ID93+GLA-SE Vaccine (Quratis)

摘要 肺部给药相较于其他给药途径具有诸多优势，尤其是在使用干粉制剂时。这类干粉吸入制剂通常含有天然和仿生辅料，用于提高给药剂量的可重复性和雾化性能。氨基酸可以增强粉末的分散性并防止吸湿。糖类可用作载药稀释剂、生物药物稳定剂和表面富集剂。脂质和类脂质辅料可以降低颗粒间粘附力，也可作为脂质体药物递送系统的组成成分。最后，可生物降解聚合物用于促进药物的缓释和靶向递送。尽管这些辅料前景广阔，但许多此类辅料的肺毒性仍不甚明了，需要在未来研究中加以关注。 关键词：仿生辅料，药物制剂，干粉吸入，天然辅料，肺部药物递送 引言 与传统的给药途径相比，肺部给药在全身和局部治疗方面都具有诸多优势。例如，肺部表面积大、灌注量高、代谢活性低，且不存在首过效应。此外，与侵入性更强的给药途径相比，肺部给药对患者更加友好，尤其适用于通常需肠外给药的生物药物（如疫苗、治疗性蛋白）。为了将药物输送到肺部，干粉吸入器（DPI）通常优于雾化器和压力定量吸入器等其他给药方式。与后两者相比，DPI体积小、便于携带、使用方便、能更有效地将药物输送到肺部深处，且无需推进剂。此外，由于药物以干燥固体的形式配制，DPI制剂通常更加稳定。我们恳请读者参阅关于肺部给药优势与挑战以及吸入系统的广泛综述，因为本综述的重点完全在于DPI制剂的辅料。 干粉吸入剂（DPI）制剂需满足多项要求才能发挥其作用。首先，也是最重要的，DPI制剂应由空气动力学直径大致在1-5 μm范围内的含药颗粒组成，以实现深层肺部沉积，这通常被称为细颗粒分数（FPF）。大于5 μm的颗粒通常会撞击口咽部并被吞咽，而小于1 μm的大部分颗粒则不会沉积，而是被呼出（图1）。除了合适的粒径分布外，DPI制剂还应具有良好的物理和化学稳定性，以及在DPI装置中相对较低的滞留量（即较高的释放剂量）。此外，DPI制剂应具有令人满意的剂量重复性，这需要确保粉末的流动性和分散性。满足这些要求并非易事，因为微米级颗粒通常具有很强的内聚性和粘附性，这会导致流动性差和雾化性能不佳。因此，DPI制剂的开发通常是一个精细的过程，既要考虑颗粒的生成，又要平衡使用辅料。 为了制备所需粒径范围内的颗粒，可以采用多种制备技术，其中研磨和喷雾干燥最为常用。由于研磨成本低、可重复性好且易于操作，通常是首选方法。研磨通过例如颗粒间碰撞等方式，将较大的颗粒机械破碎成所需粒径范围内的较小颗粒。然而，研磨难以控制所得颗粒的形状、密度和表面性质。相比之下，喷雾干燥可以更好地控制这些颗粒特性。喷雾干燥是将溶液、悬浮液或胶体分散体雾化，然后用热气体干燥形成的液滴。通常，喷雾干燥会生成球形或葡萄干状颗粒。喷雾干燥非常适合所谓的“颗粒工程”，因为其各种工艺参数（例如溶质浓度、液滴尺寸和进料速率）会显著影响颗粒特性，并且易于控制。 通过添加辅料可以进一步改善干粉制剂的性能。通常，在干粉吸入剂（DPI）制剂中添加辅料主要有四个目的：(1) 增强活性药物成分（API）的物理和化学稳定性；(2) 增强API的机械性能；(3) 改变API的药代动力学和/或药效学；(4) 通过作为填充剂和粉末流动性增强剂来提高API给药的重复性。然而，辅料应无活性，且在所用剂量下不产生任何治疗作用。尽管如此，由于肺部缓冲能力有限，一些能够成功实现上述一项或多项功能的辅料的肺毒性仍然是DPI制剂开发中常见的挑战。此外，由于毒性研究通常成本很高，且肺部给药是一种非常规给药方式，因此人们对辅料毒性的了解普遍不足。这体现在美国食品药品监督管理局（FDA）仅将有限数量的化合物列入吸入剂的非活性成分清单中。因此，干粉吸入剂（DPI）制剂的潜在辅料最好是具有生物相容性、易于代谢和清除的天然或仿生化合物。 本文旨在综述天然和仿生辅料（NBE）在吸入干粉制剂制备中的应用，主要参考近两年（2019年1月至2021年1月）发表的文献。本文中，NBE指的是源自天然的化合物或受天然化合物启发或基于天然化合物的辅料。需要指出的是，本文的目的并非列举该时期内使用的所有NBE，而是探讨用于制备吸入干粉制剂的常用NBE的基础研究和应用研究。如需了解已获批准的肺部药物产品中使用的辅料的完整列表，请参阅美国食品药品监督管理局（FDA）的非活性成分清单。本文综述的NBE分为四大类：氨基酸、糖类、脂质和生物可降解聚合物。盐和缓冲剂也是干粉吸入制剂中的重要辅料，但在本综述涵盖的时期内，它们很少被研究，因此不再赘述。 1. 氨基酸 氨基酸作为新型生物增强剂（NBE）在吸入干粉中得到了广泛的研究。由于其独特的性质，氨基酸L-亮氨酸及其三肽三亮氨酸尤其引人关注。通常，亮氨酸作为辅料添加到喷雾干燥的吸入干粉中，以增强其分散性并提供防潮保护。 1.1. 亮氨酸 L-亮氨酸是一种非极性脂肪族氨基酸，是吸入干粉制剂中研究最广泛的氨基酸。在喷雾干燥的活性药物成分（API）制剂中添加L-亮氨酸通常可以改善体外气溶胶化性能。例如，在多种制剂中添加20%（w/w）的L-亮氨酸，可使吸入剂量绝对值增加17.3%至41.5%，吸入粉剂（FPF）绝对值增加13.6%至43.1%，并使质量中值空气动力学直径（MMAD）减小0.63至3.5 μm。同样，Šimková等人也报道了类似的结果。研究表明，在含有布地奈德的喷雾干燥纳米悬浮液中添加37.5%（w/w）的亮氨酸后，FPF绝对值提高了约28%。观察到的改善可归因于亮氨酸的表面活性，使其在喷雾干燥过程中倾向于富集于液滴表面。因此，喷雾干燥过程中亮氨酸的存在改变了所得颗粒的表面组成，并可能改变其形态（例如，波纹状）。如果这分别导致粉末内部以及颗粒与吸入器材料之间的共聚力和粘附力降低，则有利于制剂的雾化性能。有关亮氨酸在喷雾干燥颗粒中的作用机制的详细描述，读者可参阅Vehring的综述。Sibum等人的研究表明，在喷雾干燥的异烟肼吸入制剂中添加5%（w/w）亮氨酸后，粒径≤5 μm的初级颗粒比例增加了四倍。研究推测，添加5%（w/w）亮氨酸会在异烟肼核心表面形成一层亮氨酸包覆层，从而阻止其在喷雾干燥后的结晶过程中发生相互作用。除了改善喷雾干燥粉末的雾化性能外，亮氨酸还能在浓度分别低至0.5%和2%（w/w）时提高喷射研磨的环丙沙星和左旋多巴的颗粒分数。这种改善归因于表面能的降低以及表面粗糙度的改变。 通常，喷雾干燥粉末呈无定形，因此具有吸湿性。因此，它们往往容易发生受潮结晶和团聚。为了保护喷雾干燥粉末免受潮气影响，从而提高制剂的物理稳定性，通常会添加亮氨酸作为辅料。由于亮氨酸具有表面活性和低溶解度，它可以形成疏水壳层，保护喷雾干燥颗粒免受潮气影响。例如，Wang等人的研究表明，在相对湿度为90%的条件下，当添加34%（w/w）的亮氨酸时，氨曲南和妥布霉素的喷雾干燥制剂的增重降低了约10%。此外，据作者所述，与不含亮氨酸的制剂相比，含亮氨酸的制剂在室温和58%相对湿度下储存5个月后，其颗粒形态仍保持良好。另一项研究表明，在相对湿度约为50%和60%的喷雾干燥制剂中，当亮氨酸含量分别为10%和20%（w/w）时，海藻糖会迅速重结晶，但当亮氨酸含量为30%（w/w）时则不会。然而，30%（w/w）的亮氨酸会对制剂的雾化性能产生负面影响。因此，当亮氨酸用作喷雾干燥吸入制剂的辅料时，可能需要在物理稳定性和雾化性能之间找到平衡。Lu等人比较了亮氨酸、色氨酸和赖氨酸在喷雾干燥制剂中的稳定作用。为此，他们将辛伐他汀（一种模型活性药物成分）与亮氨酸、色氨酸或赖氨酸以1:1的摩尔比进行共喷雾干燥。在25℃和60%相对湿度下储存1个月后，含亮氨酸的辛伐他汀制剂未观察到重结晶现象，而含色氨酸的制剂中辛伐他汀发生重结晶，含赖氨酸的制剂则变为水性浆液。此外，仅含亮氨酸的制剂在储存期后雾化性能保持不变。 由于亮氨酸是一种必需氨基酸，已获准用于静脉和口服给药，因此其肺部给药后的毒性也可能有限。尽管亮氨酸尚未被FDA批准用于吸入制剂，但目前的临床研究表明，吸入亮氨酸后引起局部毒性的风险较低。单次吸入含有0.6或1.2 mg亮氨酸的制剂的患者，其肺功能参数未发生变化。同样，单次吸入含有5、15、30或60 mg亮氨酸的制剂的患者，其肺功能在吸入后也未发生改变。此外，含亮氨酸的万古霉素干粉吸入剂（DPI）制剂AeroVanc™在I期（单次剂量高达8.8 mg亮氨酸）和II期（每日剂量高达14 mg，至少持续28天）试验中均显示出良好的耐受性。在III期试验中，该制剂连续给药24周，每日亮氨酸暴露量高达6.7 mg，也显示出良好的耐受性。然而，由于AeroVanc™未能达到主要终点，因此被终止试验。 1.2. 三亮氨酸 三亮氨酸由三个亮氨酸氨基酸通过肽键连接而成，其在吸入干粉制剂中的应用与亮氨酸类似。例如，Gomez等人的研究表明，当将含有ID93（一种重组结核病亚单位疫苗候选物）、以吡喃葡萄糖基脂质A佐剂配制于角鲨烯乳液中，并添加海藻糖（稳定剂）的喷雾干燥粉剂与3%和6%（w/w）的三亮氨酸共喷雾干燥时，肺部剂量分别从18.0 ± 0.5%显著增加至34 ± 6%和33 ± 6%。而当用20%（w/w）的亮氨酸代替三亮氨酸进行共喷雾干燥时，肺部剂量虽然也有所增加，但并不显著，仅为32 ± 12%。计算得到的含亮氨酸配方的dₐ,₅₀（沉积在冲击器中的粉末空气动力学直径的50%）为8.8 ± 2.3 μm，而分别含有3%和6%（w/w）三亮氨酸的配方的dₐ,₅₀分别为5.7 ± 0.2 μm和5.4 ± 0.2 μm。这些结果可归因于三亮氨酸的添加导致颗粒形态发生显著变化，这是由于三亮氨酸的表面活性更高、扩散系数更低、溶解度更低（分别为6.2 mg/ml和23 mg/ml）。更具体地说，添加三亮氨酸导致形成几何尺寸更大、壳层更薄、中空的颗粒，这些颗粒更容易分散。此外，由于形成褶皱的颗粒表面，三亮氨酸的表面富集除了可以减少颗粒之间的接触面积外，还可以降低颗粒的表面能。 Sibum等人的研究表明，添加亮氨酸（1%、2%、3%或5%（w/w））的喷雾干燥异烟肼制剂在43.5%和75%相对湿度下储存1周后，其≤5 μm的初级颗粒比例以及从Twincer®吸入器中分散的细颗粒分数（FPF）均不稳定。相比之下，使用三亮氨酸（1%、2%或3%（w/w））制备的粉末在43.5%和75%相对湿度下储存3个月后，≤5 μm的初级颗粒比例几乎没有下降，且细颗粒分数（FPF）仍适用于肺部给药。动态蒸汽吸附实验表明，对于含3%（w/w）亮氨酸的制剂，在相对湿度约为40%时会发生溶解-重结晶现象。相比之下，含1%和3%（w/w）三亮氨酸的制剂分别在相对湿度约为70%和80%时发生溶解-重结晶。飞行时间二次离子质谱分析表明，含3%（w/w）三亮氨酸的制剂的亮氨酸与异烟肼表面比约为含3%（w/w）亮氨酸制剂的1.3至2.6倍。这一结果可能归因于三亮氨酸相比亮氨酸具有更高的包封率，这得益于其更高的表面活性、更低的扩散性和更低的溶解度，从而提高了物理稳定性。然而，值得注意的是，尽管与含3%（w/w）亮氨酸的制剂相比，含1%（w/w）三亮氨酸的制剂具有更高的物理稳定性，但飞行时间二次离子质谱分析显示，其亮氨酸与异烟肼的表面比约为前者的0.1-0.2倍。因此，当使用三亮氨酸时，还有其他机制导致了物理稳定性的提高。据推测，非晶态三亮氨酸包覆层比晶态亮氨酸包覆层更能有效地延缓扩散结晶。 所述结果可能表明，三亮氨酸在改善喷雾干燥吸入粉的雾化性能和物理稳定性方面优于亮氨酸。此外，仅需少量（质量百分比）即可达到此效果。因此，三亮氨酸作为高剂量活性药物成分（API）吸入粉的辅料可能具有特殊意义。尽管三亮氨酸具有巨大的潜力，但人们对其（局部）毒性知之甚少。然而，由于三亮氨酸可被肽酶转化为亮氨酸，因此可以预期，先前报道的亮氨酸缺乏（局部）毒性与三亮氨酸类似。此外，在60名健康成年人中，单次吸入以海藻糖和三亮氨酸为辅料（质量比分别为35:55:10）的利巴韦林干粉耐受性良好。观察到的不良事件强度为轻度至中度，且在所有剂量（7.5、15、30和60毫克）和安慰剂中均相似。 2. 糖类 糖类，尤其是乳糖，被用作许多市售吸入干粉中的纳米生物增强剂（NBE）。它们的主要功能是作为稀释剂和粉末流动性增强剂，从而实现对少量微粉化活性药物成分（API）颗粒的精确计量（图3a）。此外，糖类还可用作喷雾干燥吸入粉中生物药物的稳定剂（图3b），以及纳米颗粒的微粒基质（图3c）。 2.1. 乳糖 乳糖是一种由半乳糖和葡萄糖组成的二糖，主要用作稀释剂和流动性增强剂，以提高许多市售吸入粉剂中微粉化活性药物成分（API）颗粒的剂量重现性。通常，这些制剂由较大（50–200 μm）的载体颗粒与粘附在其上的微粉化（1–5 μm）API颗粒混合而成，也称为“粘附混合物”（图3a）。在某些情况下，将API颗粒与大小大致相同的乳糖颗粒混合，然后以可控的方式团聚成球形颗粒，以提高粉末的流动性。吸入粘附混合物后，微粉化API颗粒必须从载体颗粒上脱落才能到达下呼吸道（图3a）。由于载体颗粒本身较大（以及未脱落的微粉化API颗粒），它们会沉积在咽喉，随后被冲洗或吞咽。研究表明，目前市售吸入粉剂的粉剂有效成分含量（FPF）为标签标示量的10%至50%。目前以乳糖为载体的粘合剂混合物的研究主要集中在配方变量的影响上，例如载体的形态、添加细粉（可占据较大载体颗粒高能位点的微粉化载体颗粒）以及活性药物成分（API）含量。例如，Rudén等人研究了载体的形态如何影响粘合剂混合物中混合状态的表达，并将其作为表面覆盖率（即细粉与载体的比例）的函数。为此，作者制备了五种不同粒径的乳糖载体与不同含量乳糖细粉（中值粒径为2.7 μm）的粘合剂混合物，得到表面覆盖率介于0至6之间的混合物。结果表明，粒径较小（约100 μm）且表面无或仅有少量不规则性的载体对添加细粉更为敏感，在表面覆盖率达到0.75时即可观察到细粉的自聚集现象。相比之下，粒径较大（约200 μm）且表面不规则的载体在表面覆盖率达到3至6时才会出现细粉的自聚集现象。这些结果表明，载体的粒径和形貌以及粘合剂混合物中细粉的添加量是重要的变量，它们之间会相互作用，并对配方产生显著影响。如需更深入地了解粘合剂混合物中起作用的各种变量，读者可参阅Grasmeijer等人的著作。尽管以乳糖为载体的粘合剂混合物已在市场上确立为安全的吸入制剂，但由于对粘合剂混合物中各种变量的影响和相互作用有了更深入的了解，预计在不久的将来，其气溶胶化性能将得到改进。 除了用作粘合剂混合物中的稀释剂和流动性增强剂外，糖类还可用作喷雾干燥吸入制剂的稳定剂，因为它们能够保护生物药物在干燥和后续储存过程中免受损害。关于糖类在固态下稳定生物药物的机制，目前有两种理论：水置换理论和玻璃化理论。后者基于将生物药物玻璃化于玻璃态糖基质中（图3b），从而减缓其降解。在玻璃态糖基质中稳定生物制剂的概念最早由Nektar Therapeutics（前身为Inhale Therapeutic Systems）于2000年以PulmoSol™技术的形式提出。有关PulmoSol™技术的详细阐述和玻璃态稳定理论的完善，请参阅Healy等人的著作和Mensink等人分别报道了乳糖作为喷雾干燥吸入制剂稳定剂的用途。例如，乳糖曾与环丙沙星和亮氨酸（重量比为1:1:1）一起用于喷雾干燥噬菌体PEV20复方制剂中。然而，由于乳糖是一种还原糖，可能与生物药物中大量存在的胺类物质发生美拉德反应，因此不建议在喷雾干燥生物药物制剂中使用乳糖作为稳定剂。鉴于此，非还原糖（例如海藻糖）是喷雾干燥吸入制剂中最常用的稳定剂。 2.2. 甘露醇 甘露醇是一种糖醇，已被研究作为吸入粉剂中乳糖的替代品。与乳糖不同，甘露醇是一种非还原性化合物，因此与含有胺类的活性药物成分（API）相容。然而，甘露醇通常在喷雾干燥后迅速结晶，因此并非理想的稳定剂。尽管如此，甘露醇的玻璃化转变温度较低，但当与其他能够充分提高体系玻璃化转变温度或通过其他机制抑制结晶的辅料（例如，无机盐、甘氨酸、鲑鱼降钙素、其他糖类衍生物）配制时，仍可用作稳定剂。Exubera®就是一个例子，它是首个获批的吸入式人胰岛素制剂，其辅料包括甘露醇、柠檬酸钠、甘氨酸和磷酸钠。然而，在制剂中添加多种辅料通常会增加制剂的复杂性，这是不希望看到的。 最近，Hertel等人比较了市售喷雾造粒甘露醇载体（Parteck® M DPI）和常用的乳糖载体（InhaLac® 120）在粘合剂混合物中的应用。为此，作者制备了两种不同活性药物成分（API）浓度为0.1-4 wt%的混合物，这两种API分别为沙丁胺醇和布地奈德。雾化研究表明，以甘露醇为载体、沙丁胺醇为API时，其雾化因子（FPF）与以乳糖为载体时相似。相反，与乳糖相比，以甘露醇为载体、布地奈德为API时，其雾化因子更高。这些结果表明，喷雾造粒甘露醇可能是一种潜在的乳糖替代品，可作为粘合剂混合物中的载体材料。 甘露醇也被用于喷雾干燥吸入制剂，其中甘露醇主要作为易溶于水的微粒基质。例如，Lee等人将波生坦与甘露醇以不同的重量比（3:1、1:1和1:3）进行共喷雾干燥。在这些制剂中，1:1的重量比在雾化性能方面表现最佳（FPF为51.68 ± 6.20%，MMAD为1.91 ± 0.07 μm）。此外，作者还表明，与未处理的波生坦相比，添加1:1重量比的甘露醇可使60分钟内的体外累积溶出量增加约40%。类似地，也有研究者使用甘露醇作为微粒基质，制备所谓的“纳米复合微粒”。这些纳米复合微粒通常由载药纳米颗粒组成，这些纳米颗粒本身太小，无法沉积在肺部，它们被包裹在微粒基质中（图3c）。基质的微米级尺寸及其高水溶性使得嵌入的纳米颗粒能够经肺部递送。使用甘露醇的主要优势在于，与其他糖类（例如乳糖）相比，甘露醇的吸湿性较低。 尽管甘露醇通常被认为是一种安全的物质，但值得注意的是，目前在渗透性支气管激发试验中，为了识别支气管高反应性，甘露醇的累积剂量高达635毫克。支气管高反应性是哮喘的关键特征。因此，不建议在用于治疗哮喘的吸入粉剂中使用高剂量的甘露醇或其他能产生高渗环境的辅料作为非生物活性成分（NBE）。然而，在一项用于治疗哮喘的抗体片段干粉制剂（CSJ117）的临床研究中，甘露醇被用作辅料，该研究在完成I期临床试验后，目前正在进行IIb期临床试验。此外，甘露醇已被批准作为辅助维持治疗（在通过耐受性试验后），用于改善≥18岁囊性纤维化患者的肺功能。对于此适应症，患者每日吸入两次400毫克甘露醇，这表明在非高反应性情况下，甘露醇是安全的。 2.3. 海藻糖 海藻糖是一种由两个葡萄糖分子组成的非还原性二糖，其玻璃化转变温度相对较高，约为106 °C（相比之下，蔗糖的玻璃化转变温度约为60 °C）。由于这些特性，海藻糖常被用作喷雾干燥吸入粉剂中生物药物的稳定剂，形成玻璃态糖基质（图3b）。虽然添加海藻糖可以提高生物药物在干燥和后续储存过程中的稳定性，但其使用也带来了一些挑战。正如Nieto-Orellana等人所述，无定形海藻糖基质具有吸湿性和内聚性，这可能会严重限制粉末制剂分散成可吸入颗粒。因此，在喷雾干燥吸入粉剂中，海藻糖通常与其他辅料（例如亮氨酸）混合使用。过去两年中，多篇文献提及海藻糖作为新型生物活性物质（NBE）用于制备吸入粉剂。例如，Faghihi等人使用海藻糖在喷雾干燥过程中稳定英夫利昔单抗，从而制备吸入粉剂。本研究将海藻糖与Tween 20（一种表面活性剂）和半胱氨酸（一种疏水组分）组合使用。最佳配方包含30 mg英夫利昔单抗、36 mg海藻糖、12 mg半胱氨酸和0.05% Tween 20，其粉末形成率（FPF）为67.75 ± 1.29%。然而，其收率相对较低，约为40%。然而，作者们发现，最佳配方比仅含英夫利昔单抗和吐温20的配方更有效，这表明海藻糖（与半胱氨酸结合）起到了稳定剂的作用。类似地，Nieto-Orellana等人也使用海藻糖作为稳定剂，制备用于肺部给药的喷雾干燥蛋白复合物。但是，作者们发现，需要添加亮氨酸来防止聚集。 Keil等人比较了海藻糖和甘露醇（浓度分别为5%或10% （w/v））作为喷雾干燥聚乙烯亚胺（PEI）/DNA聚合物复合物纳米粒子的基质，以制备纳米复合微粒（图3c）。作者发现，使用10%的海藻糖或甘露醇作为基质，可以实现纳米粒子的重构，且与新鲜制备的纳米粒子溶液相比，其初级粒径变化不大。粉末表征结果表明，含有10%海藻糖的纳米复合微粒的MMAD值（3.17 ± 0.21 μm）显著低于含有甘露醇的纳米复合微粒（4.67 ± 0.13 μm）。此外，海藻糖配方的FPF值（72.6 ± 3.4%）略高于甘露醇配方（67.5 ± 1.3%）。细胞摄取和转染研究表明，重组的含海藻糖纳米复合微粒的性能与未经喷雾干燥的新鲜制备的纳米微粒相当或更优，具体性能取决于PEI/DNA的比例。由此，作者证明海藻糖是一种优异的喷雾干燥纳米复合微粒配方稳定剂，且该配方具有令人满意的空气动力学性能。 尽管无定形糖具有作为喷雾干燥吸入制剂中生物药物稳定剂的潜力，但其主要缺点是喷雾干燥后具有吸湿性。这使得含海藻糖的制剂在处理和储存过程中容易发生重结晶和粘连。因此，海藻糖可能需要与其他辅料结合使用，特别是防潮剂（例如，（三）亮氨酸）。虽然海藻糖通常被认为是安全的食品成分，但美国食品药品监督管理局（FDA）尚未将其列入吸入制剂辅料的非活性成分清单。海藻糖已用作上述CSJ117的辅料，目前正在进行一项IIb期临床试验的受试者招募。此外，值得注意的是，FDA目前正在审查曲前列尼尔干粉制剂的新药申请。该制剂含有约93%（重量比）的海藻糖二水合物，以及其他辅料。在I期至III期试验中，该制剂耐受性良好，每日肺部暴露量高达约105 mg海藻糖二水合物，持续至少2个月。这表明海藻糖是一种安全的肺部辅料。 2.4. 普鲁兰多糖 普鲁兰多糖是一种刚性多糖，已被研究用作冻干制剂中生物药物的稳定剂。普鲁兰多糖具有极高的玻璃化转变温度（约261℃），即使在90%相对湿度下暴露72小时，其温度仍远高于室温。此外，普鲁兰多糖的刚性结构有助于生物药物的玻璃化。在喷雾干燥吸入制剂中，普鲁兰多糖的应用研究尚不充分。然而，最近Carrigy等人通过喷雾干燥法制备了几种无定形普鲁兰多糖-海藻糖混合物（质量比分别为0:100、5:95、10:90、17:83、20:80、30:70、40:60和100:0）。扫描电镜图像显示，粉末中的微粒不均匀，且随着普鲁兰含量的增加，微粒表面褶皱程度也随之增加，这可能是由于普鲁兰富集于微粒表面所致。差示扫描量热法证实了普鲁兰的表面富集，结果表明微粒表面的玻璃化转变温度高于微粒内部。根据普鲁兰与海藻糖的比例，制剂的雾化特性适用于肺部给药，平均有效剂量（ED）为93%～94%，总肺剂量为37%～46%，细颗粒分数（FPF）为33.6%～40.1%，平均平均空气直径（MMAD）为2.16～2.38 μm。提高普鲁兰与海藻糖的比例可以增加普鲁兰的富集程度，从而提高表面玻璃化转变温度，这可能有助于抵抗高温和高相对湿度的影响。在另一项研究中，Carrigy等人比较了不同亮氨酸、三亮氨酸、海藻糖和普鲁兰组合在喷雾干燥后噬菌体的稳定性。尽管作者没有评估气溶胶化行为，但他们发现，具有高玻璃化转变温度的表面富集辅料（例如普鲁兰）在噬菌体稳定性方面优于传统的壳形成剂亮氨酸。由于生物药物产品通常也因其尺寸较大和扩散系数较低而存在于微粒表面，因此添加普鲁兰可能有利于提高生物药物产品以及微粒的物理稳定性。 总体而言，普鲁兰多糖作为吸入制剂中的纳米生物增强剂（NBE）展现出巨大的潜力。由于其玻璃化转变温度较高，普鲁兰多糖可能比其他表面富集辅料（例如前文讨论的三亮氨酸）更具优势。与海藻糖类似，普鲁兰多糖在美国通常被认为是安全的，并且在日本作为食品添加剂已有超过30年的安全使用历史。尽管如此，在将口服毒性推断至肺毒性时仍需谨慎。如果普鲁兰多糖拟用作商业化肺部制剂的辅料，则有必要进行毒理学研究，因为普鲁兰多糖仅被列入美国食品药品监督管理局（FDA）口服给药的非活性成分清单。 3. 脂质 脂质是一种非生物活性成分（NBE），存在于市售吸入干粉中。例如，硬脂酸镁用于通过混合（图4a）对几种市售粘合剂混合物中的乳糖载体进行部分干包覆，也用于通过共喷射研磨（图4b）对活性药物成分（API）颗粒进行干包覆。此外，磷脂目前主要用于制备脂质体（图4c）。这些脂质体通常嵌入由其他辅料（例如糖类）组成的微粒基质中（图3c），从而制成脂质体吸入干粉。 3.1. 硬脂酸镁 硬脂酸镁是一种人工合成的盐，由两个分子组成：硬脂酸（一种存在于多种动植物脂肪中的饱和脂肪酸）和必需矿物质镁。目前，硬脂酸镁作为一种所谓的“力控制剂”，被应用于多种干粉吸入产品（例如Breo® Ellipta®、Foster® NEXThaler®和Seebri™ Neohaler®）。在与微粉化活性药物成分（API）颗粒混合之前，向乳糖载体颗粒中添加硬脂酸镁，可通过部分包覆表面来降低乳糖载体颗粒与微粉化API颗粒之间的粘附力。这有利于微粉化API颗粒从乳糖载体颗粒上脱离，从而改善雾化性能（图4a）。 此外，研究人员还探索了使用硬脂酸镁通过共喷射研磨对活性药物成分（API）颗粒进行机械干包覆，以提高高剂量吸入粉剂的雾化性能（图4b）。例如，Mangal等人采用共喷射研磨法，将环丙沙星与不同含量的硬脂酸镁（0%、0.5%、1%、5%和10%（w/w））混合研磨。结果表明，与单独喷射研磨的环丙沙星相比，与≥5%（w/w）硬脂酸镁共喷射研磨的环丙沙星的雾化率（FPF）显著提高，从62.1%提高到约66.5%~67.5%。当硬脂酸镁含量高于5%（w/w）时，FPF值趋于稳定；当硬脂酸镁含量低于5%（w/w）时，FPF值与喷射研磨的环丙沙星相比略有增加，但差异不显著。有趣的是，作者利用X射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱分析表明，硬脂酸镁的主要作用机制是通过形成低表面能包覆膜来降低颗粒间的相互作用力。类似地，Sibum等人将异烟肼与不同含量的硬脂酸镁（0%、0.1%、0.5%、1%和2%（w/w））共喷射研磨。使用Twincer®干粉吸入器进行的分散性研究表明，制剂的FPF值随硬脂酸镁含量的增加而增加。因此，与喷射研磨的异烟肼相比，添加2%（w/w）硬脂酸镁的制剂获得了最高的FPF增幅，约为65%。然而，值得注意的是，当硬脂酸镁含量超过1%（w/w）时，FPF似乎趋于稳定。结果还表明，添加硬脂酸镁（无论含量多少）均能显著降低吸入器中的粉末残留，从而改善吸入效果。综上所述，这些结果表明，硬脂酸镁具有通过共喷射研磨制备高剂量吸入粉剂的潜力。2%～5%（w/w）的硬脂酸镁含量似乎足以最大限度地提高共喷射研磨制剂的雾化性能。 然而，当使用硬脂酸镁作为辅料时，应仔细考虑其与活性药物成分（API）的相容性。事实上，正如Li和Wu的综述所述，在制剂中添加硬脂酸镁时需要考虑多个因素，不仅包括其与API的相容性，还包括硬脂酸镁批次中常见杂质与API的相容性、碱性增强导致API降解敏感性增加，以及其他金属离子介导的降解反应。一些已报道的例子包括布洛芬与氧化镁（一种常见的硬脂酸镁杂质）的相互作用，以及与硬脂酸镁一起压片的福辛普利钠的镁离子介导降解。 已获批准的粘合剂混合物中硬脂酸镁的含量相对较低，因为FDA非活性成分清单中列出的吸入用每单位剂量的最大含量仅为80 μg。鉴于此最大含量，如果市售高剂量吸入粉剂中硬脂酸镁的含量为2-5%（w/w），则总粉末剂量仅为1.6-2 mg。因此，在高剂量吸入制剂中使用硬脂酸镁可能需要进行额外的毒理学研究。高剂量硬脂酸镁的毒性问题主要源于其有限的水溶性（25 °C时为40 μg/ml），这可能导致长期给药后肺部蓄积。然而，Baritussio等人的研究表明，在25 °C下，硬脂酸镁的溶解度较低，长期给药可能导致肺部蓄积。研究表明，由于硬脂酸镁与肺表面活性物质的相互作用，其在支气管肺泡灌洗液中的溶解度约为在水中的五倍（在37℃下放置24小时后，分别为233.1和48.9 μg/ml）。基于这些结果，并考虑到肺泡内衬层的体积约为20-40 ml，肺泡内衬层在24小时后可溶解4.66-9.32 mg的硬脂酸镁。因此，硬脂酸镁相对较低的水溶性可能并非限制吸入制剂中使用较高剂量硬脂酸镁的因素。然而，仍需进一步研究来证实这一点。 3.2. 磷脂 磷脂是一类人体内源性非生物酯类化合物（NBE），存在于所有细胞膜中，也是肺表面活性物质的主要成分。磷脂的两亲性源于其两个疏水性“尾部”（由脂肪酸衍生而来，并通过甘油基团连接）和一个亲水性“头部”（通过磷酸基团连接）。磷酸基团可以与有机化合物（例如胆碱和甘油）结合。近几十年来，磷脂作为颗粒工程辅料得到了广泛的研究，尤其是在颗粒密度控制方面。PulmoSphere™技术是许多市售干粉吸入制剂的基础，它体现了二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）在此领域的应用。有关磷脂在此应用方面的深入信息，请参阅Vehring和Healy等人的综述。此外，磷脂作为固体脂质纳米颗粒的组成成分，在目前用于递送mRNA SARS-CoV-2疫苗的制剂中日益受到关注。然而，在干粉吸入剂（DPI）制剂中，磷脂主要被研究作为空心脂质纳米颗粒（尤其是脂质体）的辅料。脂质体通常可描述为由同心磷脂双层和水性核心组成的球形囊泡（图4c）。脂质体可由肺部内源性磷脂生成，因此具有良好的生物相容性，并可用于递送多种药物。脂质体的两亲性使其能够将亲水性活性药物成分（API）包裹在其水性隔室中，并将疏水性API包裹在其磷脂双层中。此外，脂质体制剂可以提高活性药物成分（API）的稳定性，降低API的毒性，最大限度地减少肺部清除，并延长API的滞留时间。基于这些原因，脂质体作为肺部给药系统已被广泛研究。事实上，在过去的两年里，人们研究了多种磷脂，用于将各种化合物（例如黄酮类化合物、抗菌药物和化疗药物）制成脂质体干粉。 例如，Yu等人利用超声喷雾冷冻干燥（USFD）技术开发了几种脂质体干粉吸入剂（DPI）制剂，用于局部共递送环丙沙星和粘菌素。这两种活性药物成分（API）对多重耐药菌（例如铜绿假单胞菌）具有协同抗菌活性，铜绿假单胞菌是一种引起肺部感染的病原体，尤其常见于囊性纤维化患者。作者使用胆固醇（Chol）和几种磷脂制备了脂质体，这些磷脂包括氢化大豆磷脂酰胆碱（HSPC）、1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸甘油钠盐（DSPG）和N-（甲基聚氧乙烯氧羰基）-1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺钠盐（PEG）。以质量比为3:1:0.5:1.7的HSPC:DSPG:PEG:Chol的氯仿溶液为基础，进一步制备成脂质体悬浮液。为在超声冷冻干燥（USFD）过程中保持脂质体的完整性，使用甘露醇和蔗糖作为冷冻保护剂和冻干保护剂。添加亮氨酸以改善雾化性能。优化后的配方对环丙沙星和粘菌素的复水包封率分别为44.9 ± 0.9%和47.0 ± 0.6%，且具有良好的雾化性能（FPF分别为45.8 ± 2.2%和43.6 ± 1.6%；ED分别为97.0 ± 0.5%和95.0 ± 0.6%）。此外，未观察到游离药物、空白脂质体或载药脂质体导致肺细胞活力下降。与新鲜的环丙沙星/粘菌素溶液相比，复溶的脂质体环丙沙星/粘菌素制剂对耐粘菌素铜绿假单胞菌分离株的抗菌活性略有降低。尽管如此，粘菌素单药治疗未显示抗菌活性，而环丙沙星单药治疗的疗效也低于新鲜制剂或脂质体联合治疗。由此，作者证明脂质体干粉可作为抗菌药物联合给药的药物递送系统，用于局部治疗耐药性肺部感染。由于本研究旨在设计和表征脂质体干粉吸入剂（DPI）制剂，因此作者并未将“简单”的二元喷雾干燥粘菌素/环丙沙星粉末混合物与超快干粉脂质体制剂进行比较。例如，比较不同类型粉末制剂的肺毒性、药物滞留性和抗菌活性，可能有助于深入了解脂质体粉末制剂的潜在优势。在一项类似的研究中，Gomez等人研究人员开发了含有两性霉素B（AmB）（一种抗真菌药物）的脂质体制剂。肺部真菌感染在易感患者中很常见，例如囊性纤维化患者。通常，AmB的一个问题是其自身聚集。单体AmB主要靶向真菌细胞膜上的治疗靶点——麦角甾醇。然而，AmB聚集体对存在于哺乳动物宿主细胞膜中的胆固醇具有更高的亲和力。这会导致活性降低，毒性增加，并产生严重的副作用。研究表明，将AmB加入脂质体分散体中可以降低毒性，并由于自身聚集的减少而提高治疗指数。事实上，目前所有市售的AmB制剂都是用于输注的脂质体分散体。因此，作者假设，将AmB加入脂质体干粉中，既可以减少AmB的自身聚集，又可以实现局部给药，尤其适用于肺部真菌感染。合成的DPPC和二棕榈酰磷脂酰甘油（DPPG）被用作纳米生物酯（NBE）。值得注意的是，天然的DPPC和DPPG是肺部内源性物质，是肺表面活性物质的主要成分。将DPPC/DPPG（摩尔比3:1）与AmB（摩尔比9:1）以不同的泵速进行共喷雾干燥，得到干粉，并对其进行进一步研究，并与甲醇喷雾干燥的AmB进行比较。总体而言，高泵速喷雾干燥可使所有配方获得最佳的雾化性能。共喷雾干燥的AmB/DPPC/DPPG的ED值高于喷雾干燥的AmB（分别为74.5 ± 9.9%和66.6 ± 21.3%），而FPF值（分别为46.8 ± 5.4%和47.3 ± 20.0%）和MMAD值（分别为2.2 ± 0.1 μm和2.0 ± 0.0 μm）则非常接近。作者得出结论，与游离AmB相比，将AmB包封于脂质体中可降低AmB的自缔合。这一结论得到了以下实验结果的支持：在H358细胞中，游离AmB的毒性呈剂量依赖性增加，而脂质体制剂则未观察到这种现象。然而，值得注意的是，除100 μM的最高浓度外，游离AmB对A549细胞的活力没有影响。遗憾的是，作者没有评估抗真菌活性，也没有研究空DPPC/DPPG脂质体对细胞活力的影响。 总体而言，肺部滞留时间短是肺部药物制剂的一大难题。事实上，正如Wright和Clements广泛综述的那样，内源性磷脂的特点是代谢迅速且周转率（即更新率）高，无论是在肺泡区域还是整个肺部。除了吞噬作用外，肺泡II型细胞的摄取和储存被认为是表面活性物质清除和循环利用的主要原因。肺表面活性物质不断被清除和更新，磷脂酰胆碱从II型细胞进入肺泡的周转时间，据估计在几种动物中约为10小时。由于这种持续的更新，外源性磷脂（包括脂质体）的肺部滞留时间短可能会带来问题。然而，研究发现，DLPC和DPPC基脂质体在健康人体内的清除速度相对较慢，吸入24小时后，分别有79%和83%的脂质体存在于肺部。 有趣的是，Yu等人发现，DPPC给药可对诱导急性肺损伤的大鼠产生肺保护作用。支气管肺泡灌洗液中的总蛋白和肺水肿（均为急性肺损伤的标志物）均显著降低。此外，DPPC治疗组大鼠的超氧化物歧化酶活性上调，提示氧化应激受到抑制。这些结果表明，DPPC以及其他磷脂可能在急性肺损伤期间具有内在的肺保护作用，使其成为极具潜力的药物递送系统。尽管DPPC和DPPG均为内源性物质，但两者均未被列入FDA批准的用于肺部的非活性成分清单。这一点令人惊讶，因为DPPC是近期FDA批准的左旋多巴吸入粉剂（Inbrija®；CVT-301）的主要辅料（含量高达8% w/w）。事实上，在一项3期临床试验中，CVT-301治疗被证实安全且耐受性良好，每日DPPC暴露量高达4 mg。此外，DPPC还被用作一种已获批准的脂质体雾化器分散剂的主要辅料，每日吸入剂量约为275 mg DPPC。二硬脂酰磷脂酰胆碱（DSPC）是另一种常被研究的内源性磷脂，被列入非活性成分清单，每单位剂量最大效价为6.4 mg，用于呼吸系统。使用基于PulmoSphere™的TOBI® Podhaler®吸入器，已证实DSPC在囊性纤维化患者中具有长期肺部安全性。值得注意的是，虽然DPPC和DSPC可能被认为是无活性且相对安全的，但当配制成脂质体时，这些化合物仍然可能引起免疫反应，正如Weers所评论的那样。 4. 可生物降解聚合物 可生物降解聚合物被用于吸入干粉制剂中，以实现缓释（图5a）和/或靶向给药（图5b）。通常，这些制剂由载药的聚合物基微粒或纳米颗粒组成，这些微粒或纳米颗粒嵌入由其他辅料（例如糖类）构成的微粒基质中（图3c）。常用的可生物降解聚合物包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）和壳聚糖。 4.1. 聚乳酸-羟基乙酸共聚物 PLGA是一种合成的可生物降解且具有生物相容性的共聚物，由乳酸和乙醇酸单体组成。PLGA水解降解为乳酸和乙醇酸的速率，以及由此产生的药物释放速率，可以通过改变乳酸与乙醇酸的比例、分子量和聚合物的封端基团来轻松调节。PLGA已被用作纳米生物电极（NBE），用于制备载药微粒和嵌入微粒基质中的载药纳米颗粒，以进行肺部给药。例如，Nurbaeti等人采用乳液-溶剂蒸发法制备了含有氯霉素和甲砜霉素的PLGA纳米颗粒。为了制备可吸入颗粒，将所得载药PLGA纳米颗粒悬浮液以乳糖为填充剂、亮氨酸为分散促进剂进行喷雾干燥。结果表明，氯霉素和甲砜霉素的载药量分别为13.9 ± 3.0%和21.0 ± 0.7%（w/w），FPF分别为27 ± 13%和36 ± 10%，MMAD分别为3.3 ± 0.5 μm和2.8 ± 0.3 μm。体外实验表明，该制剂具有缓释特性，14天后累积释放率约为90%。 PLGA颗粒的持续释放可归因于PLGA相对缓慢的降解速率（图5a）。然而，这种缓慢的降解可能导致PLGA基微粒在肺部停留时间较长。因此，肺部清除机制可能会极大地限制PLGA基微粒的疗效，因为颗粒可能在包裹的活性药物成分（API）释放之前就被清除。尽管如此，当PLGA用作大孔隙颗粒（直径>5 μm，振实密度<0.4 g/cm³）的基质时，可以避免吞噬作用，从而在吸入后实现数天的持续胰岛素释放。 尽管PLGA已被用于多种经FDA批准的缓释药物产品中（例如，Zoladex®；一种含有戈舍瑞林的PLGA皮下植入剂），但尚未有吸入制剂获批使用PLGA。因此，在潜在的上市许可之前，对含PLGA的吸入制剂的毒性特征进行表征是必要的。值得注意的是，PLGA会降解为酸性降解产物，即乳酸和乙醇酸，这些物质可能会刺激和/或损伤肺部。事实上，胃食管反流后酸吸入引起的肺损伤是急性呼吸窘迫综合征（一种导致低血氧的严重肺部疾病）的重要病因之一。研究表明，酸吸入引起的肺损伤主要由白细胞介素-8介导的中性粒细胞向肺部的募集所致。因此，对白细胞介素-8水平的评估可能对吸入型含PLGA制剂的毒性研究具有特殊意义。 4.2. 壳聚糖 壳聚糖是一种无毒、可生物降解的线性多糖，由几丁质脱乙酰化制成。几丁质在自然界中广泛存在，例如，它是真菌细胞壁和甲壳类动物外壳的组成成分。壳聚糖的结构由随机分布的β-1,4-连接的D-氨基葡萄糖和N-乙酰-D-氨基葡萄糖单元组成。由于其多阳离子特性，壳聚糖具有很强的黏膜黏附性（图5b）。此外，已知壳聚糖可与巨噬细胞上表达的甘露糖受体相互作用。因此，壳聚糖可用于提高吸入制剂在肺部的滞留时间，使其成为靶向和控释肺部给药的一种有前景的纳米生物实体（NBE）。此外，由于其带正电荷，壳聚糖颗粒易于与带负电荷的化合物自组装。在过去的两年里，人们探索了壳聚糖作为纳米生物增强剂（NBE）以促进靶向肺泡巨噬细胞，从而进行结核病（TB）的潜在局部治疗，作为DNA载体用于潜在的基因治疗，以及作为（纳米颗粒）吸入制剂辅料。 Changsan和Sinsuebpol证实了壳聚糖在抗结核药物肺部递送中的应用。他们发现，在异烟肼/吡嗪酰胺/壳聚糖溶液中加入多价阴离子三聚磷酸盐（TPP），并持续均质化，可自发形成药物包埋颗粒的纳米悬浮液。随后，使用10%（w/w）甘露醇基质对该纳米悬浮液进行冷冻干燥，得到载药壳聚糖纳米颗粒的干粉。TPP与壳聚糖重量比为1:3的配方表现出最佳的雾化性能。该制剂的MMAD分别为3.37 ± 0.05 μm和3.28 ± 0.07 μm，FPF分别为43.95 ± 1.34%和41.03 ± 0.92%，ED分别为93.28 ± 1.28%和95.03 ± 0.23%（异烟肼和吡嗪酰胺），其粒径范围适合肺部给药。遗憾的是，作者并未评估体外药物释放或渗透性。在一项类似的研究中，Mukhtar等人制备并研究了载有异烟肼的杂化纳米颗粒。他们将壳聚糖与带负电荷的多糖透明质酸（HA）杂化，随后负载异烟肼。HA是另一种可生物降解的聚合物，也是CD44受体的配体。由于肺泡巨噬细胞CD44受体过表达更容易感染结核分枝杆菌，作者假设HA可能进一步提高异烟肼的靶向递送效率。载有异烟肼的壳聚糖/HA纳米颗粒的MMAD为2.59 μm，从Breezhaler®吸入器中释放的FPF分别为61.53%（<5 μm）和46.86%（<3 μm）。此外，将异烟肼包封于壳聚糖/HA纳米颗粒中可实现缓慢可控的释放。非硫醇化异烟肼纳米颗粒在48小时后释放了63%的异烟肼，而游离异烟肼在5小时后几乎完全溶解。遗憾的是，Changsan和Sinsuebpol以及Mukhtar等人均未研究肺泡吞噬作用，而这本应是一个有趣的后续实验方向。 Changsan和Sinsuebpol以及Mukhtar等人发现，将不同的呼吸道细胞系暴露于壳聚糖基纳米颗粒中，既不会降低细胞活力，也不会诱导促炎细胞因子的表达。然而，研究表明，吸入壳聚糖微粒会导致大鼠肺部出现剂量依赖性的促炎反应，表现为支气管肺泡灌洗液蛋白含量、乳酸脱氢酶活性以及白细胞向肺组织迁移的显著增加。此外，由于壳聚糖未被列入美国食品药品监督管理局（FDA）的非活性成分清单，因此在将其用于上市的肺部制剂之前，需要进行毒理学研究。 讨论与结论 本文综述了四类新型生物制剂（NBE）。我们重点关注过去两年发表的应用研究和基础研究，包括已开发的和实验性的辅料。 氨基酸，特别是亮氨酸和三肽三亮氨酸，主要用于评估其增强粉末分散性和防止吸湿的作用。即使仅添加几个百分点，它们对这些制剂的影响也十分显著。因此，这些辅料很可能在未来的干粉吸入剂（DPI）研发中发挥重要作用，尤其适用于那些具有特殊粘性和吸湿性的药物。 糖类已被广泛研究用作药物载体稀释剂、稳定剂和表面富集剂。对乳糖的深入理解有望减少粘合剂混合物中对其他分散增强辅料（例如硬脂酸镁）的需求。此外，甘露醇可能是此类混合物中乳糖的可行替代品。海藻糖主要被研究用作生物药物的稳定基质。类似地，普鲁兰多糖也被用作喷雾干燥粉末的稳定剂，它在喷雾干燥过程中富集于颗粒表面。随着上市生物药物比例的不断增加，具有更高玻璃化转变温度且靠近颗粒表面的颗粒更受欢迎，因为生物制剂通常在颗粒形成过程中倾向于迁移到表面。这使得普鲁兰多糖成为传统壳形成剂（例如（三）亮氨酸）的一种有吸引力的替代品。然而，糖-玻璃稳定制剂的吸湿性可能是一个挑战。 市售吸入干粉中含有大量脂质和类脂质辅料。研究表明，将活性药物成分（API）颗粒与少量硬脂酸镁（2-5% w/w）共研磨，可通过降低颗粒间粘附力，显著降低吸入器粉末滞留量并提高吸入颗粒分数（FPF）。磷脂已被研究作为干粉脂质体的组成成分，可用于包裹亲水性和亲脂性药物。此外，将药物包裹在脂质体中可能降低药物毒性，并可能提高药物稳定性和肺部滞留时间。然而，实际上，脂质体干粉制剂距离商业化应用仍有很长的路要走，尤其对于高剂量药物而言。例如，Yu等人描述的最终产品含有约4.8%（w/w）的盐酸环丙沙星，经超声辅助干粉干燥（USFD）后，其包封率约为45%。这使得脂质体中包裹了约2.2%（w/w）的环丙沙星。为了达到与脂质体盐酸环丙沙星（Lipoquin®）25 mg相似的每日肺部总剂量，考虑到已报道的有效剂量（ED）为97%，功能性肺泡灌洗液（FPF）为45%，标称剂量必须包含约2.5 g干粉。实际上，这完全不可行，而且还会导致辅料暴露量过高。相比之下，拜耳公司的环丙沙星干粉，将中性形式的环丙沙星包裹在Pulmospheres™中，允许每日两次给药，从而实现每日33.8 mg的肺部总剂量，而辅料总暴露量仅为每日22.9 mg。尽管如此，我们认为脂质体干粉对于高效药物仍然可能是一种可行的选择，因为毒性、酶降解和肺部滞留时间短仍然是肺部给药的主要挑战，而脂质体可能有助于（部分地）克服这些挑战。 使用可生物降解聚合物也能克服药物在肺部滞留时间短的问题。为此，PLGA（聚乳酸-羟基乙酸共聚物）已被广泛研究作为基质，以促进药物的持续释放。类似地，壳聚糖也被用于研究其在靶向肺泡巨噬细胞和延长肺部滞留时间等方面的应用。然而，在使用聚合物时，肺部蓄积及其导致的毒性仍然是一个主要问题。 事实上，对于大多数讨论过的辅料而言，肺部清除既是一项挑战，也是一项需要克服的风险。正如Geiser所述，沉积在传导气道（即上呼吸道）的颗粒会在24-48小时内通过黏液纤毛清除作用被清除。粒径在1-5 μm范围内的颗粒到达呼吸道（即下呼吸道）后，主要被上皮细胞吞噬或吸收。吞噬作用是一个快速的过程，据估计，90%或更多的颗粒在沉积后10小时内被吞噬。随后，被吞噬的颗粒可能会转移到传导气道，尽管这种“黏液纤毛清除机制”的机制仍不甚明了。然而，通过将活性药物成分（API）制成大孔隙颗粒，使其粒径超出1-5 μm范围，可以避免被吞噬。然而，值得注意的是，当被吞噬的颗粒沉积在肺泡深处，且未被黏液纤毛清除系统输送至呼吸道时，其清除可能需要数周甚至数月的时间。对于沉积在肺部深处但未被吸收或吞噬的颗粒，其清除速度也可能同样缓慢。因此，在研究新的辅料时，应重点考虑其肺部清除率、潜在的生物蓄积以及由此产生的毒性。在一定程度上，对于已获FDA批准的辅料，也应考虑这些因素，具体取决于其粒径分布和由此产生的肺部沉积模式。遗憾的是，在基础和实验性的小规模肺部研究中，清除率通常是一个被忽视的课题，尤其是在进行体外和离体实验时（这也不难理解），因此，未来的研究应更加关注这一课题。 总体而言，通过吸入给药可以克服患者常见的用药难题，例如对针头的恐惧或吞咽困难。对于生产商而言，将药物稳定在干燥的固态有助于规避成本高昂且物流难度大的冷链运输，从而显著提高可持续性，并扩大其在全球药物分销中的覆盖范围和效率。重要的是，通过将药物配制成吸入剂型，可以局部治疗肺部疾病，同时增加药物在靶组织的沉积，并降低与全身暴露相关的毒性。然而，目前关于辅料肺毒性的信息普遍缺乏。尽管毒性研究可能成本高昂，但增加对辅料的毒理学知识可以极大地加速肺部治疗领域的发展；有了毒性数据，生产商可能会更有动力将肺部给药作为潜在的给药途径。为了实现这些目标，更好地了解辅料的作用机制以及何时以及如何组合使用它们至关重要。总的来说，我们认为，从患者和制造商的角度来看，将药物配制成吸入干粉剂具有巨大的潜力。 综述有些长，这么长内容汇总如下 类别 代表性辅料 主要化学结构/性质 核心作用机制 在DPI中的主要用途 已知的肺部安全性简述 氨基酸 L-亮氨酸   (Leucine) 非极性脂肪族氨基酸，具有表面活性。 表面富集：喷雾干燥时迁移至液滴表面，形成波纹状或疏水壳层，降低表面能、减少粘附。 增强粉末分散性（提高FPF）、提供防潮保护、稳定无定形态。 现有临床试验（单次剂量高达60mg）显示肺功能无影响，耐受性良好。 三亮氨酸 (Trileucine) 三个亮氨酸通过肽键连接，表面活性更强，溶解度更低。 更强的表面富集与成壳：形成更粗糙、中空/薄壳的颗粒结构，更有效降低颗粒间作用力。 比亮氨酸更高效地改善雾化性能和物理稳定性，尤其适合高剂量API。 可被肽酶转化为亮氨酸，初步临床试验显示耐受性良好，但数据少于亮氨酸。 糖类 乳糖   (Lactose) 二糖（半乳糖+葡萄糖），常用作载体。 载体稀释与粘附混合：提供大颗粒载体（50-200μm），通过物理粘附承载微粉化API（1-5μm）。 作为填充剂和流动性增强剂，提高低剂量API的剂量均匀性和重现性。 吸入制剂中应用历史长，被认为是安全的。但为还原糖，可能与蛋白类药物发生美拉德反应。 甘露醇 (Mannitol)糖醇，非还原性，玻璃态转化温度低，吸湿性低约13℃。 替代载体/水溶性基质：作为乳糖替代载体，或作为易溶的微粒基质包裹纳米颗粒。 作为非还原性载体；制备“纳米复合微粒”，实现纳米系统的肺部递送。 高剂量可能诱发支气管高反应性（如用于激发试验），但特定治疗剂量下（如囊性纤维化）显示安全。 海藻糖 (Trehalose) 非还原性二糖，高玻璃化转变温度（Tg≈106°C）。 玻璃化稳定：形成刚性玻璃态基质，将生物分子“冻结”其中，抑制降解运动。 作为生物药物（蛋白、疫苗等）喷雾干燥制剂的主要稳定剂。 在多项临床试验中（每日暴露量高达105mg）显示耐受性良好，FDA正在审评相关制剂。 普鲁兰多糖   (Pullulan) 刚性直链多糖，极高的玻璃化转变温度（Tg≈261°C）。 高Tg表面富集稳定：在喷雾干燥中富集于颗粒表面，形成极高Tg的稳定外壳。 作为表面富集型稳定剂，尤其适用于需要在高湿环境下保持稳定的生物药物制剂。 口服安全，但吸入途径数据有限，需进行特定毒理学研究。 硬脂酸镁   (MgSt) 长链脂肪酸的镁盐，疏水性，片状结构。 “力控制剂”/干包覆：包覆载体或API颗粒，降低颗粒间及颗粒-装置间的粘附力。 改善粘附混合物中API的脱附效率，提高FPF；降低吸入器内残留。 吸入剂量极低（微克级），长期肺部蓄积风险未知，但可能被肺表面活性物质增溶。 脂质 磷脂   (如DPPC, DSPC) 两亲性分子，内源性（肺表面活性物质成分）。 形成脂质体/调控颗粒密度：构成双分子层囊泡，包载药物；用于PulmoSphere™技术调控空气动力学性能。 作为脂质体递送系统成分，用于包裹亲/疏水药物，提高稳定性、降低毒性、延长滞留。 DPPC、DSPC为内源性物质，已用于获批吸入产品，相对安全，但脂质体可能引发免疫反应。 可生物降解聚合物 PLGA 乳酸-羟基乙酸共聚物，可水解。 缓释基质：降解速率可调，控制药物从微粒/纳米粒中缓慢释放。 制备缓释微粒或纳米复合微粒，实现肺部长效给药。 降解产物为酸性，可能引起肺部炎症，吸入途径需详细毒性评估。 壳聚糖   (Chitosan) 阳离子多糖，可生物降解，具粘附性。 粘膜粘附与靶向：通过正电荷与粘膜或巨噬细胞表面相互作用，延长滞留，促进靶向递送。 用于靶向肺泡巨噬细胞的纳米粒（如抗结核），或作为基因/蛋白药物的载体。 体外细胞实验显示良好相容性，但动物吸入研究显示剂量依赖性炎症，需毒理学研究。

摘要:结核病（TB）是由基因密切相关的结核分枝杆菌复合群（MTBC）中的分枝杆菌引起的全球流行传染病。一个世纪以来，卡介苗（BCG）疫苗一直是预防结核病的主要措施。尽管它在有效预防儿童肺外结核方面效果显著，但在为成人提供肺结核保护方面缺乏一致的效力。因此，探索和开发能够为人群提供广泛保护的新型结核病疫苗，一直是医学研究中的一个重要领域。本文提供了目前正在进行临床试验的新型结核病疫苗的简要概述，讨论了它们的分类、保护效力、免疫原性、优点和局限性。在疫苗开发中，精心选择能够诱导强烈且多样化特定免疫反应的抗原至关重要。因此，我们总结了结核病疫苗所选抗原的分子特征、生物学功能、免疫原性以及相关研究。从疫苗和免疫原性蛋白中获得的这些见解将为新型分枝杆菌疫苗的开发提供信息，特别是mRNA疫苗，以有效控制结核病。 1.引言 结核病（TB）是由结核分枝杆菌复合群（MTBC）引起的一种传染性空气传播疾病。尽管它们的核苷酸序列高度相似（99.9%的相似性），但MTBC中的菌株根据宿主偏好和分子系统发育被分为不同的物种。全球人类结核病最常见的原因是结核分枝杆菌（M. tuberculosis 或 Mtb），其次是M. africanum，它在西非的病例中约占一半。此外，一些适应动物的物种，如M. bovis，可以感染广泛的宿主，导致人畜共患结核病，这对全球人类和兽医公共卫生构成了重大挑战。尽管治疗取得了进展，结核病仍然是最致命的传染病之一。根据世界卫生组织（WHO）的数据，2021年全球估计有1060万人感染了结核病，导致160万人死亡。目前，全球约四分之一的人口携带潜伏性结核感染（LTBI），虽然大多数人无症状，但大约5%-10%的人在一生中会发展成活动性结核病。2015年，WHO启动了结束结核病战略，旨在到2030年实现结核病发病率减少80%和结核病相关死亡率减少90%。然而，耐多药（MDR）菌株的全球传播，以及由人类免疫缺陷病毒（HIV）和2型糖尿病引起的并发症，增加了感染风险。此外，Mtb感染是HIV-1感染者死亡的主要原因。结核病和HIV-1共感染可以破坏宿主免疫系统，特别是通过损害CD4+ T细胞和巨噬细胞。开发创新的诊断方法、药物和疫苗对于有效应对这些挑战至关重要。疫苗接种被认为是实现全球结核病发病率和死亡率年度减少的最经济有效的策略之一。卡介苗（BCG）疫苗，目前唯一获得许可用于人类的结核病疫苗，为儿童提供了长期且强大的保护，预防粟粒性和脑膜炎结核病。然而，其在预防成人肺结核方面的有效性有限。由于Mtb的复杂基因组和结构，选择有效且安全的抗原一直是疫苗设计中的首要考虑因素。由于免疫学和分子生物学的进步，结核病疫苗开发取得了实质性进展。到2022年，有十六种疫苗候选处于不同的临床试验阶段，包括全细胞细菌疫苗、亚单位疫苗和mRNA疫苗。这些疫苗中使用的抗原涉及多种分枝杆菌菌株和十多种Mtb的结构或分泌蛋白，这些在实验室和临床实验中产生了不同的评估结果。本综述提供了传统和新型结核病疫苗的概述。此外，它还全面总结了结核病疫苗开发中选择的抗原在基础或临床研究中的发现，为开创性疫苗设计提供了宝贵的指导和策略。 2.全细胞细菌疫苗 全细胞细菌疫苗包括减毒、灭活和重组变体。卡介苗，源自减毒的M. bovis，被广泛使用，并对全球健康产生了重大影响。与亚单位疫苗相比，含有复杂抗原的全细菌疫苗可能潜在地诱导更多样化的免疫反应。卡介苗用于婴儿和幼儿，提供了80%的保护效力。然而，普遍接受卡介苗疫苗预防成人肺结核仍有待讨论。这表明卡介苗菌株可能与Mtb有不同的病理机制，可能导致免疫反应不足。实际上，在多年的连续传代过程中，卡介苗菌株经历了遗传变化，并失去了差异区域1（RD1）中的九个基因，这些基因已知对毒力很重要。卡介苗疫苗被发现可以预防播散性结核病，并降低全因死亡率。此外，它还可以提供一定程度的保护，防止由不相关病原体如疱疹和流感病毒引起的感染。这种广泛的保护被认为是通过触发先天免疫记忆和刺激异种淋巴细胞激活来实现的，这导致细胞因子分泌增加，巨噬细胞功能增强，T细胞反应改善，抗体水平提高。卡介苗疫苗在婴儿中触发的非特异性“训练免疫”可能比成人更有效，成人可能之前已经接触过非结核分枝杆菌（NTM）和其他病原体。为了解决卡介苗疫苗的局限性并增强其特异性，目前正在临床试验中研究几种新的全细胞细菌疫苗或疫苗接种策略。这些包括对BCG重新接种的研究，以及评估DAR-901（灭活M. obuense）、RUTI（Mtb细胞片段）、MIP（灭活M. indicus pranii）、MTBVAC（减毒M. tuberculosis）和VPM1002（重组BCG）等疫苗的IIb期和III期。 DAR-901是灭活的M. obuense，一种快速生长的分枝杆菌（RGM）的环境色素分枝杆菌。临床前研究表明，DAR-901可以诱导细胞和体液免疫，增强对Mtb的保护。然而，在坦桑尼亚进行的临床试验表明，观察到的效果可能在预防健康青少年结核病感染方面不显著。 RUTI®是一种由灭活的Mtb细胞片段制成的脂质体治疗疫苗。它可以诱导细胞免疫和体液免疫，特别是触发针对Mtb多种抗原的Th1反应。临床研究表明，RUTI安全且耐受性良好，最常见的不良反应是轻度至中度的注射部位反应。 MIP指的是灭活的M. indicus pranii，一种非致病性RGM。在一项随机、双盲、多中心临床试验中，MIP被证明是安全的，没有报告不良反应。此外，与安慰剂组（57%）相比，MIP组（67.1%）的患者在第四周实现痰培养转化的比例更高，表明MIP在清除Mtb方面可能发挥作用。 MTBVAC是设计了phoP和fadD26基因缺失的Mtb菌株的减毒疫苗，在洛桑进行的临床试验中显示出与卡介苗相当的安全性和免疫原性。MTBVAC是唯一一种减毒疫苗，包含所有Mtb的主要免疫优势抗原，如ESAT6和CFP10。 VPM1002是基于重组卡介苗的活疫苗，已在南非的新生儿中进行了临床试验，显示出安全性和比卡介苗更低的反应原性。然而，VPM1002的免疫原性被发现低于卡介苗疫苗。 Vaccae™是从非感染性结核分枝杆菌衍生的灭活疫苗，通过热灭活和高压空气剪切实现。Vaccae™已完成III期临床试验作为预防性结核病疫苗，疫苗可以诱导细胞免疫并减轻过敏炎症反应。此外，临床研究表明，使用Vaccae™作为辅助免疫疗法，显著提高了痰涂片阴性转化率（68%），促进了病变改善和空洞闭合，缩短了治疗时间，并减轻了化疗相关损伤。作为预防性疫苗，Vaccae™可以有效抑制Mtb的增殖和激活，阻碍LTBI的进展，并降低感染率。 鉴于它们与卡介苗相当的安全性和有效性，这些新型全细胞细菌疫苗有可能成为更好的替代品。特别是，应该注意到，减毒疫苗可能不适合免疫缺陷或HIV感染的个体，因为他们有更高的结核病进展风险。在这种情况下，开发灭活分枝杆菌和亚单位疫苗对于这一人群更为紧迫和合适。 3.亚单位疫苗 3.1 病毒载体疫苗 亚单位疫苗包括病毒载体疫苗和佐剂蛋白亚单位疫苗。与传统的灭活和减毒疫苗不同，这些疫苗使用整个病原体作为抗原，亚单位疫苗包含或表达特定的病原体蛋白，这降低了接种个体生病的可能性。目前，两种病毒载体疫苗（Ad5Ag85A 和 TB/FLU-04L）处于I期，而另一种（ChAdOx185A-MVA85A）处于IIa期。Ad5Ag85A 和 ChAdOx185A-MVA85A 疫苗分别基于人5型腺病毒（Ad5）和猴腺病毒。而TB/FLU-04L是一种活的重组流感A病毒疫苗。这些疫苗表达Mtb蛋白Ag85A，TB/FLU-04L也表达抗原ESAT-6。临床试验结果表明，ChAdOx185A-MVA85A疫苗诱导了特定的CD4+和CD8+ T细胞免疫反应，产生了IgG抗体，并且没有严重的不良反应。此外，TB/FLU-04L疫苗被发现是安全的，并且能够引发针对Mtb的特定Th1免疫反应。另一项研究表明，Ad5Ag85A肌肉注射疫苗是安全的，具有免疫原性，并刺激了多能T细胞反应，特别是在之前接种过BCG疫苗的个体中。病毒载体疫苗在生产效率和成本效益方面具有优势。与传统的灭活疫苗相比，它们能够通过诱导强烈且持久的免疫反应来提供持久的免疫力。然而，评估病毒载体疫苗的安全性和有效性时，必须考虑某些限制。一个担忧是，针对载体的预先存在的免疫力是否会影响其效力。研究表明，之前接触过流感病毒可能会影响对目标抗原的反应。腺病毒疫苗也面临类似的挑战，因为在接种个体中对Ad5的中和抗体水平升高已经显示出抑制重组腺病毒疫苗的免疫原性，特别是在Ad5抗体滴度高的地区。此外，存在与流通的野生型病毒发生遗传重组的风险，可能导致抗原基因的丢失和毒力的恢复。 3.2 佐剂蛋白亚单位疫苗 除了病毒载体疫苗外，目前有五种蛋白亚单位疫苗正在进行临床试验。这些包括ID93 + GLA-SE（QTP101）和AEC/BC02处于IIa期，H56: IC31和M72/AS01E处于IIb期，以及GamTBvac处于III期。 ID93 + GLA-SE是一种重组融合蛋白，由四种Mtb抗原（Rv1813c、Rv2608、Rv3619c和Rv3620c）与含有TLR4L的佐剂（GLA-SE）结合而成。I期临床试验表明，其安全性和有效性，能够诱导强烈的抗原特异性血清抗体和Th1型细胞免疫反应。 AEC/BC02包含Ag85B抗原和EC融合蛋白（ESAT6-CFP10），以及由未甲基化的胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）DNA片段和铝盐衍生的佐剂BC02。虽然作为一种预防性疫苗效果不佳，但在LTBI的临床前模型中显示出作为免疫治疗对抗进展性疾病的潜力。 H56: IC31结合了三种Mtb抗原（Ag85B、ESAT-6和Rv2660c）和IC31佐剂。在动物上进行的研究表明，H56: IC31增强有潜力控制晚期Mtb感染并限制潜伏性结核病。尽管在I期试验中一些受试者观察到短暂的心血管不良事件，但疫苗诱导的抗原特异性IgG反应和表达Th1细胞因子的CD4+ T细胞。 M72/AS01E是由两种Mtb抗原Mtb32a（PepA）和Mtb39a（PPE18）组成的重组融合蛋白，带有基于脂质体的AS01佐剂系统。在感染的成年人中，它显示出54.0%的保护效果，防止活动性肺结核病，没有显著的安全问题。 GamTBvac包括两种分枝杆菌融合蛋白，Ag85A和ESAT6-CFP10，它们固定在右旋糖酐上。该疫苗还包含一种由DEAE-右旋糖酐核心以及TLR9激动剂组成的佐剂，即CpG寡脱氧核苷酸。它在小鼠和豚鼠结核模型中显示出强大的免疫原性和对Mtb H37Rv菌株的显著保护效果。II期研究表明，它能够在健康成年人中诱导抗原特异性IFN-γ释放和表达Th1细胞因子的CD4+ T细胞。 结核病亚单位疫苗提供了几个优势特点，包括低成本、易于准备和安全性。一些疫苗是非常有希望的LTBI潜在治疗方法。重要的是收集更多数据并进行研究，以更好地了解这些结核病亚单位疫苗的长期有效性和安全性，特别是在像HIV这样的合并症人群中。正在进行的研究将为这些疫苗在临床实践中的潜在使用提供宝贵的见解。 4.mRNA疫苗 信使RNA（mRNA）疫苗已成为一种新型疫苗类别，近年来在COVID-19 mRNA疫苗的开发和授权中获得了显著的关注和成功。由于它们在疫苗设计上的灵活性、生产时间短、成本效益以及激发细胞和体液免疫反应的能力，mRNA疫苗已成为抗击传染病的主要候选疫苗之一。mRNA疫苗的设计取决于仔细的抗原选择。理想的目标抗原应该是免疫原性的，并且能够激发保护性免疫反应，确保疫苗有效地产生针对特定病原体所需的免疫反应。然而，mRNA疫苗的热稳定性可能存在挑战，特别是在获得可靠冷藏系统的途径有限的地区。mRNA是脆弱的，如果不在适当的温度下储存和运输，容易降解，需要冷链储存和分发。 通过开发具有改进热稳定性的mRNA疫苗来克服这一限制，将增强它们在资源受限地区的可行性和可访问性。目前，唯一的一种结核病mRNA疫苗，BNT164，正在进行I期临床试验，以确定在三剂计划中的安全和耐受剂量。没有公开的报告可用，关于BNT164在预防结核病方面的保护效果、免疫原性和安全性。需要进一步的研究来验证mRNA疫苗是否可以激发针对结核病更强大和更全面的免疫反应。 5.结核病疫苗的抗原选择 如前所述，分枝杆菌的抗原在结核病亚单位和mRNA疫苗的开发中得到广泛使用（表1）。这些抗原包括结构蛋白、与毒力相关的蛋白以及细菌表面存在的免疫调节因子或分泌的蛋白。本综述部分深入探讨了特定基因及其编码的细胞组分，为未来的抗原选择和疫苗设计提供了有价值的见解。 表1:结核病亚单位疫苗的免疫原性蛋白。 5.1. fbpA（mpt44, Rv3804c; Ag85A） 纤连蛋白结合蛋白（Fbps），也称为抗原85复合物，包括FbpA、FbpB和FbpC，位于结核分枝杆菌（Mtb）的细胞壁中，并具有分泌能力。所有的Fbps都包含一个羧酸酯酶结构域，每种蛋白都作为酰基转移酶参与分枝杆菌细胞壁的形成。抗原85复合物在促进6,60-二酰基（TDM）的生物合成和维持Mtb细胞壁结构稳定性方面发挥关键作用。研究表明，FbpA表达的缺失抑制了Mtb在人和小鼠类巨噬细胞系中的复制，表明FbpA可能在致病机制中发挥作用。分泌的抗原85蛋白具有高度免疫原性，并持续由细菌表达，对刺激B细胞和T细胞反应至关重要。特别是T细胞，可以通过释放细胞因子和激活各种免疫细胞（如巨噬细胞、自然杀伤（NK）细胞、树突状细胞（DC）和细胞毒性T（Tc）细胞）来激活细胞和体液免疫系统。这种协调的免疫反应有助于破坏细胞内Mtb感染。在目前处于临床试验阶段的疫苗中，AEC/BC02、GamTBvac、Ad5Ag85A、TB/FLU-01/4L和ChadOx185A使用Ag85A作为抗原成分。 5.2. fbpB（mpt59, Rv1886c; Ag85B） FbpB是一种分泌蛋白，负责细菌细胞包膜的生物合成。Fbps在氨基酸水平上具有高度的相似性，有68-80%的一致性。这表明这三种酶可能都参与了细胞壁的酰基化，与FbpA和FbpB相比，FbpC可能发挥更关键的作用。由于它们的酶活性和作为分泌蛋白的状态，Fbps不仅作为潜在的药物靶点相关，而且作为诊断抗原。定量分析包括Fbps在内的分泌细菌蛋白的水平，可以提供有关Mtb生长阶段的见解。目前，只有一种疫苗H56:1C31使用Ag85B作为抗原。 5.3. PPE18（mtb39a, Rv1196） PPE18是PPE家族的成员，其特点是包含一个带有脯氨酸-脯氨酸-谷氨酸（PPE）基序的保守N端结构域。这些蛋白被认为参与了抗原变异和疾病致病机制。蛋白质组学结果鉴定了8种PE和PPE家族蛋白是Mtb培养滤液蛋白（CFP），包括PPE18以低丰度存在，这表明其可能被分泌。然而，另一项研究发现PPE18在Mtb的裂解物中但不在CFP中，表明它可能不是分泌抗原。额外的研究表明PPE18与Mtb的细胞壁相关并暴露在细胞表面。有建议称PPE18可以通过与巨噬细胞中的TLR2相互作用触发抗炎反应，从而产生白细胞介素-10（IL-10）。在先天免疫反应中，巨噬细胞分泌的细胞因子IL-12和TNF-α在促进Th1 T细胞的发展和增强细胞介导的免疫反应中发挥关键作用。这些免疫反应对于对抗细胞内感染，如结核病至关重要。然而，PPE18已证明能够在LPS刺激下抑制巨噬细胞中促炎细胞因子的产生。这是通过上调抑制因子3（SOCS3）的表达和酪氨酸磷酸化，随后抑制转录因子p50、p65和c-rel的核转移来实现的。此外，PPE18有能力阻碍巨噬细胞通过MHC II类介导的抗原呈递。这导致CD4+ T细胞的激活受损，随后影响B细胞的反应。总的来说，这些发现表明PPE18作为免疫抑制因子，并且在Mtb的免疫逃逸中发挥关键作用。疫苗M72/AS01E选择了PPE18作为抗原之一。 5.4. PPE42（Rv2608） PPE42是Mtb PPE蛋白家族的成员。PPE42作为强效的B细胞抗原，能够诱导强大的体液免疫反应，同时引发相对较低水平的T细胞反应。PPE42是ID93+GLA-SE/QTP101疫苗的抗原。 5.5. pepA（mtb32a, Rv0125） PepA是一种假定的丝氨酸蛋白酶，功能未知，被认为是一种分泌蛋白。它有能力促进外周血单核细胞（PBMC）的增殖并诱导IFN-γ的分泌。PepA在不同分枝杆菌物种中的高保守性表明其作为有希望的疫苗靶点的潜力。PepA在M72/AS01E疫苗中与PPE18融合。 5.6. esxA (esat-6, Rv3875) EsxA，也被称为早期分泌性抗原靶标6千道尔顿（ESAT-6）。它属于WXG100家族，该家族由大约23个蛋白质组成，这些蛋白质大小约为100个氨基酸。这个家族中的蛋白质表现出螺旋结构，并显示出由保守的W-X-G基序产生的独特的发夹弯曲。这种蛋白质通过ESAT-6分泌系统1（ESX-1），也称为VII型分泌系统（T7S），被分泌出来。编码ESAT-6以及一个10千道尔顿培养滤液蛋白（CFP10）的基因位于RD1区域。如前所述，这个区域存在于所有有毒力的Mtb和M. bovis菌株中，但在卡介苗菌株中不存在。将ESAT-6和CPF10重新引入卡介苗菌株会导致菌落形态的显著变化以及宿主内毒力的增加。ESAT-6作为Mtb中的毒力因子发挥着至关重要的作用，通过几种机制帮助免疫逃逸。首先，ESAT-6阻碍宿主细胞中的抗原呈递过程。它与内质网中的宿主蛋白beta-2-微球蛋白（β2M）相互作用，隔离β2M，并抑制MHC-I-β2M复合物在细胞表面的展示，从而降低MHC-I介导的抗原呈递。其次，ESAT-6与Mtb的先天免疫反应减少有关。它通过阻碍Toll样受体（TLR）信号传导，抑制转录因子NF-κB和干扰素调节因子（IRFs）的激活。此外，ESAT-6直接以p38 MAPK依赖性方式抑制IFN-γ的产生和人T细胞的增殖。第三，ESAT-6可以调节宿主细胞死亡。它在中性粒细胞中诱导坏死，以及在THP-1人巨噬细胞中诱导凋亡。ESAT-6是一种强效抗原，能够触发T细胞免疫反应，并在结核感染的早期阶段被T细胞识别。此外，它可以刺激B细胞产生特异性抗体。因此，ESAT-6经常被用作诊断工具，并包含在疫苗配方中。AEC/BC02、H56:1C31、GamTBvac、TB/FLU-01/4L 4种疫苗选择ESAT6作为共同抗原。 5.7. esxB (cfp10, Rv3874) CFP10是另一种WXG100家族蛋白，可以与ESAT-6形成紧密的1:1复合物，并通过ESX-1分泌。磷酸化蛋白质组学和分泌体数据显示，CFP10在T49位点的磷酸化由Mtb丝氨酸/苏氨酸激酶PknA和PknB促进，形成CFP10同源二聚体的形成，同时抑制ESAT6的分泌。CFP10/ESAT6复合物可以与细胞表面受体相互作用，影响宿主细胞行为。已经显示它可以抑制或促进巨噬细胞中TNF-α的产生，从而调节巨噬细胞细胞死亡。此外，该复合物抑制RAW264.7细胞中活性氧物种（ROS）的产生，并降低LPS诱导的NF-κB激活。此外，CFP-10，而不是ESAT-6，特别在人中性粒细胞中触发Ca2+反应，可能有助于它们在Mtb感染期间的招募和激活。CFP10和ESAT-6都具有高度免疫原性，并与人类的毒力有关。值得注意的是，CFP10引发强烈的细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应，这种反应被招募到肺部，在Mtb感染的小鼠中占肺部CD8+ T细胞的高达30%。这些发现为旨在引发CD8+ T细胞反应的疫苗策略提供了希望。AEC/BC02和GamTBvac疫苗选择EsxB作为抗原。 5.8. Rv1813c Rv1813c是一种分泌蛋白，其表达受Mtb的双组分信号系统（TCSS）调节。TCSS的DosR和MprA蛋白可以结合到Rv1813c的上游启动子，并在对缺氧、一氧化氮和一氧化碳的反应中增强其转录。Rv1813c靶向线粒体以操纵宿主代谢。在真核细胞中表达时，它被运输到线粒体的膜间空间，从而通过增强氧化磷酸化代谢途径来增加ATP产生。这反过来又影响感染Mtb的巨噬细胞的代谢和凋亡反应。作为保守的潜伏期抗原，Rv1813c是疫苗开发有希望的候选者。该蛋白能够被T细胞识别，并在小鼠中激活IFN-γ/TNF和TNF/IL-2细胞因子的表达，导致强烈的CD4+ T细胞反应。值得注意的是，与Rv3619c、Rv3620c和Rv2608相比，Rv1813c刺激了最多的IFN-γ和/或TNF阳性CD8+ T细胞。ID93+GLA-SE/QTP101选择Rv1813c作为抗原。 5.9. esxV (Rv3619c) 和 esxW (Rv3620c) Rv3619c和Rv3620c属于WXG100家族，并通过Mtb中的T7S排泄。与ESAT-6/CFP10类似，Rv3619c和Rv3620c相互作用形成1:1异二聚体复合物。Rv3619c和Rv3620c都可以诱导IFN-γ的产生和T细胞反应，表明它们是具有多个T细胞免疫原性表位的Mtb的良好疫苗候选者。Rv3619c和Rv3620c都是ID93+GLA-SE/QTP101疫苗中的抗原。 5.10. Rv2660c Rv2660是一种与潜伏期相关的蛋白质，其功能未知。研究表明，Rv2660可以在LTBI个体中诱导增加IFN-γ的产生，更多的活性T细胞数量，以及增强特定的CD4+ T细胞增殖。H56:1C31使用Rv2660c作为抗原。 6.结论和展望 结核病是人类历史上最古老且最致命的疾病之一，给健康、社会和经济带来了重大负担，特别是在低收入和中等收入国家。活动性肺结核患者可以通过咳嗽或打喷嚏将结核分枝杆菌散播到空气中。Mtb感染的主要靶点是肺泡巨噬细胞。如果不能及时清除，细菌在巨噬细胞内复制，然后感染其他细胞，引发强烈的免疫反应。中性粒细胞、淋巴细胞和其他免疫细胞迁移到感染部位，形成逐渐发展成特征性肉芽肿结构的细胞浸润，最终钙化。在这些肉芽肿中，Mtb可以保持休眠状态，非代谢活跃状态多年、几十年甚至一生。目前，全球有超过1亿人患有潜伏性结核感染（LTBI），这可能随时发展成高度传染性且可能致命的活动性结核病。 结核病的治疗主要依赖抗生素。然而，耐多药结核病（MDR-TB）的出现使得两种最有效的一线药物——异烟肼和利福平失效。替代的二线治疗方案需要大量昂贵且有毒的药物。此外，HIV-TB共感染的结核病管理变得更加具有挑战性。HIV阳性患者发展成活动性结核病的风险是未感染个体的26-31倍。HIV-TB共感染需要长期治疗，由于复杂的药物相互作用和不良反应，同时治疗两种疾病面临额外挑战。 在这种情况下，开发预防和治疗结核病的新型疫苗是紧迫和必要的。随着疫苗研究技术的进步，几种新的疫苗候选已经进行了临床试验。然而，目前的临床研究表明，这些新型疫苗在诱导免疫反应和清除病原体感染方面并未显示出比卡介苗（BCG）的显著优势。此外，这些疫苗在HIV患者和免疫功能低下个体中的有效性和安全性仍需评估。显然，在疫苗设计和抗原选择策略中存在值得注意的问题：（1）Mtb与宿主之间的相互作用，以及调节免疫系统的机制尚未完全理解。Mtb基因组由4.4 Mb组成，包含大约4000个基因，但大多数基因的功能仍然不清楚。研究与Mtb增殖、毒力和休眠相关的基因可能为疫苗设计或药物开发提供新目标。（2）开发预防性和治疗性结核病疫苗同等重要。一方面，我们需要开发卡介苗疫苗的替代品，以实现更持久和特定的保护。另一方面，需要针对活动性和潜伏性结核感染的治疗性疫苗，以消除体内的病原体并对抗耐药菌株。 （3）Mtb可以分泌多种抗原，作为免疫原性蛋白和毒力因子，参与调节宿主细胞死亡、抑制宿主免疫信号通路、调节宿主细胞抗原呈递和调节宿主细胞细胞因子产生等各种生理活动。修改这些抗原以增强其免疫原性并减少其副作用是需要解决的问题。 （4）目前的疫苗评估主要集中在辅助T细胞反应和IFN-γ分泌上，对体液免疫在抗击结核病感染方面的研究有限。考虑在疫苗抗原设计中纳入B细胞表位可能导致更平衡的细胞和体液免疫反应，可能产生更好的效果。 随着COVID-19大流行，mRNA疫苗的开发似乎已进入黄金时代。mRNA疫苗引入了一种新型疫苗，通过脂质纳米颗粒将编码病原体抗原的信使RNA传递到哺乳动物细胞中，引发强烈的细胞和体液免疫反应。mRNA疫苗提供了灵活性和适应性，只需要改变编码序列即可表达不同的抗原。多种mRNA疫苗可以共享相同的纯化方法和生产线，显著缩短开发周期。此外，mRNA疫苗在融合表达多种抗原方面具有优势。开发多价结核病疫苗以增强其免疫原性也是一个有希望的发展方向。如果mRNA疫苗能够解决生产成本、储存和运输稳定性方面的问题，它们在应用上可能具有更大的前景。 总之，新的研究理论和技术进步为疫苗开发注入了新的活力，敦促我们继续抗击结核病，进一步减少结核病给人类社会造成的损失。 识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入 生物制品微信群！ 请注明：姓名+研究方向！ 版 权 声 明 本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。