概述

新一代疫苗越来越多地使用高度纯化的抗原，这提高了其安全性和耐受性，同时使表征更简单，但通常会导致免疫原性降低。 因此，在这些疫苗中添加佐剂，特别是含有重组蛋白亚基的疫苗，以增强其诱导强大免疫反应的能力。 尽管过去 20 年来针对特定疫苗开发了几种新佐剂，但铝佐剂仍然是迄今为止最常用的方法。

铝佐剂的广泛使用是由于其良好的安全性，多年来已在人体中使用了数亿剂量的铝佐剂。 它们价格便宜、容易获得，并且普遍被监管机构接受。 此外，它们提供了一个非常灵活的平台，可以在其上吸附许多疫苗成分，从而能够制备在冷藏条件下通常具有较长保质期的液体制剂。

尽管铝佐剂已被广泛使用，但它们被认为是相对“弱”的疫苗佐剂。 因此，人们进行了许多尝试来提高其性能，这通常涉及免疫增强剂的共同递送，包括Toll样受体（TLR）激动剂。 铝助剂正迎来第二春，共同努力创造下一代改进的助剂。

铝助剂的种类

目前，获得许可的人用疫苗中包含的两种主要铝佐剂是氢氧化铝（AH）和磷酸铝（AP）。 疫苗制剂中 AH 佐剂与 AP 佐剂的选择很大程度上取决于抗原的性质以及实现最佳免疫反应的吸附要求。

氢氧化铝佐剂是通过在仔细控制的条件下将氢氧化钠添加到铝离子溶液中来制备的。 温度、浓度和混合速度是影响所生产的助剂的理化性质的因素。 电子显微镜显示，AH 佐剂由纳米颗粒纤维组成，形成松散的颗粒聚集体。

磷酸铝佐剂是通过在磷酸盐存在下在碱性条件下沉淀铝离子来制备的。 添加磷酸盐离子导致形成羟基磷酸铝Al(OH)x(PO4)y，其中一定比例的羟基被磷酸基团取代。 AP佐剂是无定形的，即非结晶的，因为磷酸盐的掺入会干扰结晶过程。 AP佐剂的超微结构显示初级球形纳米颗粒，直径约为50 nm，通常形成松散的颗粒聚集体。

无定形羟基磷酸铝硫酸盐 (AAHS) 是默克公司生产的一种含铝佐剂，用于多种商业疫苗，包括 Recombivax、Gardasil 和 Vaxelis。 AAHS 的零电荷点约为 7，这意味着它在中性 pH 下不带表面电荷。 从超微结构上看，它由类似于 AP 和明矾沉淀疫苗的片状纳米颗粒组成。 因此，AAHS可以被认为是一种不同形式的AP佐剂，具有相对较低的P:OH比。

一些获得许可的疫苗，例如 Twinrix 和 Infanrix Hexa，同时含有 AH 和 AP 佐剂。 疫苗的制备方法是将选定的抗原与 AH 或 AP 佐剂混合，然后组合最佳吸附的成分。 电子显微镜显示纳米纤维聚集体邻近或偶尔与血小板纳米颗粒聚集体混合，表明佐剂在混合时保持其初级颗粒结构。

铝助剂的理化性质

有许多已建立的测定方法可用于表征铝佐剂并确保批次间的一致性。 可以使用 X 射线衍射（仅 AH 佐剂）、光谱学（傅里叶变换红外、NMR、拉曼）和透射电子显微镜获得结构信息。

颗粒感

铝佐剂通常由初级纳米粒子组成，形成不规则形状的聚集体，尺寸范围为 1 至 20 μm。 颗粒大小和形状对于免疫细胞通过吞噬作用摄取颗粒的效率具有重要影响。 颗粒尺寸可以使用激光衍射、动态光散射或微流成像来确定。 铝佐剂的表面电荷取决于 pH 值，当 pH 值接近零电荷点时，随着静电斥力的减小，观察到较大的颗粒尺寸。 同样，添加氯化钠可以掩盖表面电荷并增强颗粒聚集。

表面电荷

AH纳米粒子表面的铝离子与羟基配位，羟基可以接受或提供质子，具体取决于分散介质的pH值。 因此，AH 具有 pH 依赖性表面电荷。 它的零电荷点 (PZC) 为 11.4，在中性 pH 条件下带正电。 对于AP，由于铝对磷酸盐的亲和力较高，部分表面羟基被磷酸盐取代。 商业 AP 佐剂的 P:Al 比例为 1.1–1.15:1，PZC 约为 5，这使它们在中性 pH 下具有负表面电荷。 较大比例的表面羟基导致较高的 PZC。

表面积

构成铝聚集体的初级纳米粒子为佐剂提供了非常大的表面积，根据使用重量 FTIR 光谱测量的水吸附量，AH 佐剂的表面积估计为 514 m2/g。 氮气吸附后，表面积也可以使用 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 理论来确定。 虽然这些方法不能与AP佐剂一起使用，但由50 nm纳米粒子组成的AP的超微结构表明AP也具有非常大的表面积。

吸附

铝佐剂的大表面积允许对抗原具有高吸附能力，这可以用作佐剂表征的关键工具。 重要的是，抗原的吸附会影响免疫反应的质量和程度，并可能增强或降低抗原的稳定性。 应当指出的是，疫苗制剂中抗原的剂量通常较低，并且常常远低于完全吸附能力。 吸附能力受抗原类型、缓冲液（pH、离子强度、成分）和其他赋形剂（包括稳定剂或表面活性剂的存在）的影响。 吸附的主要机制是抗原上的磷酸盐与佐剂上的表面羟基的配体交换，以及静电和疏水相互作用。

元素组成

铝佐剂中是否存在杂质可以使用电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 来确定。 据报道，不同制造商和不同批次的AH佐剂的金属离子类型和含量存在差异，这可能是由于生产过程中使用的铝盐、化学品和水的来源不同所致。 一些污染物，例如铜，可能会影响吸附抗原的稳定性。

AH 和 AP 佐剂之间的生物学差异

人们普遍认为，AH 比 AP 诱导更强烈的免疫反应，但很少有已发表的研究直接比较用 AH 配制的疫苗与用 AP 配制的疫苗的功效。 在小鼠和豚鼠中，AH 对破伤风类毒素、蛇毒和病毒糖蛋白的免疫反应比 AP 更强。 然而，没有观察到白喉类毒素和炭疽重组蛋白的差异。 此外，对婴儿 Hib-CRM197 结合疫苗的评估表明，铝佐剂显着增强了免疫反应，但 AH 和 AP 之间没有差异。

使用模拟间质液的体外研究和使用同位素标记佐剂的动物研究表明，注射后 AP 比 AH 溶解得更快。 这与注射铝佐剂疫苗后，在非人灵长类动物和大鼠的肌肉中 AH 比 AP 持续时间更长的观察结果是一致的。 与含 AH 的疫苗相比，AP 的保留期较短，这可能是接种含 AP 的疫苗后肉芽肿风险较低的一个因素。

铝佐剂的完整作用机制仍然知之甚少，大多数研究集中在 AH 上，很少有实验比较 AH 和 AP 的生物效应。 研究表明，AH和AP均以caspase-1依赖性方式诱导小鼠树突状细胞和人外周血单核细胞释放IL-1β和IL-18。 这些细胞因子可能被炎症细胞募集。 在注射部位发挥作用。 铝佐剂可增强树突状细胞的抗原呈递和 T 细胞活化，并且 AH 在体外比 AP 更大程度地诱导卵清蛋白 (OVA) 的抗原呈递。

铝佐剂疫苗的安全性

含铝佐剂用于人类疫苗已有 80 多年的历史，每年为婴儿、青少年和成人注射数百万剂疫苗。 基于这一无与伦比的记录，铝佐剂被认为是安全且耐受性良好的。 注射铝佐剂疫苗后，一小部分注射者可能会出现肉芽肿或对铝发生接触性超敏反应。 铝是环境中普遍存在的元素，存在于食品、个人护理产品和药品中。 没有证据表明注射含铝疫苗会使血液中的铝含量升高至基线或最低风险水平之上，并导致全身或神经系统疾病。 铝佐剂的安全性得到了对经常注射 AH 配方过敏原的皮下免疫治疗 (SCIT) 患者的流行病学研究的进一步支持。 欧洲使用的过敏原免疫治疗产品中约三分之二含有 AH。 对使用传统抗过敏药物（口服抗组胺药或鼻内皮质类固醇）治疗的患者与使用含有 AH 过敏原的 SCIT 治疗的患者进行 10 年的比较表明，后者患自身免疫性疾病、缺血性心脏病的风险较低，总体死亡率也较低。 SCIT 需要注射 AH 超过 3 年，其效果比 3 剂铝佐剂乙型肝炎疫苗有效 100 倍。

下一代铝佐剂

铝佐剂为疫苗接种控制传染病的成功做出了重大贡献。 它们能有效增强针对病原体的免疫反应，而针对病原体的保护依赖于抗体介导的免疫反应。 它们价格便宜并且具有良好的安全性能。 然而，在疫苗中使用铝佐剂有一些局限性。 例如，铝佐剂无法支持强大的细胞介导的免疫反应，而细胞介导的免疫反应是诱导针对某些病原体（例如结核分枝杆菌）的保护所必需的。 因此，下一代铝佐剂的重点是将Th2反应转化为更多的Th1反应。 一种方法以纳米铝为代表，其粒径比传统AH更小，材料的形状和结晶度也发生了变化。 纳米铝的研究表明，抗体反应更强、更持久，APC增加抗原吸收，从Th2反应转变为Th1/Th17反应。 另一种方法是将铝佐剂与其他免疫刺激剂（尤其是 TLR 激动剂）联合使用。

第一个批准用于人类使用的 TLR 激动剂和铝佐剂组合是 AS04，它由吸附在铝上的 3-O-去乙酰基-4′-单磷酸 a (MPL) 组成，用于两种 GSK 开发的疫苗 Cervarix 和 Fendrix 中分别预防人乳头瘤病毒和乙型肝炎病毒。 MPL是脂多糖（LPS）的解毒版本，是TLR4激动剂。