自2019年爆發(fā)以來，SARS-CoV-2引起的新冠肺炎已造成5億多人次感染,，6百多萬病例死亡,，嚴重影響國際醫(yī)療、經(jīng)濟,、社會體系,。目前，全球已經(jīng)有36種被FDA緊急批準使用的疫苗,，包括mRNA疫苗,、滅活疫苗以及蛋白疫苗等。但是,，這些投入使用的疫苗基本以肌肉注射為主,，多誘導系統(tǒng)性體液免疫。伴隨新冠病毒的高度變異,，現(xiàn)有肌肉接種式疫苗的中和能力被大幅度削弱,，難以保證提供有效保護,。針對新冠病毒感染機體的機制，北卡羅來納州立大學程柯教授團隊構建了SARS-CoV-2的RBD抗原修飾的人源肺球細胞外泌體,，開發(fā)了一種可于室溫穩(wěn)定存儲運輸,、霧化吸入式的新冠疫苗。相比于肌肉接種型疫苗,，該疫苗可提供額外兩層保護：呼吸道黏膜免疫以及肺部T細胞免疫,，使其有能力在新冠病毒主要入侵部位提供多重保護。相關研究成果近日發(fā)表在《Nature
Biomedical Engineering》期刊上（參考文獻1）,。
程柯教授團隊前期開展了自體肺球細胞治療肺纖維化的臨床研究（NCT04262167）,。在此基礎上，該團隊進一步發(fā)現(xiàn)人源肺球細胞衍生的外泌體（Exo）霧化吸入后,，表現(xiàn)出比脂質體（Lipo）更優(yōu)異的肺部滯留時間及分布（圖1a）,。基于此,，該團隊創(chuàng)新性的應用外泌體作為疫苗載體,，通過在其表面修飾新冠病毒刺突蛋白的受體區(qū)域（RBD），制備出病毒樣顆粒疫苗（RBD-Exo）,。該疫苗具有高穩(wěn)定性,，室溫保存三個月仍保留著原本的形貌、尺寸,、濃度以及RBD抗原濃度（圖1b）,。此外，該疫苗符合ICH加快實驗（40°C±2°C / 75%RH±5%RH）測試標準（圖1c）,。
圖1：（a）外泌體和脂質體在小鼠肺組織的分布,；（b）RBD-Exo疫苗的室溫穩(wěn)定性；（c）RBD-Exo疫苗的ICH測試實驗,。 基于外泌體的內源性,、天然的同源靶向能力，該RBD-Exo疫苗經(jīng)霧化吸入后在呼吸道及肺組織具有更長駐留時間,。除了誘導系統(tǒng)性體液免疫產生RBD特異性IgG抗體,，該疫苗可在上呼吸道（NPLF）及下呼吸道（BALF）誘導高效的黏膜免疫，產生RBD特異性IgA抗體,；同時激活肺部CD4+輔助性T細胞,、CD8+ 細胞毒性T細胞，并誘導Th1偏向的免疫應答,，在新冠病毒侵入人體的第一感染部位提供有效保護（圖2）,。
圖2：RBD-Exo疫苗誘導的體液免疫、黏膜免疫以及肺部T細胞免疫,。 成功驗證疫苗誘導的多重免疫反應后,，團隊應用COVID-19倉鼠模型評估RBD-Exo疫苗預防新冠病毒的能力,。倉鼠在第0周和第1周霧化吸入接種RBD-Exo疫苗,，共兩次,。對照組為吸入PBS或RBD抗原。在第2周（完全接種1周后）,，使倉鼠感染新冠病毒（圖3a）,。相比于PBS組以及RBD抗原對照組，吸入兩劑RBD-Exo疫苗成功降低倉鼠的支氣管肺泡灌洗液（BAL）以及口腔拭子（oral swabs）中的SARS-CoV-2病毒載量（圖3b和3c）,。倉鼠肺組織病理學（H&E和Trichrome染色）表明,，接種RBD-Exo疫苗大幅度減輕了炎癥細胞浸潤以及肺纖維化，極大程度保留著肺泡組織的完整性（圖3d和3e）,。
圖3：RBD-Exo疫苗在COVID-19倉鼠模型中的保護效果,。（a）倉鼠模型測試RBD-Exo疫苗預防SARS-CoV-2感染的實驗設計。（b）感染SARS-CoV-2七天后,，倉鼠支氣管肺泡灌洗液的病毒載量,。（c）感染SARS-CoV-2后不同時間內倉鼠口腔拭子的病毒載量。（d & e）感染SARS-CoV-2七天后倉鼠肺組織的H&E（d）和Trichrome(e)染色,。 綜上所述,，霧化吸入RBD-Exo疫苗具有良好的安全性和有效性，無需注射器,、是一種非侵入性接種方式,，可有效誘導系統(tǒng)體液免疫、呼吸道黏膜免疫和肺部T細胞的激活,。不同于輝瑞和Moderna的mRNA疫苗,、牛津-阿斯利康的腺病毒疫苗，其穩(wěn)定性好,、儲存容易,、無需專業(yè)人員注射，免疫原性強,。北卡州立大學王真真博士,，Kristen Popowski博士，和李振華研究員（現(xiàn)任職于南方醫(yī)科大學附屬東莞醫(yī)院）是本文的共同第一作者,。程柯教授與李振華研究員為本文的共同通訊作者,。程柯教授是北卡大學教堂山分校-北卡州立大學Randall B. Terry, Jr. 再生醫(yī)學杰出講席教授、生物治療實驗室主任,。國際醫(yī)學與生物工程學院（IAMBE）會士,、美國醫(yī)學與生物工程學院（AIMBE） 會士、 美國心臟病協(xié)會（AHA） 會士,。長期從事再生醫(yī)學,、干細胞工程學及轉化醫(yī)學的研究, 并積極推動干細胞和外泌體治療的臨床轉化運用,，領導了數(shù)個獲得美國FDA批準的新藥臨床申請（IND）。參與創(chuàng)立多家生物技術公司,，目前正在積極開發(fā)細胞以及細胞外囊泡在再生醫(yī)學,，癌癥治療和精準給藥等領域的應用。自新冠肺炎爆發(fā)以來,，團隊運用在肺部疾病,，納米醫(yī)藥，外泌體等領域積累的技術基礎,，開發(fā)了一系列用于預防與治療新冠病毒的潛在疫苗與細胞囊泡藥物,。去年，其團隊研發(fā)的人源肺球干細胞衍生的納米誘餌在食蟹猴新冠肺炎模型中顯示出良好的治療效果（Nat.
Nanotechnol., 2021,
16, 942–951）（參考文獻2）,；就在幾天前,，其團隊系統(tǒng)性地證明了人源肺球體干細胞外泌體是吸入治療呼吸系統(tǒng)疾病的理想載體，可向肺組織高效遞送mRNA或蛋白,，并榮幸成為Extracellular Vesicle (Elsevier)新刊的開篇之作（參考文獻3）,。這些技術將由程柯教授參與創(chuàng)立的Xsome Biotech生物技術公司（www.xsomebio.com）進行后續(xù)的開發(fā)和臨床研究。參考文獻：
1.Wang, Z. et al.
Exosomes decorated with a recombinant SARS-CoV-2 receptor-binding domain as an
inhalable COVID-19 vaccine. Nat. Biomed. Eng.6, (2022), DOI:10.1038/s41551-022-00902-5
2.Li, Z. et al. Cell-mimicking
nanodecoys neutralize SARS-CoV-2 and mitigate lung injury in a non-human
primate model of COVID-19.Nat. Nanotechnol.16, 942-951 (2021), DOI: 10.1038/s41565-021-00923-2
3. Popowski, K.D., et al., Inhalable
exosomes outperform liposomes as mRNA and protein drug carriers to the lung. Extracellular
Vesicle, 100002(2022), DOI: 10.1016/j.vesic.2022.
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