i.m.）的mRNA或腺病毒载体疫苗虽能有效预防重症，却难以在上呼吸道（Upper Respiratory Tract, URT）建立强效黏膜免疫屏障。这导致突破性感染频发，无法阻断病毒人际传播。随着SARS-CoV-2变异株的不断涌现，疫苗效力进一步衰减。理想的解决方案需同时满足两点：在病毒入侵门户——呼吸道黏膜建立持久防线，并克服免疫反应随时间的自然衰退。

研究策略：鼻内加强的突破性探索
美国国立过敏与传染病研究所（NIAID）团队设计了一套精细的动物实验模型：以C57BL/6小鼠为对象，先通过两次肌肉注射mRNA疫苗（编码SARS-CoV-2刺突蛋白）建立基础免疫，六周后分为两组——一组接受第三次mRNA疫苗肌肉注射（IM组），另一组改用ChAdOx1 nCoV-19腺病毒载体疫苗鼻内接种（IN组）。研究通过多维度分析（图1实验设计）揭示不同接种途径的免疫差异：

关键技术方法
研究采用K18-hACE2转基因小鼠模拟病毒感染，通过肌肉注射（i.m.）和鼻内（i.n.）途径实施疫苗接种策略。免疫应答评估包括：

1. 多部位抗体检测：血清（全身免疫）、支气管肺泡灌洗液BALF（下呼吸道）和鼻相关淋巴组织NALT培养上清（上呼吸道）中的IgG/IgA抗体水平及ACE2竞争抑制能力；
2. 高维流式细胞术：分析鼻腔和肺组织内髓系细胞、组织驻留T/B细胞亚群及细胞因子分泌；
3. 免疫组化：观察鼻相关淋巴组织（NALT）结构动态变化；
4. 气溶胶攻毒实验：以Omicron EG.5.1变异株评估保护效果；
5. 转录组测序：筛选鼻甲组织差异表达基因及富集通路。

核心发现：黏膜免疫的关键优势

1. 上呼吸道IgA的持久盾牌
   IN组在NALT（鼻相关淋巴组织）中产生高水平的刺突蛋白特异性IgA抗体，对Alpha、Beta、Delta及早期Omicron变异株（BA.1）的应答可持续至接种后84天（D84），而IM组几乎检测不到（图1C）。值得注意的是，这种黏膜IgA反应与血清中和抗体水平无关——IM组血清中和抗体更高，却无法提供URT保护。

   关键图示：IgA在黏膜屏障的核心地位

1. 组织驻留免疫细胞的战略部署
   • 抗原提呈细胞扩增：鼻内接种后3天（D3），肺组织内CD11b+树突状细胞（DCs）和间质巨噬细胞（IMs）数量激增（图2A），表明疫苗迅速激活黏膜哨兵细胞。
   • TRM细胞定植：IN组鼻腔组织内出现大量CD69+CD103+双阳性组织驻留记忆T细胞（TRM），且比例随时间上升（D84达21.5%）；相比之下，肺组织TRM在D84几乎消失（图2D-E）。这解释了为何鼻内接种能实现URT的长效保护。
   • B细胞工厂启动：IN组肺组织驻留CD19+B细胞数量增加，且更多细胞表达表面IgA（图2F-G）。ELISpot进一步证实：IN组的肺和颈部淋巴结（CLN）中，刺突蛋白特异性IgA分泌细胞数量显著高于IM组（图2H）。

   免疫细胞动态可视化

1. 鼻相关淋巴组织的战略重塑
   免疫组化显示：鼻内接种后7天（DPV7），NALT体积显著增大，T细胞从边缘向中心浸润，被B细胞包围形成类生发中心结构（图3A-B）。Ki67染色提示细胞增殖在DPV14达峰值（图3D），证实黏膜疫苗可局部扩增免疫兵力。

   黏膜免疫枢纽的时空演变

1. 上呼吸道保护的终极验证
   攻毒实验给出决定性证据：所有疫苗接种组在加强后2周（D14）均能完全防护URT和LRT。但到D84时，IM组鼻腔病毒载量与未接种组相当，而IN组仍维持完全保护（图4D）。值得注意的是，D84时IM组出现病毒传播迹象——2/8动物口腔拭子检出病毒RNA，而IN组始终阴性（图4C）。

   长效保护的直接证据

1. 基因层面的防御密码
   转录组分析发现：攻毒后2天，IN组鼻甲组织高表达B细胞受体信号通路基因（如免疫球蛋白轻/重链、J链），并富集Th1/Th2/Th17细胞分化通路（图5B-C）。尤其值得注意的是PPAR（过氧化物酶体增殖物激活受体）信号通路上调——该通路与B细胞增殖、浆细胞分化及抗体产生密切相关。

   黏膜免疫的分子蓝图

结论与展望：新一代疫苗的设计蓝图
本研究首次系统阐明"肌肉注射初免+鼻内腺病毒载体加强"策略的核心优势：通过定向激活上呼吸道黏膜免疫，诱导持久性IgA抗体和组织驻留记忆T细胞（TRM），实现长达12周的上呼吸道完全保护。这一发现具有三重意义：

1. 破解临床困境：解答为何现有疫苗无法阻断病毒传播——因其缺乏黏膜免疫组件；
2. 提供优化路径：为开发"防感染+防传播"双效疫苗指明技术方向；
3. 揭示免疫规律：发现上呼吸道TRM比肺组织更稳定，为长效保护奠定基础。

尽管该策略在小鼠模型中效果显著，但人类转化仍面临挑战：如人体缺乏小鼠的NALT结构，且鼻黏膜屏障更复杂。近期临床试验显示，单纯鼻内腺病毒疫苗在人体效果欠佳，提示需优化递送系统或添加佐剂。未来研究可探索三方面：跨变异株保护能力、不同疫苗平台组合效应，以及TRM维持机制。正如作者所强调："在病毒入侵门户建立防线，是终结大流行的关键。" 这项研究不仅为COVID-19疫苗升级提供路线图，更为呼吸道传染病防控开辟了新范式。