脂質奈米顆粒（lipid nanoparticle，以下簡稱 LNP）是由多種脂質依比例混合而成的一種脂質奈米載體，由於能夠包裹親水與親油的分子， LNP 在過去幾年已經成為藥物載體的潛力新星。而在各國投入 COVID-19 疫苗的研發戰役時，輝瑞與莫德納製造的 mRNA 疫苗也備受關注，英國在 2020 年成為第一個批准這類 mRNA 疫苗的國家，在較早的流感疫苗研究中[1]，mRNA-LNP 疫苗能夠在小鼠體內產生持續性的抗體反應，相較之下，重組蛋白質次單元疫苗需要添加佐劑以增強免疫誘導，因此許多疫苗研發團隊也為了能夠尋找能誘導強烈免疫反應的搭配佐劑而努力不懈。在今天介紹的文章中[2]，研究團隊將帶領我們探尋 LNP 用於蛋白質次單元疫苗的效果。
LNP的佐劑活性能增強蛋白質次單元疫苗效果
過去的研究發現 mRNA-LNP 疫苗可以誘導較強的細胞與體液免疫反應[3]，但對於作用機制尚未有明確的研究成果。本文的研究團隊推測這類疫苗的佐劑活性可能來自於 LNP 或 mRNA，又或是兩者的複合物，因此分別製備了帶有經修飾 mRNA 的 LNP 與不帶有負載物質的 LNP（empty LNP，以下簡稱 eLNP），並以佐劑 AddaVax 作為對照組，後續再混合流感病毒血凝素重組蛋白（以下簡稱 rHA），觀察不同注射方式：IM 或 ID 的血球凝集抑制（hemagglutination inhibition，簡稱 HAI，註一）效果。在 IM 途徑中，rHA + eLNP 疫苗誘發持久且較強的血凝抑制；在 ID 途徑中，帶有 LNP 者誘導程度優於使用 AddaVax 作為佐劑者。從實驗結果中，我們可窺探到 LNP 用作為蛋白質次單元疫苗製作佐劑的潛力。
圖一、比較 rHA 加上不同佐劑的血凝抑制效果 圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.11.001
LNP作為佐劑能夠加強細胞免疫與體液免疫
濾泡輔助 T 細胞（以下簡稱 Tfh）是參與體液免疫反應、協助 B 細胞製造抗體的重要關鍵，過去的研究顯示 mRNA-LNP 疫苗可產生有效的 Tfh 細胞。研究人員假設 LNP 佐劑能夠有效誘導 Tfh 細胞分化，藉由將 rHA 加上 eLNP 或 AddaVax 佐劑，分析小鼠淋巴結中的 Tfh 細胞反應， 結果顯示，rHA + eLNP 組的小鼠產生較多後續能協助 Tfh細胞分化的轉錄因子。
圖二、比較 rHA 加上不同佐劑後，Tfh 細胞分化前的轉錄因子 圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.11.001
疫苗能產生的保護效果與其誘發產生的長壽漿細胞（long-lived plasma cell，以下簡稱LLPC）與記憶 B 細胞（memory B cell，以下簡稱 MBC）有關，研究團隊比較 LNP 與另一佐劑 AddaVax 在小鼠體內的免疫效果，從結果可以發現，rHA + eLNP 疫苗比 rHA + AddaVax 誘導了更強 LLPC 和 MBC 反應。
圖三、比較 rHA 加上不同佐劑後，後續免疫反應產生的 LLPC（左圖） 與 MBC（右圖） 圖片來源：https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.11.001
LNP 用於製造 SARS-CoV-2 蛋白質次單元疫苗
研究團隊進一步將目標聚焦在 SARS-CoV-2 的蛋白質次單元疫苗製作上。通過比較重組 SARS-CoV-2 棘蛋白受體結合域 （recombinant SARS-CoV-2 spike protein receptor binding domain，以下簡稱 rRBD） 加上 eLNP 或 AddaVax 的免疫效果： Tfh 細胞上游轉錄因子、 LPPC 及 MBC，發現 LNP 作為佐劑能夠加強整體的免疫反應。
結論
本篇研究中，研究團隊詳盡探討 LNP 用於蛋白質次單元疫苗佐劑的可能作用機制，包含誘導 Tfh 細胞分化、加強疫苗效果的 LLPC 與 MBC，以及將 LNP 製造 SARS-CoV-2 蛋白質次單元疫苗的作用效果。這些研究結果就像是在為 LNP 的應用織出另一張網，期望 LNP 作為佐劑能夠在未來的蛋白質次單元疫苗研發上也有一番成果。
註一：血球凝集抑制是了解抗體效果的方法，當抗體與病毒結合，病毒會降低對血球的結合力，造成血球凝集沉積。
Main Article:
Alameh, M. G., Tombácz, I., Bettini, E., Lederer, K., Sittplangkoon, C., Wilmore, J. R., Gaudette, B. T., Soliman, O. Y., Pine, M., Hicks, P., Manzoni, T. B., Knox, J. J., Johnson, J. L., Laczkó, D., Muramatsu, H., Davis, B., Meng, W., Rosenfeld, A. M., Strohmeier, S., Lin, P. J. C., … Pardi, N. (2021). Lipid nanoparticles enhance the efficacy of mRNA and protein subunit vaccines by inducing robust T follicular helper cell and humoral responses. Immunity, 54(12), 2877–2892.e7. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.11.001
參考文獻：
[1] Freyn, A. W., Ramos da Silva, J., Rosado, V. C., Bliss, C. M., Pine, M., Mui, B. L., Tam, Y. K., Madden, T. D., de Souza Ferreira, L. C., Weissman, D., Krammer, F., Coughlan, L., Palese, P., Pardi, N., & Nachbagauer, R. (2020). A Multi-Targeting, Nucleoside-Modified mRNA Influenza Virus Vaccine Provides Broad Protection in Mice. Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy, 28(7), 1569–1584. https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2020.04.018
[2] Alameh, M. G., Tombácz, I., Bettini, E., Lederer, K., Sittplangkoon, C., Wilmore, J. R., Gaudette, B. T., Soliman, O. Y., Pine, M., Hicks, P., Manzoni, T. B., Knox, J. J., Johnson, J. L., Laczkó, D., Muramatsu, H., Davis, B., Meng, W., Rosenfeld, A. M., Strohmeier, S., Lin, P. J. C., … Pardi, N. (2021). Lipid nanoparticles enhance the efficacy of mRNA and protein subunit vaccines by inducing robust T follicular helper cell and humoral responses. Immunity, 54(12), 2877–2892.e7. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2021.11.001
[3] Pardi, N., Hogan, M. J., Naradikian, M. S., Parkhouse, K., Cain, D. W., Jones, L., Moody, M. A., Verkerke, H. P., Myles, A., Willis, E., LaBranche, C. C., Montefiori, D. C., Lobby, J. L., Saunders, K. O., Liao, H. X., Korber, B. T., Sutherland, L. L., Scearce, R. M., Hraber, P. T., Tombácz, I., … Weissman, D. (2018). Nucleoside-modified mRNA vaccines induce potent T follicular helper and germinal center B cell responses. The Journal of experimental medicine, 215(6), 1571–1588. https://doi.org/10.1084/jem.20171450
關鍵字：LNP、蛋白質次單元疫苗、SARS-CoV-2、mRNA疫苗
撰文｜游霈柔
審稿｜葉國掄
