综述：基于纳米颗粒的弓形虫疫苗：免疫学原理、平台策略与转化挑战

《Transboundary and Emerging Diseases》：Nanoparticle-Based Vaccines Against Toxoplasma gondii: Immunological Rationale, Platform Strategies, and Translational Challenges

　　

弓形虫是一种广泛分布的人兽共患病原体，对人类健康和畜牧业生产均有不利影响。目前尚无适用于人类的疫苗，唯一获许可的兽用疫苗Toxovax在安全性、稳定性和大规模生产方面存在局限。本综述分析了包括PLGA、壳聚糖、脂质纳米颗粒、磷酸钙纳米颗粒、病毒样颗粒和多孔递送系统在内的纳米颗粒平台，涉及抗原摄取与MHC-I/MHC-II呈递、Th1极化细胞免疫及黏膜免疫等方面。研究人员还探讨了抗原选择、载体特性、给药途径及宿主种类如何影响免疫应答和保护效果。现有研究表明，不同抗原在同一平台内的表现可能不同，同一抗原经不同载体递送也可能诱导不同结果。从One Health视角出发，猫科动物疫苗接种可减少环境卵囊污染，而家畜疫苗接种可减少组织包囊和食源性传播。尽管非肠道给药的mRNA-LNP疫苗在小鼠中降低了慢性期寄生虫负荷，但直接证据表明其诱导肠道黏膜免疫的能力仍有限。关键转化问题包括非啮齿类宿主验证、慢性期与黏膜终点评估、生产可扩展性及监管审批。纳米颗粒疫苗前景广阔，但其成功开发需要在抗原、平台、给药途径和靶标宿主之间实现更精准的匹配。

1. 引言

弓形虫是一种兼性细胞内寄生虫，可感染包括人类在内的几乎所有温血动物。目前尚无获批用于人类的弓形虫疫苗，而唯一获许可的兽用疫苗Toxovax存在安全性、稳定性和大规模生产方面的局限。弓形虫病被视为One Health问题，因其可通过环境卵囊、中间宿主组织包囊以及食物和水源途径传播。Th1细胞，尤其是产生IFN-γ的细胞，在抗弓形虫感染的免疫保护中起关键作用。CD8⁺细胞毒性T细胞在预防包囊再激活和控制慢性感染中至关重要。针对急性速殖子的免疫应答可能不足以控制慢性缓殖子。

2. 抗弓形虫保护性免疫的免疫学需求

2.1 Th1免疫作为抵抗的核心轴

对弓形虫病的抵抗依赖于持续的Th1应答，IFN-γ是重要介质。IL-12驱动的IFN-γ分泌对于限制急性感染期间寄生虫在宿主细胞内的复制以及协调更复杂的细胞抵抗均至关重要。

2.2 CD8⁺ T细胞与慢性感染的挑战

针对弓形虫的成功免疫需要有效控制急性和慢性寄生虫阶段。CD8⁺ T细胞应答的作用不仅限于急性感染中寄生虫的有效清除，还包括维持慢性感染的潜伏状态。因此，疫苗效力评估需超越抗体水平和急性感染后即刻存活率的监测。

2.3 传统制剂为何常表现不佳

传统亚单位疫苗面临的主要挑战是可溶性抗原被抗原呈递细胞有效捕获并进行交叉呈递以激活MHC-I通路的能力相对较低。这解释了亚单位疫苗在激活CD8⁺ T细胞方面免疫原性较弱的原因。铝佐剂偏向于刺激B细胞而非T细胞应答，使其不适用于需要Th1型和CD8⁺ T细胞应答的场景。

2.4 纳米颗粒递送的免疫学意义

纳米颗粒递送系统可解决上述若干缺陷。它们提供更好的抗原稳定性，增强APC捕获，并促进MHC-I抗原呈递以激活CD8⁺ T细胞。未修饰颗粒通常通过内吞或吞噬途径被摄取，而配体功能化颗粒可促进受体介导的递送至特定APC群体。APC摄取或靶向不应等同于APC成熟。在弓形虫模型中，PLGA或壳聚糖携带的TgRPS2增加了DC成熟标志物CD83和CD86的表达。两种制剂均增加了MHC-II表达，而MHC-I表达仅由壳聚糖制剂显著增加。MHC表达增加表明抗原呈递能力增强，但本身并不证明抗原特异性呈递。滞留在内体区室的抗原通常有利于MHC-II呈递，而胞质通路和交叉呈递对于MHC-I介导的CD8⁺ T细胞启动至关重要。

3. 弓形虫纳米疫苗的抗原选择与理性设计

3.1 抗原选择作为首要设计瓶颈

抗原选择是纳米疫苗开发中最显著的瓶颈之一。与引入广泛寄生虫蛋白质组的减毒活疫苗不同，亚单位和核酸疫苗仅利用有限数量的免疫原。弓形虫生活史的复杂性、广泛的组织嗜性以及同时针对急性速殖子和慢性缓殖子感染的需求增加了额外困难。

3.2 研究中的主要抗原类别

候选抗原主要选自与寄生虫入侵细胞、胞内存活及宿主细胞环境操纵相关的蛋白。目前实验使用的抗原有表面抗原SAG1、致密颗粒蛋白GRA7和GRA12、棒状体蛋白ROP18以及参与附着和运动的微线体蛋白。

3.3 超越单抗原策略

单抗原疫苗未能完全预防弓形虫病。越来越多的研究支持包含多表位、多价和多阶段抗原的疫苗设计。使用脂质纳米颗粒内的四价自扩增RNA和PLGA纳米颗粒内的多表位肽的纳米疫苗，以及多项组合抗原提供更好保护的实验均已证明这一点。

3.4 抗原与平台相互依赖

递送策略和抗原选择应联合考虑而非分开处理。PLGA和壳聚糖等聚合物载体适合重组SAG1或GRA12等蛋白抗原。而DNA和mRNA构建体需要促进胞内分布和胞质释放的载体，脂质纳米颗粒和磷酸钙纳米颗粒在此方面尤为重要。然而，较差的抗原选择不太可能通过更好的递送来弥补。GRA12在同一PLGA平台内比GRA7提供更多保护，表明抗原质量至少与载体设计同等重要。

3.5 抗原发现的未来方向

未来抗原选择应优先考虑更广的株系覆盖和慢性期相关性。计算表位预测、多阶段抗原组合的理性组装和反向疫苗学等综合策略可能是推进该领域所必需的。

4. 纳米颗粒平台范式

多种基于不同纳米颗粒平台的纳米疫苗已在弓形虫感染中进行了研究，包括聚合物、脂质、磷酸钙、病毒样颗粒、自组装蛋白纳米颗粒和多孔黏膜纳米颗粒系统。

4.1 聚合物纳米颗粒：PLGA与壳聚糖

PLGA因其转化成熟度和容纳不同抗原制剂的能力，仍是弓形虫纳米疫苗开发中使用最广泛的平台。装载重组蛋白、肽甚至核酸的纳米制剂可增加APC激活、增强IFN-γ水平、刺激抗体产生、延长存活或降低寄生虫负荷。然而，PLGA纳米平台的性能显著依赖于抗原内容。壳聚糖的阳离子性和黏膜粘附性为其作为黏膜递送和核酸复合载体提供了潜在优势。壳聚糖制剂可增加DC活化，改善核酸递送，并产生Th1或Th1/Th17偏向的免疫应答。

4.2 核酸递送平台：脂质纳米颗粒与磷酸钙纳米颗粒

脂质纳米颗粒是开发基于核酸的弓形虫疫苗的主要方法之一，可实现内源性抗原表达和细胞免疫激活。脂质纳米颗粒确保不稳定RNA的稳定性，增加细胞摄取，并允许胞内释放。携带TGGT1_316290和TGGT1_216200等抗原的mRNA-LNP免疫小鼠在弓形虫感染模型中存活率提高且细胞免疫增强。四价saRNA-LNP疫苗通过包含多个阶段的抗原改善了该策略。可电离脂质可能影响免疫编程，但尚不清楚这些效应是否对弓形虫抗原呈递或交叉呈递具有特异性意义。磷酸钙纳米颗粒已用于递送编码GRA14和GRA7的质粒，产生更强的Th1相关应答和降低的组织寄生虫负荷。

4.3 VLP、SAPN和结构化抗原展示系统

VLP和SAPN将颗粒结构与表面抗原展示相结合。重复架构可能增加与B细胞的相互作用并促进CD4⁺和CD8⁺ T细胞激活。SAPN系统递送明确的T细胞表位以及辅助信号和额外的先天免疫刺激，已在转基因小鼠中产生CD4⁺和CD8⁺ T细胞应答。

4.4 黏膜和多孔纳米颗粒系统

由于主要感染途径，黏膜免疫对预防兽医应用中的弓形虫病仍然重要。递送复杂寄生虫抗原的多孔麦芽糊精纳米颗粒系统在小鼠和绵羊模型中有效，保护动物免受潜伏和先天性感染。

4.5 平台比较视角

每种纳米颗粒平台更适合某一疫苗目标，没有可被视为普遍优越的平台。选择取决于货物类型、所需免疫应答、给药途径、宿主种类和递送细节。蛋白最适宜通过PLGA、壳聚糖和VLP递送，而核酸疫苗需要脂质体或磷酸钙纳米颗粒等载体。

5. 临床前疗效与One Health背景下的转化前景

5.1 临床前发现

在动物模型中，大多数靶向弓形虫的纳米疫苗诱导Th1偏向应答。常见观察包括Th1相关细胞和抗体应答、APC激活和淋巴细胞增殖。报告的有益结果包括急性感染后存活延长、组织内寄生虫负荷降低以及某些情况下脑包囊计数减少。

5.2 家畜疫苗接种与食品安全

受污染肉类引起的弓形虫感染是人类弓形虫病的主要途径。从One Health视角，家畜疫苗接种似乎是可行的措施。组织包囊减少将有利于动物健康、食品安全和公共卫生。

5.3 猫科动物疫苗接种与阻断环境传播

猫是终末宿主和环境稳定卵囊的携带者。通过疫苗接种减少卵囊脱落可能从源头干扰传播链。在RHΔompdcΔuprt减毒活株免疫的猫中，攻虫后卵囊脱落减少了95.3%。

5.4 野生动物保护与人类转化

弓形虫影响多种物种，将环境污染与生物多样性丧失联系起来。纳米颗粒免疫在易感圈养动物中显示出前景。人类使用方面，优先人群可能包括怀孕前血清阴性的女性和高风险严重疾病的免疫受损患者。

5.5 主要转化障碍

小鼠模型与人类应用之间存在差距。小鼠使用TLR11/TLR12依赖性识别弓形虫profilin，而该通路在人类中未功能性保守。寄生虫遗传多样性是另一个问题。mRNA-LNP技术可能面临制剂、储存和实施方面的挑战。

6. 结论与未来展望

纳米疫苗代表了解决弓形虫疫苗两个重要问题的有吸引力的方法：可溶性抗原诱导的弱细胞免疫和缺乏适合细胞内寄生虫的安全制剂。该领域需要更少的验证概念实验和更多聚焦的比较分析。关键因素包括鼠与人先天免疫差异、实验室株系范围狭窄以及mRNA-LNP的制剂优化需求。从One Health视角，家畜和猫疫苗接种是获得切实成果的最佳机会。