斯坦福大学科学家研制出无痛活疫苗 只需在皮肤上擦拭即可生效

斯坦福大学科学家对小鼠的研究结果可能会转化为一种彻底的、无需针头的疫苗接种方法，这种方法还能消除发烧、肿胀和疼痛等反应。

斯坦福大学的科学家发现，一种无害的皮肤细菌会引发强大的免疫反应。 通过调整细菌蛋白质，他们把它变成了一种活疫苗，训练免疫系统对抗破伤风和白喉等疾病。给小鼠注射了这种生物工程细菌后，小鼠产生了强大的免疫力，能从致命的毒素剂量中存活下来。 人体试验即将开始，这将彻底改变疫苗接种–局部、无痛、高效。

没有针头的未来？

想象一下，在这个世界上，接种疫苗就像在皮肤上涂抹药膏一样简单–没有针头，没有疼痛，也没有发烧、肿胀或疼痛等令人不快的副作用。 在诊所也不用排长队，最重要的是，价格还很实惠。

在斯坦福大学研究人员的努力下，未来可能比我们想象的更近。 通过利用几乎每个人身上都有的一种常见皮肤细菌，科学家们正在探索一种革命性的疫苗接种方法。

生物工程学教授 Michael Fischbach 博士说：”我们都讨厌打针，每个人都是这样。”我还没有发现一个人不喜欢用药膏代替针剂的想法”。

被忽视的皮肤细菌的作用

Fischbach赫说，令人惊讶的是，人类皮肤对大多数微生物来说都是一个严酷的环境。”对大多数单细胞生物来说，这里干燥得令人难以置信，咸味太重，而且没有什么可吃的。 我无法想象有什么东西愿意生活在那里。”

但也有一些顽强的微生物把它当成了家。 其中包括表皮葡萄球菌，这是一种通常无害的皮肤定殖细菌种。这些细菌几乎存在于地球上每个人的毛囊中。

免疫学家也许忽略了我们的皮肤定殖细菌，因为它们似乎对我们的健康没有什么贡献。我们只是认为那里没有发生什么事。事实证明这是错误的。 近年来，Fischbach和他的同事们发现，免疫系统对表皮真菌的反应比人们预想的要积极得多。

在最近发表于《自然》（Nature）的一项研究中，Fischbach和他的同事锁定了免疫反应的一个关键环节–抗体的产生。 这些特化蛋白质能粘附入侵微生物的特定生化特征，通常能阻止它们进入细胞内部，或不受干扰地通过血液到达它们不该去的地方。 单个抗体对于它们所粘附的东西非常挑剔。 每个抗体分子通常针对属于单一微生物物种或菌株的特定生化特征。

Fischbach 和博士后学者 Djenet Bousbaine 博士（他们分别是这项研究的资深作者和主要作者）及其同事想知道： 小鼠的皮肤通常没有表皮葡萄球菌，如果这种微生物出现在皮肤上，小鼠的免疫系统会对其产生抗体反应吗？

无缘无故的（抗体）水平？

Bousbaine 最初的实验很简单： 将棉签浸入装有表皮葡萄球菌的小瓶中。 用棉签轻轻擦拭正常小鼠的头部–无需剃毛、冲洗或洗毛–然后把小鼠放回笼子里。 在接下来的六周里，在规定的时间点抽血，询问：这只小鼠的免疫系统是否产生了与表皮葡萄球菌结合的抗体？

小鼠对表皮真菌的抗体反应”令人震惊”，这些抗体的水平缓慢上升，然后又上升了一些–然后更多了。 六周后，抗体浓度达到了比常规疫苗接种更高的水平，而且一直保持在这个水平上。

Fischbach说：”小鼠就像接种了疫苗一样。 它们的抗体反应就像对病原体的反应一样强烈和特异。同样的事情似乎也在人类身上自然发生。我们从人体捐献者身上采集血液，发现他们体内针对表皮真菌的循环抗体水平与我们常规接种的疫苗一样高。”这令人费解：”我们对这些游荡在我们称为皮肤的最重要的抗微生物屏障远处的共生细菌的凶猛的免疫反应似乎没有任何目的。”

这可以归结为 20 世纪初诗人罗伯特-弗罗斯特的一句诗：”好篱笆才能造就好邻居。”大多数人都认为栅栏是皮肤。 但它远非完美。 如果没有免疫系统的帮助，它很快就会被攻破。

“最好的篱笆就是那些抗体。 它们是免疫系统保护我们免受日常生活中不可避免的割伤、擦伤、划伤和抓伤的方式，”他说。

对感染性病原体的抗体反应只有在病原体入侵人体后才会开始，而对表皮葡萄球菌的反应则是先发制人的，在出现任何问题之前就会发生。 这样，免疫系统就能在必要时做出反应–比如，当皮肤破损时，这种通常无害的病菌就会爬进来，并试图在我们的血液中肆虐。

制造活疫苗

Fischbach的团队一步一步地将表皮真菌变成了一种可外用的即插即用的活疫苗。 他们了解到，表皮真菌中最能引发强大免疫反应的部分是一种名为 Aap 的蛋白质。 这种巨大的树状结构从细菌细胞壁中伸出，其大小是普通蛋白质的五倍。 他们认为，这可能会让免疫系统的哨兵细胞看到它最外层的一些部分，这些细胞会定期爬过皮肤，对毛囊进行取样，从Aap的”叶子”中攫取任何东西的片段，然后把它们带回体内，展示给其他免疫细胞，让它们针对这些东西做出适当的抗体反应。

Aap 不仅能诱导血液中被免疫学家称为 IgG 的抗体跃升，还能诱导其他被称为 IgA 的抗体跃升，这些抗体主要作用于我们的鼻腔和肺部粘膜。

Fischbach说：”我们在小鼠的鼻孔中激发IgA。引起普通感冒、流感和COVID-19 的呼吸道病原体往往会通过鼻孔进入我们的体内。 普通疫苗无法预防这种情况。 它们只有在病原体进入血液后才会发挥作用。 如果能从一开始就阻止它进入血液，效果会更好”。

确定 Aap 是抗体的主要靶标后，科学家们开始寻找让它发挥作用的方法。

“Djenet做了一些聪明的工程设计，”Fischbach说。”她用编码破伤风毒素的基因片段替代了编码通常显示在这种巨型树状蛋白质叶片中的一个成分的基因片段。 现在，在微风中摇摆的正是这个片段–一大块无害的剧毒细菌蛋白。 小鼠的免疫系统会”看到”它，并对它产生特异性抗体反应吗？”

概念验证： 真正的保护

研究人员重复了”浸泡-然后擦拭”的实验，这次他们使用的是未改良的表皮葡萄球菌或编码破伤风毒素片段的生物工程表皮葡萄球菌。 他们在六周的时间里进行了多次施用。 拭抹了生物工程表皮葡萄球菌的小鼠产生了极高水平的针对破伤风毒素的抗体，而其他小鼠则没有。 当研究人员给小鼠注射致命剂量的破伤风毒素时，注射了天然表皮真菌的小鼠全部死亡；而注射了改良版表皮真菌的小鼠则没有出现任何症状。

在一个类似的实验中，研究人员将白喉毒素基因而不是破伤风毒素基因植入 Aap”盒式磁带播放器”，同样诱导了大量针对白喉毒素的抗体浓度。

科学家们最终发现，只需使用两三次，小鼠就能产生救命的抗体反应。

他们还用表皮葡萄球菌在非常幼小的小鼠皮肤上定植，结果表明，这种细菌之前在这些小鼠皮肤上的存在（这在人类中很常见，但在小鼠中并不常见）并不影响实验性治疗激发强效抗体反应的能力。 Fischbach说，这意味着我们人类的皮肤几乎100%被表皮真菌定植，这应该不会对这种构建物在人类身上的应用造成任何问题。

看不到限制

研究人员改变策略，在生物反应器中生成破伤风毒素片段，然后用化学方法将其钉在Aap上，使其点缀在表皮葡萄球菌的表面。 出乎Fischbach意料的是，这竟然产生了强大的抗体反应。 费什巴赫最初的推断是，表面叠加的毒素丰度会随着细菌的每次分裂而不断稀释，从而逐渐削弱免疫反应。 但事实恰恰相反。 局部使用这种虫子产生的抗体足以保护小鼠免受六倍致死剂量破伤风毒素的伤害。

Fischbach说：”我们知道它对小鼠有效。接下来，我们需要证明它对猴子有效。 这就是我们要做的。 如果进展顺利，他希望这种疫苗接种方法能在两三年内进入临床试验阶段。我们认为这将适用于病毒、细菌、真菌和单细胞寄生虫。大多数疫苗的成分都会刺激炎症反应，让人感觉有点不舒服。 而这些微生物不会这样。 我们预计根本不会出现任何炎症。”

编译自/ScitechDaily