疫苗研发是一个复杂而漫长的过程。免疫原性是疫苗研发各个阶段（从临床前疫苗候选物的免疫原性评价到临床研究及上市后研究）及疫苗有效性评价时需要关注的重要指标之一。疫苗大多是通过刺激机体产生特异性抗体而发挥其预防作用。

以mRNA疫苗为例，mRNA疫苗的核心作用机理是将mRNA序列导入到宿主细胞的细胞质，利用宿主细胞将mRNA翻译为蛋白抗原，最终介导机体产生抗原特异性免疫应答，并形成免疫记忆。在抗原特异性免疫应答过程中，B淋巴细胞特异性活化，产生抗原特异性抗体，介导体液免疫应答。同时，辅助T细胞（CD4+）以及杀伤性T细胞（CD8+）活化，分泌细胞因子，活化B淋巴细胞，发挥细胞毒作用，介导细胞免疫应答 ^[1]。相较于传统的灭活疫苗或者亚单位疫苗，mRNA编码的抗原可以在机体内较为持久地产生，介导较为持续且强烈的免疫应答，具有明显的免疫保护力优势。

图1  疫苗诱导的体液免疫和细胞免疫反应 ^[2]

PART 01

细胞免疫指T细胞介导的免疫应答，即T细胞受到抗原刺激后，分化、增殖、转化为致敏T细胞（也称效应T细胞），当相同抗原再次进入机体的细胞中时，致敏T细胞对抗原的直接杀伤作用及致敏T细胞所释放的细胞因子的协同杀伤作用。T细胞的免疫特性不仅决定了疫苗保护性的细胞免疫，也决定着体液免疫的诱导，与持久免疫和诱导广泛中和抗体相关的疫苗的功效。

传统的T 细胞在表型和功能上具有多样性，并且在抗病毒持久保护中发挥着关键作用。根据T细胞表面受体和功能不同，分为辅助性T细胞（CD4+ T淋巴细胞）、细胞毒性T细胞（CD8+ T淋巴细胞）和抑制性T细胞。CD8+ T细胞直接攻击和杀死病毒感染细胞，而CD4+ T细胞则是启动CD8+ T细胞和B 细胞的关键细胞。呼吸道中的CD8+毒性T 淋巴细胞（CTL）通过直接杀死受感染的细胞来抑制病毒复制，并分泌包括干扰素γ（IFN-γ）和肿瘤坏死因子（TNF-α） 在内的抗病毒细胞因子。CD4+ T辅助细胞则具有多种调节抗病毒免疫的关键功能，肺中的记忆 CD4+ T 细胞通过Th1细胞因子（白细胞介素-2、干扰素γ、肿瘤坏死因子等）依赖性等机制控制早期病毒的复制。

此外，T细胞耗竭和功能障碍是诱导疫苗细胞免疫的重要影响因素。例如，在新冠患者中大多表现出淋巴细胞减少的症状，其中优先影响T细胞群，淋巴细胞减少和T细胞衰竭可能是新冠患者临床恶化的主要原因之一，而T细胞介导的炎症反应也可能是导致重症患者继发性并发症的主要因素。

更高的安全性、更长效的持久免疫、诱导更广泛的中和抗体以及诱导细胞介导的免疫应答是疫苗开发的当前趋势。越来越多的研究表明特异性的细胞免疫应答在疫苗的预防以及保护阶段起着非常重要的作用。

图2  疫苗诱导的细胞免疫应答 ^[3]

PART 02

针对新型冠状病毒（SARS-CoV-2）的中和抗体可以免受病毒的侵害或发挥强有力的保护作用，然而，大约30%的患者体内几乎不存在新冠病毒中和抗体，这表明有其他免疫机制参与了病毒康复清除。除此之外，与特异性抗体短效性相比，新冠特异性CD8+ T细胞相对持久且保持稳定，在感染12个月后仍被检测到，这也进一步表明T细胞在对抗新冠病毒的免疫记忆中的重要性，并且可能介导长期的抗病毒保护 ^[4-6]。

图3  T 细胞对新冠病毒的免疫反应 ^[7]

不同人群中新冠病毒特异性T细胞免疫反应也有所不同 ^[8]。有研究通过分析2019冠状病毒病COVID-19患者、COVID-19康复患者、未暴露群体和疫苗接种人群的新冠病毒特异性T细胞应答及新型冠状病毒T细胞免疫的人群特征，大量的研究发现体液免疫和细胞免疫均参与了人体对SARS-CoV-2的保护和清除，SARS-CoV-2可以引起COVID-19 患者T细胞应答， T细胞活化程度与疾病严重程度密切相关，大多数急性期重症患者中可检测到SARS-CoV-2特异性抗体反应，部分患者可能存在抗体延迟反应，而所有重症患者的细胞反应在急性期均受损，且COVID-19康复患者体内存在记忆T细胞，能对外来的新冠抗原产生免疫应答。COVID-19特异性抗体反应和细胞免疫反应在康复患者可维持较长时间，重症患者的免疫应答显著强于轻症患者 ^[9-11] 。

通过干扰素-γ的酶联免疫斑点（ELISPOT）、细胞内细胞因子染色（ICS）或激活诱导标记（AIM）等病毒特异性T 细胞应答的激活验证，病毒特异性T细胞免疫反应强烈偏向于Th1细胞因子（IFN-γ、TNF-α 和IL-2），及很少的Th2细胞因子（IL-4 和IL-6）。此外，部分未暴露健康人群的T细胞也能被COVID-19抗原激活，预示了交叉反应和预存免疫的存在，疫苗接种人群体内存在特异性记忆淋巴细胞从而抵御新冠病毒入侵 ^[12]。

图4  CD4+T和CD8+T细胞在新冠感染后保持12个月的记忆性细胞应答 ^[13]

带状疱疹是一种常见的病毒感染性疾病，严重影响患者特别是老年患者的生活质量。带状疱疹是由初次感染后潜伏在脊髓后根神经节或颅内神经节内的水痘‑带状疱疹病毒（varicella‑zoster virus，VZV）再激活引发的一种常见的感染性疾病，主要影响老年人群，发生带状疱疹后神经痛是最重要的并发症，其疾病负担重，生活质量影响大 ^[14]。

VZV初次感染后数天或数周内可在血清中检测到特异性IgM、IgG和IgA以及VZV特异性T细胞介导的免疫应答（VZV cell‑mediated immune，VZV‑CMI）。其中特异性抗体水平可维持终生，能有效预防水痘再次发生，而VZV‑CMI对控制VZV细胞内感染、维持VZV潜伏状态并预防带状疱疹发生至关重要。老龄化、疾病或使用免疫抑制剂等因素，可导致VZV‑CMI水平下降，并成为带状疱疹发生的重要条件。研究证实，发生带状疱疹后预防复发主要依靠再次升高的VZV‑CMI水平而不依赖特异性抗体。免疫功能低下的带状疱疹患者由于不能有效形成并维持较高水平的VZV‑CMI，是疾病复发的重要基础。

接种疫苗提升人体VZV‑CMI水平是预防和降低发生带状疱疹的主要机制，这在健康人及疾病状态下均得到证实。带状疱疹疫苗可提高VZV‑CMI和体液免疫两个方面的应答水平，前者很可能是阻止VZV再激活以达到预防带状疱疹的主要机制，但体液免疫可通过抗体依赖细胞毒效应等途径发挥一定的作用 ^[15]。

Shingrix是葛兰素史克公司研发生产的含佐剂的重组带状疱疹疫苗（recombinant zoster vaccine， RZV），包含50 μg VZV糖蛋白E（glycoprotein E，gE）和AS01B佐剂系统。其中gE是VZV衣壳的主要成分，是激发VZV特异性抗体和T细胞应答的主要靶抗原。AS01B可导致注射部位肌肉和引流淋巴结中先天性免疫应答的快速而短暂激活，进而使活化的抗原呈递细胞数量增加，促进产生高水平的gE 特异性CD4+T细胞和抗体。临床试验结果显示Shingrix疫苗的整体有效性为97.2%，在50~59岁人群中保护率为96.6%，对60~69岁的人群保护率为97.4%，而在≥70岁人群中保护率也能达到97.9% ^[16] 。

VZV特异性抗体及VZV‑CMI是评价带状疱疹疫苗免疫原性的两个重要指标。在细胞免疫应答评价中，胞内因子染色分析2种及以上细胞因子（IFN-γ，IL-2，TNF-α，CD40L）的VZV特异性CD4+ T细胞水平，显示gE/AS01B诱导出较高的VZV特异性CD4+ T细胞水平，但未能诱导出CD8+ T细胞。长达10年随访研究发现，体液免疫水平是接种前的6.0倍，细胞免疫水平是接种前的3.5倍，此外，相关的数学模型也预测疫苗相关免疫应答在首次疫苗接种后可维持至少20年 ^[17-18] 。

图5  胞内细胞因子因子染色分析Shingrix疫苗免疫后2种及以上细胞因子的VZV特异性CD4+ T细胞水平  ^[17-18]

图6  Shingrix疫苗免后10年随访研究的体液免疫和细胞免疫水平变化 ^[17-18]

肿瘤治疗性疫苗是指通过诱导或增强机体针对肿瘤抗原的特异性主动免疫反应，从而达到控制和杀伤肿瘤细胞、清除微小残留病灶以及建立持久的抗肿瘤记忆等治疗目的的一类产品，包括但不限于细胞载体疫苗、病毒载体疫苗、蛋白/多肽疫苗、核酸（DNA或RNA）疫苗等类型。

大多数肿瘤治疗性疫苗的作用机制是通过抗原呈递细胞（APC）将抗原加工并呈递给T细胞，从而诱导产生或放大已存在的抗原特异性T细胞反应，尤其是细胞毒性T细胞反应，以攻击肿瘤细胞。此外，T细胞还可以辅助B细胞产生特异性抗体杀伤肿瘤细胞。

图7  mRNA-4157可以激活肿瘤新生抗原的特异性T细胞，诱导新生抗原特异性CD8+ T细胞的增殖 ^[19]

Moderna mRNA-4157为一种个性化肿瘤疫苗，靶向患者的特异性突变，编码最多至34种新生抗原，这些新抗原是根据每位患者肿瘤独特的DNA序列突变特征设计而成。当将此癌症疫苗注射入体内时，这些RNA所携带的新抗原序列会被翻译成蛋白质，并通过体内的抗原呈递，刺激产生T细胞抗肿瘤反应。临床研究结果表明，mRNA-4157可以激活肿瘤新生抗原的特异性T细胞，诱导新生抗原特异性CD8+ T细胞的增殖，进而杀伤肿瘤细胞。同时，mRNA-4157与Keytruda联用可加强T细胞介导的对肿瘤细胞的破坏，可以显著降低III、IV期黑色素瘤患者在肿瘤完全切除后的复发或死亡风险。目前，Moderna公司和默沙东宣布，首个mRNA个性化癌症疫苗mRNA-4157和抗PD-1单抗（Keytruda）组合疗法推进到了3期临床试验，这也是全球首个进入3期临床试验的mRNA癌症疫苗。

佐剂（Adjuvant）作为一类添加在疫苗中的免疫调节剂，相比只使用抗原，当其先于抗原或与抗原混合注入机体后，能极大增强疫苗的免疫应答水平或者改变免疫反应的类型。佐剂最主要的作用是促进机体产生针对抗原特异性的体液与细胞免疫，涉及到抗原递呈细胞对抗原的摄取、抗原的处理以及抗原的递呈等方面。抗原递呈细胞又称辅佐细胞，是机体内具有摄取、处理和传递抗原信息，诱发T细胞和 B细胞发生免疫应答作用的细胞，主要包括巨噬细胞、树突状细胞和B细胞等。

佐剂增强免疫应答的机制尚未完全阐明，不同佐剂的作用也各有不同。最主要的作用是促进机体产生针对抗原特异性的体液与细胞免疫，涉及到抗原提呈细胞对抗原的摄取、抗原的处理以及抗原的提呈等方面，且多佐剂效应也不能通过单一机理进行解释。

PART 03

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