接种就像“喝奶茶”！盘点吸入式疫苗的优势与难点
来源：药渡
撰文：三七 编辑：丸子
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前言
在人类与传染病斗争的漫长历史中，疫苗是人类对抗传染病的有利武器，将有效的疫苗准确无误的输送进人体是则是完成免疫过程的第一步。从19世纪中后期皮下注射的出现，到后来更多更先进的注射器的出现，注射已成为现在免疫接种的主要途径。
然而，注射疫苗的要求较高：疫苗通常配制成需要冷藏的不稳定液体，或者冻干粉末用于重溶；注射需要经过专业训练的技术人员；针头刺伤和针头重复使用增加了交叉污染的可能性；最后由于注射的相关针头恐惧症和疼痛，尤其是儿科降低注射接种疫苗接种的依从性。此外，注射疫苗主要诱导系统免疫反应，而不是针对病原体的感染区域。
大多数病原体都是通过黏膜表面进入人体的，健康成年人中接近80%的总免疫细胞与黏膜表面相关。不同于注射免疫，黏膜免疫不仅可以诱导全身应答，还能够很好地激发黏膜组织驻留T细胞应答，并促进黏膜分泌免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）抗体，在建立黏膜免疫记忆，从而更加有效预防黏膜病原体的感染。黏膜疫苗还有具有无针给药的优势，如感染风险更低，接种者的顺应性更高，技术人员要求低等。
目前，虽已有经肠道和鼻腔黏膜免疫的疫苗上市，但其数量屈指可数（4种肠道黏膜，1种鼻黏膜流感疫苗，见图1）。黏膜疫苗也有其局限性，这类疫苗多为减毒或灭活疫苗，存在灭活不彻底、毒力恢复等隐患。
近年来，在应对呼吸道微生物的感染的预防中，吸入式疫苗成为研发的热点。呼吸道黏膜约有70-100平方米的表面积，具有上皮渗透性好和高度灌注的特点，是生物药物吸收的最佳靶位之一。特别是国内一款吸入式的新冠病毒疫苗获得紧急使用许可，将我们的视线再次聚焦于这一方向。研究吸入式疫苗，首先是建立对呼吸道黏膜免疫认识的进一步深化。
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“三重保护”
呼吸道黏膜免疫系统
呼吸道黏膜长期持续暴露于异物，面对外来异物是诱导免疫反应保护机体还是诱导免疫耐受，建立了一套平衡机制。通常情况下，呼吸道吸入异物如灰尘颗粒和其他惰性物质存在免疫耐受，通过粘液纤毛清除或通过咳嗽/喷嚏反射将其清除。
然而，病原体侵入时，呼吸道黏膜会有“三重”免疫保护机制。第一重是常规路径：APC细胞（抗原递呈细胞）通过对病原体相关分子模式（PAMP）或损伤相关分子模式（DAMP）加以识别、吸收抗原。此后，DC细胞（树突细胞）通常通过传入淋巴管迁移到附近的引流淋巴结，在那里抗原通过MHC-II复合物呈递到幼稚的T细胞和B细胞。
除了这套常规的抗原呈递途径外，在人类呼吸系统感染时，还有“第二重”保护可以形成称为诱导性支气管相关淋巴组织（BALT）的专门组织。BALT的基本结构包括中心的淋巴滤泡，其上覆盖的黏膜细胞以及一些变异的上皮细胞，BALT可以将抗原呈递给幼稚T细胞和效应T细胞和B细胞，而无需通过淋巴系统迁移。在鼻黏膜附近还有类似的组织—鼻相关淋巴组织（NALT）。BALT、NALT共同参与呼吸道的黏膜免疫系统，引发的体液免疫应答，对有效处理致病性抗原和随后的病原体中和非常重要。BALT引发的体液免疫应答主要是局部B细胞的应答和IgA的应答，黏膜组织中的IgA抗体通常是二聚体，最终形成的分泌性IgA（SIgA），可以交叉连接内腔中的病原体，导致空间障碍，从而阻断感染性，也可以结合感染细胞内的抗原，并通过囊泡转运将其排出。
黏膜组织的“第三重”保护机制是，在一个特定黏膜区域的抗原启动可在不同的黏膜区域诱导反应。简而言之，鼻或口腔黏膜中的抗原启动可能在肺的黏膜组织中诱导黏膜抗体，反之亦然。换句话说，一个人如果通过鼻黏膜被感染，这也可能导致气道黏膜中SIgA水平升高。这种不同黏膜部位的相互作用通常被称为共同黏膜免疫系统。
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关山难越
可吸入疫苗的阻碍
结构决定性质，呼吸道黏膜的特殊免疫系统决定了其免疫接种中的作用。一款成功的吸入式疫苗，需要满足下列要求：疫苗可以应准确的送到肺部；足够的免疫原性活性，以确保充分的（黏膜）免疫细胞活化，即它应克服免疫耐受障碍；疫苗不良反应少，尤其不会导致哮喘和COPD等，在疫苗研发中必须克服下列的障碍。
1适度的免疫耐受屏障
由于呼吸道黏膜需要保持一定的免疫耐受性，确保在持续暴露于来自外部环境的大量无害物质不会发生超敏反应。但这种“精巧的生理设计”却极大了考验了疫苗的免疫原性，所以可吸入式往往需要搭配佐剂使用。佐剂的选择取决于疫苗的类型与疫苗本身的固有免疫原性，但由于可吸入疫苗制剂中佐剂的必要性尚未完全阐明，因此在吸入式疫苗的研究中就考虑免疫应答的问题，主要考察免疫细胞和局部抗体产生，并观察佐剂是否提高疫苗的保护效力。
虽然黏膜免疫系统在保护呼吸道免受病原入侵方面发挥关键作用，但过度的免疫反应可能会损害肺部，并导致（抗体依赖性）呼吸道疾病的发生。一些研究表明，在某些情况下过度免疫相关反应，导致细胞因子风暴的发生。
2粒径与沉积
由于经空气传播的病原体感染呼吸道的区域取决于其各自附着受体的表达，吸入疫苗的沉积位点与疫苗作用的发挥相关联，因此疫苗制剂也应考虑空气动力学尺寸范围内分散，选择适合穿透气道的粒径。通常1-5µm的气溶胶适合在肺中渗透和沉积，而较小的颗粒易被呼出。大于5µm的颗粒主要沉积在喉咙或上呼吸道。除粒径外，其他因素，如形状、密度、吸入流速、电荷和吸湿性也可能影响颗粒在肺部的沉积行为。
3造模的困境
体内研究的一个先决条件是，应在最接近人类的动物模型中对疫苗进行严格评估，疫苗的体内研究的通常需要动物模型的参与，但它们却无法执行所需的吸入动作。
另外，患者的吸入动作也是影响吸入疫苗有效性的一个因素。患者正确地执行吸入动作，才能使疫苗到达所需的目标区域，要保持适当的呼吸流速、正确的手呼吸协调，这些都需要正确的吸入操作指导。很多试验中都考虑使用干粉吸入装置（DPI），这是一种目前比较成熟的吸入式设备，并参考干粉吸入剂优化疫苗在肺部沉积，同时引入特殊的阀门利于儿童的使用。
4适用性的考虑
可吸入疫苗制剂大致可分为两类：液体制剂和粉末制剂。干粉制剂比液体制剂有几个优点。首先，适当干燥的疫苗可以更稳定，易于在常温环境中储存，从而避免了对冷链的要求。第二，干疫苗重量小于液体溶液，有利于散装运输；第三，干粉制剂可以适配一次性干粉吸入器，可防止重复使用、交叉污染和水分引起的降解，并且与液体制剂相比，可在吸入中控制剂量。如克威莎®雾优®是采用雾化器将干粉制剂的疫苗雾化成微小颗粒，通过口腔吸入的方式完成接种。
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成功的范例
流感减毒活疫苗喷雾剂（LAIV，live attenuated influenza vaccine）—FluMist由阿斯利康生产，2003年获得FDA批准，是迄今为止最成功的鼻疫苗。
FluMist克服了鼻腔黏膜膜渗透性低、黏膜纤毛清除率高、粘液屏障和鼻黏膜的酶环境等阻碍，在儿童和成人中已经使用超过10年。该疫苗包含三种减毒病毒疫苗：两种A型毒株（H1N1和H3N2亚型）和一种B型毒株。每种病毒都有相同的骨架，由来自主供体病毒的六个基因片段和来自野生型流感病毒的两个基因片段（编码血凝素和神经氨酸酶糖蛋白）组成，每种LAIV病毒都是从鸡蛋中培养和纯化的。通过基因工程的改造使得减毒活病毒在在鼻咽黏膜细胞中感染和复制，但不侵犯下呼吸道和肺。减毒活病毒在鼻咽感染和复制的能力增强了抗原捕获和呈递，有利于免疫反应的发展。此外，这种递送系统允许抗原以其天然形式呈现，因此，诱导的免疫应答类似于自然感染诱导的免疫反应。
该制剂存在一些微量杂质，这些杂质可作为佐剂。所有这些特点及其良好的安全特性是FluMist成功的原因。此后的2012年2月，FDA批准了FluMist四价，一种含有两种甲型流感亚型病毒和两种乙型流感病毒的制剂，使用人群也拓展到了2至49岁的人群
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总结
在所有病毒性感染呼吸道感染疾病中，目前唯一“常规可用”吸入式疫苗就是针对流感病毒的。现在的新冠肺炎大流行，吸入式疫苗是具有潜力的给药方式，特别是干粉式疫苗可以提高稳定高效的接种。与注射疫苗相比，吸入式疫苗适用区域更广泛，对老弱幼等人群更加友好，安全性更高。此外吸入疫苗诱导的更强的黏膜免疫反应，可以能提供额外的一道防线，希望吸入式疫苗可以为丰富武器库，更有力的抗击呼吸道传播疾病。
主要参考文献
[1]孙逊, 张远冬. 克服免疫屏障的黏膜疫苗递送技术研究进展[J]. 药学进展, 2022,46(4):282-295.
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[4]Benne N, Duijn J V, Kuiper J, et al. Orchestrating immune responses: How size, shape and rigidity affect the immunogenicity of particulate vaccines[J]. Journal of Controlled Release, 2016,234:124-134.
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