跨越胃肠道屏障的口服疫苗递送系统：肠道菌群调控与工程化载体策略

《Cell Reports》：Oral vaccine delivery systems: Gastrointestinal barriers, gut microbiota, and emerging engineering strategies

　　

口服疫苗具有显著优势，包括给药便捷、患者依从性高以及可同时诱导黏膜和全身免疫（mucosal and systemic immunity）。然而，其临床转化面临胃肠道屏障（gastrointestinal barriers）、免疫耐受（immune tolerance）以及肠道菌群（gut microbiota）个体差异等挑战。本综述系统总结口服疫苗接种的生理与免疫屏障，并评估肠道菌群如何影响肠道疫苗相关免疫。重点关注口服疫苗递送系统的进展，包括工程化纳米载体（engineered nanocarriers）、微生物载体（microbial vectors）和非活菌型细菌衍生物（nonliving bacterial derivatives），并从平台特异性角度考虑抗原保护（antigen protection）、黏液转运（mucus transport）、上皮摄取（epithelial uptake）、胞内递送（intracellular delivery）和生物安全性（biosafety）。此外，还讨论这些创新方法的转化潜力及未来研究方向。本综述旨在为开发有效口服疫苗接种策略提供全面且前瞻性的视角。

研究背景：疫苗接种是控制传染病的重要公共卫生策略，但当前肌内注射依赖受训人员、患者依从性有限，并可出现注射相关不良反应；肌内接种虽可诱导全身免疫，却常难对经黏膜入侵病原体提供充分黏膜保护。口服疫苗具有无创给药、安全性较好和适于大规模免疫等优势，可经派尔集合淋巴结（Peyer’s patches，PPs）中的微折叠细胞（microfold cells，M cells）摄取，并由肠相关淋巴组织（gut-associated lymphoid tissue，GALT）处理抗原，从而启动黏膜—全身双重免疫。然而，口服疫苗效价受生化降解、物理屏障和免疫耐受等制约。该综述围绕胃肠道屏障、肠道菌群调控和新兴工程化递送策略进行系统总结，旨在为合理设计口服疫苗递送系统及增强黏膜和全身免疫提供概念框架。

关键技术方法：该文为综述性研究，未开展原始实验或新建样本队列；方法上通过整合口服疫苗递送相关文献，围绕肠道免疫基础、胃肠道生理与免疫屏障、肠道菌群调控机制、纳米载体/微生物载体/细菌衍生物平台及转化挑战进行归纳比较，并以大动物、禽类和水生动物代表性研究及已上市/在研口服疫苗资料讨论转化可行性；文中涉及已发表临床观察和试验资料，包括健康成人抗生素干预后流感疫苗接种、万古霉素对轮状病毒IgA影响及26项研究、3812名参与者的益生菌系统综述等。

研究结果：
肠道免疫基础：通过总结PPs和肠系膜淋巴结（mesenteric lymph nodes，MLNs）等诱导位点、M细胞摄取、抗原提呈细胞（antigen-presenting cells，APCs）尤其是树突状细胞（dendritic cells，DCs）提呈、滤泡辅助性T细胞（follicular helper T cells，Tfh）分化和IgA⁺ B细胞反应，以及α₄β₇整合素和CCR9依赖的归巢机制，指出M细胞摄取更与保护性黏膜和全身免疫相关，而杯状细胞相关抗原通路和CX3CR1⁺单核吞噬细胞采样更与调节性和耐受性反应相关。
胃肠道屏障：通过归纳生理屏障和免疫屏障，得出胃酸、蛋白酶、胃排空2–16 h、年龄/健康状态/用药、滤泡相关上皮中M细胞占比低于5%及受体种属差异、黏液层黏滞和持续清除等均降低抗原可用性；低剂量或缺乏充分促炎信号的高剂量抗原可经CD103⁺ DCs、调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）、维甲酸、转化生长因子β（TGF-β）和IL-10等途径促进口服耐受，故口服疫苗设计需精确控制抗原剂量、保护抗原并靶向M细胞，必要时共递送免疫刺激佐剂。
肠道菌群对疫苗免疫原性的调控：通过总结微生物结构成分作为自然佐剂、菌群介导的免疫调节、抗原表位交叉反应及菌群失衡影响疫苗效力的证据，得出鞭毛蛋白-TLR5、LPS-TLR4、外膜囊泡、短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）等可影响抗体和记忆反应；菌群与病原表位交叉反应既可偏向非保护抗体，也可用于多表位疫苗设计；抗生素所致菌群失调可降低H1N1特异性IgG1和IgA等反应，但万古霉素未显著改变健康成人抗轮状病毒IgA，提示作用具情境依赖性。
口服疫苗递送系统构建策略：通过比较M细胞靶向纳米递送、壳聚糖（chitosan，CS）纳米颗粒、脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles，LNPs）、碳纳米管、水凝胶、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA）及工程化微生物和细菌衍生物，得出CS和pH响应载体可改善抗原保护、黏附与释放，LNPs利于核酸胞内递送但受胆盐和酶降解限制，RGD、GP2、UEA-1和CKS9等M细胞靶向策略各有种属差异或转化限制；细菌、酵母和腺病毒载体可原位表达或释放抗原并具内在免疫刺激，但需关注遗传稳定性、清除、环境播散和预存免疫；外膜囊泡（outer membrane vesicles，OMVs）、细菌影（bacterial ghosts，BGs）和类细菌颗粒（bacteria-like particles，BLPs）保留免疫刺激成分并提高非活菌安全性，其中Zhang et al.的BLPs-SAM-FAdE靶向M细胞和PPs并增强B细胞反应。
微生物载体对肠道菌群的调节作用：通过归纳乳酸菌、酵母、BG和BLP等平台研究，得出口服微生物或细菌衍生物载体可在诱导特异性免疫的同时改变菌群组成和丁酸等代谢物；Sutra et al.报道灭活疫苗提高亚洲海鲈存活并富集菌群多样性；但TLR/NF-κB持续激活可能引起局部黏膜炎症和紧密连接短暂破坏，需监测系统毒性、黏膜炎症和组织学变化。
应用挑战与未来展望：通过总结已批准口服疫苗和候选疫苗，得出目前获批产品多为灭活全菌、减毒活菌和重组蛋白亚单位疫苗，针对SARS-CoV-2、诺如病毒等非肠道病原的新型口服疫苗仍多处于临床前或早期临床；营养不良儿童OPV和ORV血清转化率分别降低30%–40%和50%，抗原释放不足或过久均影响免疫与耐受平衡，复杂纳米载体和工程菌规模化、GMP及生物安全评估仍是限制。讨论部分指出，益生菌可能增强包括口服和注射流感疫苗在内的疫苗反应，但菌株、给药方式和剂量异质性限制外推；需建立整合宏基因组、代谢组和免疫组的多组学数据库，并关注递送系统、肠道菌群、微生物代谢物与黏膜免疫的相互作用。结论性表述翻译：未来口服疫苗递送系统可能日益结合响应性纳米材料与工程化微生物平台，以实现对疫苗抗原递送更精确的时空控制；同时应更加关注递送系统、肠道菌群、微生物代谢物和黏膜免疫之间的相互作用，阐明这些因素如何共同塑造疫苗反应，将为合理设计兼具高效抗原靶向和肠道免疫微环境调节能力的口服递送系统提供重要基础。