基于鞭毛蛋白纤维的黏膜免疫佐剂机制研究.pdfVIP

摘要

高效的黏膜免疫佐剂在增强和调节黏膜疫苗效力方面发挥重要的作用。鞭毛蛋白

（Flagellin）作为先天免疫反应的激动剂，可以通过诱导细胞因子释放和黏膜抗体产生

促进黏膜免疫反应。鞭毛蛋白通过螺旋缠绕的方式形成鞭毛蛋白纤维，所以基于鞭毛蛋

白纤维不同形貌特性的黏膜免疫佐剂显示出潜在的发展优势。然而，鞭毛蛋白纤维的物

理化学特性缺乏可控性，因此这极大地限制了其作为佐剂的免疫调节功能。基于此，本

研究从鞭毛蛋白纳米纤维（FlagellaNanofibers）长度的角度出发，从其诱导并调控先天

免疫反应，细胞焦亡以及黏膜抗体释放方面逐一开展研究，旨在解决鞭毛蛋白纤维引发

和调控黏膜免疫响应作用机制这个科学问题。在阐明纤维长度与黏膜免疫应答之间构效

关系的基础上，进一步将鞭毛蛋白纤维应用于预防性肿瘤疫苗，揭示其诱导的黏膜免疫

反应可以抑制远端肿瘤生长。具体研究结果如下：

（1）鞭毛蛋白纤维诱导并调控先天免疫反应的研究

通过超声处理成功制备了328±188nm到119±67nm的形貌均一且长度不同的沙

门氏菌鞭毛蛋白纤维。体外细胞实验发现，鞭毛蛋白纤维显示出长度依赖的TLR5激活；

在炎症小体基因工程化细胞（NLRC4THP-1和defNLRP3THP-1）及J774A.1巨噬细胞

中，鞭毛蛋白纤维可以通过激活NLRC4和NLRP3炎症小体促进细胞因子长度依赖性

释放，其中较短的蛋白纤维（119±67nm）更好地促进炎症响应。通过对鞭毛蛋白纤维

在细胞摄取、介导溶酶体损伤、与胞质NLRC4相互作用以及引发线粒体活性氧产生等

过程的机制研究发现，在相同质量浓度条件下，较短的纤维可以诱导更强的生物响应。

（2）鞭毛蛋白纤维诱导并调控先天免疫细胞焦亡的研究

在鞭毛蛋白纤维与先天免疫细胞相互作用过程中，蛋白纤维可以诱导巨噬细胞发生

肿胀，出现细胞焦亡的形态变化。在野生型骨髓源巨噬细胞（BoneMarrow-Derived

Macrophage，BMDM）和敲除NLRP3的BMDM巨噬细胞模型中，鞭毛蛋白纤维可以诱

导LDH释放并通过激活NLRP3炎症小体介导IL-1β产生。同时，本研究在中性粒细胞

模型中也发现，鞭毛蛋白纤维不仅诱导细胞发生肿胀，而且引发LDH和IL-1β释放，其

中较短的蛋白纤维可以引发更强程度的炎症因子释放。

（3）鞭毛蛋白纤维引发并调节黏膜抗体释放的研究

在卵清蛋白抗原模型中，与抗原组相比，较短的鞭毛蛋白纤维滴鼻免疫后可以将IgA

在唾液、肺黏膜分泌液和血清中的释放水平分别提升1.4、1.2和1.2倍。进一步，本研

究在体外琼脂糖黏液穿透模型中研究鞭毛蛋白纤维调控黏膜抗体释放的机制，发现较短

蛋白纤维的黏液穿透能力比较长的纤维提高了1.3倍；此外，相比于较长的纤维，较短

的蛋白纤维可以在肺部招募更多的巨噬细胞和中性粒细胞，揭示了在同等质量浓度条件

下，较短的纤维可以诱导更强的黏膜抗体释放。

（4）鞭毛蛋白纤维引发的黏膜免疫反应抑制远端肿瘤生长的研究

本研究进一步利用鞭毛蛋白纤维的佐剂功效，以HPV16E6/E7多肽为抗原模型，探

究鞭毛蛋白纤维的免疫预防潜能。研究发现，蛋白纤维滴鼻免疫后，其可以抑制疫苗接

种位点远端TC-1肿瘤的生长，提高荷瘤小鼠的生存率。机制研究表明，相比于E6/E7

多肽抗原，鞭毛蛋白纤维可以将TNF-α分泌提高1.7倍，IFN-γ释放提高6.7倍，并增

强细胞毒性T细胞响应以及瘤内IFN-γmRNA表达；此外，鞭毛蛋白纤维也显著地促进

了E6/E7多肽特异IgG抗体释放，揭示了鞭毛蛋白纤维可以通过诱导细胞免疫和体液免

疫，抑制远端肿瘤生长。

综上，本文基于鞭毛蛋白纤维开展了其作为黏膜免疫佐剂的机制研究，成功搭建了

蛋白纤维的物理化学性质和黏膜免疫反应之间的桥梁，为科学设计蛋白纤维作为黏膜免

疫佐剂提供了新思路。

关键词：鞭毛蛋白纳米纤维；黏膜免疫；Toll样受体5；NLRC4炎性小体；NLRP3炎

性小体；细胞焦亡

ABSTRACT

Effectivemucosalimmuneadjuvantsplayanimportantroleinthe