疫苗前沿 | 黏膜免疫机制及疫苗研发策略研究进展

中文摘要

黏膜系统是机体抵御病原体入侵的第1道防线，70%~90%的感染在呼吸道、消化道及女性生殖道等黏膜表面发生。自然感染可在黏膜局部诱导特异性免疫记忆。传统注射疫苗主要诱导血清中和抗体，难以在黏膜表面建立分泌型IgA及组织驻留记忆T/B细胞介导的免疫屏障；相对的，黏膜疫苗可直接靶向黏膜组织，诱导局部特异性免疫应答，从源头阻断病原体入侵。此文系统梳理了3种黏膜途径的抗原识别、摄取与提呈机制，分析鼻喷、口服、吸入等不同途径疫苗的研发进展、免疫原性与有效性，同时探讨了黏膜疫苗的安全性挑战问题，并提出新型疫苗平台开发、佐剂创新、序贯接种策略及标准化评价体系等未来研究方向，为黏膜疫苗研发与临床应用提供参考。

正文

黏膜直接暴露于外界环境，是机体抵抗病原体入侵的第1道防线，70%~90%的病原体通过呼吸道、消化道和女性生殖道等黏膜表面进入机体。自然感染过程中，黏膜局部可诱导抗原特异性免疫记忆，有助于防御再次感染。理想的疫苗免疫策略应能同步激活全身免疫与局部黏膜免疫。传统注射疫苗虽能诱导血清中和抗体，却难以在黏膜表面诱导分泌型IgA（secretory IgA，sIgA）及组织驻留记忆细胞，无法从源头阻断感染。相比之下，黏膜疫苗可直接作用于黏膜表面，在局部产生高水平的sIgA。

近年来，鼻喷流感疫苗及吸入式新型冠状病毒疫苗等虽取得重要进展，然而针对呼吸道、消化道及生殖道3种黏膜途径的免疫特征差异的系统比较研究仍较缺乏。本文旨在阐述黏膜免疫的分子与细胞机制，梳理不同类型黏膜疫苗的技术平台、免疫特征及临床有效性证据，剖析当前研发面临的关键挑战，并探讨优化接种策略的可行性，为黏膜疫苗的研发设计和临床应用提供参考。

1

黏膜免疫的作用机制

黏膜免疫的作用机制见图1。黏膜免疫系统的核心组成部分是黏膜相关淋巴组织（mucosa-associated lymphoid tissue，MALT），它由黏膜固有层、上皮细胞下的无被膜淋巴组织，以及某些带有生发中心的器官化淋巴组织构成，主要分布于呼吸道、消化道及女性生殖道。

在MALT中，多种免疫细胞协助参与抗原识别、提呈及免疫应答激活。微皱褶细胞是位于上皮细胞层的抗原转运细胞，通过胞吞作用摄取抗原并转运给下方的APC，如树突状细胞（dendritic cell，DC）和巨噬细胞等。同时，上皮细胞可分泌细胞因子和趋化因子，进一步募集并激活APC。APC迁移至局部MALT，将抗原呈递给初始T、B淋巴细胞，激活适应性免疫应答，产生IgA和IgG。IgA与聚免疫球蛋白受体（poly-Ig receptor，pIgR）结合后被转运至黏膜表面，形成sIgA，通过包绕病原体阻断其黏附和入侵；IgG则主要进入血液循环，清除入侵的病原体。此外，黏膜局部存在大量的组织驻留记忆T细胞（tissue-resident memory T cells， TRM）和组织驻留记忆B细胞，可在再次遇到同样病原体时迅速增殖并启动细胞毒性或辅助免疫应答，以及快速分化为能产生IgA的浆细胞。

1.1

呼吸道黏膜免疫机制

上呼吸道是空气传播病原体入侵的首要门户。呼吸道丰富的细胞环境包含上皮细胞、内皮细胞和间充质细胞，这些细胞共同构成跨越整个气道和肺组织的连续物理屏障。上皮细胞不仅构成物理屏障，还通过Toll样受体等模式识别受体来识别病原体相关分子模式。当病原体入侵时，上皮细胞分泌黏液将其包裹，并借助纤毛摆动向上推送，最终通过咳嗽或吞咽排出。鼻咽相关淋巴组织位于鼻咽部和软腭上皮下方，主要由腭、咽扁桃体构成，是诱导黏膜免疫的关键部位。此处富含的微皱褶细胞和DC共同参与抗原摄取、运输和局部免疫启动，微皱褶细胞通过胞吞作用摄取抗原并传递给DC，同时DC也能延伸树突至鼻上皮以摄取抗原。DC通过MHC Ⅱ将抗原加工后提呈给初始T细胞，同时分泌细胞因子诱导其活化、增殖与分化。IL-12可诱导Th1分化，而IL-2和IL-4则诱导Th2分化。滤泡辅助T细胞进一步诱导B细胞分化为浆细胞，产生IgA二聚体。IgA通过pIgR穿越上皮，pIgR胞外段被剪切后成为分泌片，与IgA结合形成完整的sIgA。

下呼吸道免疫由支气管相关淋巴组织介导，免疫机制与上呼吸道类似。由于肺泡上皮细胞表达的新生儿Fc受体（neonatal Fc receptor，FcRn）能与血液中的IgG结合并将其转运至肺泡腔内，避免其被溶酶体降解，因此下呼吸道中IgG在中和病原体、调理吞噬等方面发挥关键作用，其重要性可能不亚于sIgA；同时下呼吸道富含自然杀伤细胞和巨噬细胞，肺泡巨噬细胞可分泌IL-6、TNF-α等促炎因子和IL-10等抗炎因子，调节免疫应答，在抗原清除、摄取和呈递方面发挥关键作用。

1.2

消化道黏膜免疫机制

肠相关淋巴组织是启动消化道适应性免疫应答的重要部位，包括派尔集合淋巴结、淋巴滤泡及固有层中弥散分布的淋巴细胞。肠道上皮细胞表达多种模式识别受体，可识别多种相关的分子模式。派尔集合淋巴结富含巨噬细胞和DC等APC，可将抗原呈递给CD4+、CD8+ T细胞。T细胞分化为Th1、Th2、Th17和Treg等亚群，Th17可促进pIgR表达、上调IL-17和IL-22、诱导CD8+ CTL分化参与杀伤病原体；Treg则维持免疫稳态，通过分泌转化生长因子β抑制效应T细胞对食物抗原和肠道共生菌的炎症反应，并诱导B细胞向IgA类别转换。在肠道DC释放的IL-6、IL-23和TNF-α等细胞因子作用下，B细胞发生IgA类别转换，进而生成sIgA。此外，肠道上皮细胞存在FcRn，可结合浆细胞产生的IgG并参与其转运，调控全身免疫应答。

1.3

女性生殖道黏膜免疫机制

女性生殖道按解剖部位可分为上、下生殖道。下生殖道包括阴道和宫颈外口，该部位缺乏黏膜相关淋巴组织，以固有免疫为主，其表面的复层鳞状上皮细胞不仅通过多种模式识别受体识别病原体，还能分泌抗菌肽和黏液构成物理屏障。此外，阴道内富含共生菌群、APC及自然杀伤细胞，共同参与局部免疫监视。上生殖道包括宫颈内口、子宫内膜和输卵管，由单层柱状上皮覆盖，以适应性免疫为主，其黏膜免疫应答类似于呼吸道和肠道，抗体类型则以IgG为主，这些IgG主要经血液循环或FcRn介导转运。

女性生殖道黏膜免疫最显著的特征是受性激素周期性调控。排卵期，雌激素上调细胞因子、趋化因子和pIgR表达；黄体期，孕激素诱导免疫耐受，下调细胞因子、趋化因子及pIgR表达，可能削弱疫苗诱导的Th1或细胞毒性应答。这一动态变化对生殖道疫苗的接种时机和佐剂设计具有重要影响。

2

黏膜疫苗类型

2.1

呼吸道黏膜疫苗

呼吸道黏膜疫苗接种途径以鼻喷和吸入式为主，其递送方式面临诸多挑战。一方面，鼻腔黏膜纤毛的清除作用使疫苗在黏膜表面的停留时间过短，限制了机体对疫苗抗原的识别和摄取；另一方面，黏液中的蛋白酶、水解酶等物质易导致疫苗降解失活。针对上述问题，研究人员采用壳聚糖及其衍生物等阳离子聚合物作为递送载体，通过静电相互作用与带负电的黏蛋白结合，增强疫苗的黏膜黏附性，以延长疫苗在鼻腔的停留时间。

目前，针对流感病毒、百日咳杆菌、新型冠状病毒、呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）等呼吸道病原体，已有多种黏膜疫苗上市或处于不同研发阶段，见表1。其中，流感疫苗多为鼻喷减毒活疫苗，国内外已有多种上市产品。鼻喷百日咳疫苗（如BPZE1）仍处于临床试验阶段。新型冠状病毒黏膜疫苗研发进展较快，其中基于腺病毒载体的Ad5-nCoV（吸入式）、基于流感病毒载体的dNS1-RBD（鼻喷式）等产品已获批上市/紧急使用，另有Ad5-S-Omicron等大量候选产品处于临床试验不同阶段。与流感疫苗不同，新型冠状病毒黏膜疫苗采用了腺病毒载体、流感病毒载体、蛋白亚单位等多种技术路线。鼻喷RSV疫苗多处于临床前研究阶段，目前进度最快的RSV融合蛋白亚单位鼻喷疫苗和减毒活疫苗RSV/6120/ΔNS2/1030s均已完成Ⅰ期临床试验。

2.2

消化道黏膜疫苗

消化道黏膜疫苗接种途径以口服为主，通常以液体或固体胶囊形式给药。该类疫苗需克服消化道天然的物理化学屏障，如胃部强酸环境、消化酶的降解及胆汁盐的乳化作用等；与其他免疫途径相比，口服接种诱导的免疫应答较弱，需要高剂量的抗原才能产生有效免疫应答，有可能导致免疫耐受。为此，目前主要采用肠溶胶囊或pH响应性聚合物包衣等形式实现靶向递送；或利用纳米颗粒递送系统提高疫苗的稳定性，增强其免疫诱导效果。

已上市的消化道黏膜疫苗包括脊髓灰质炎疫苗、轮状病毒疫苗、霍乱疫苗和伤寒疫苗，见表1。脊髓灰质炎疫苗是首个研发成功的口服疫苗，大多为减毒活疫苗。轮状病毒疫苗均为减毒活疫苗，毒株类型涵盖人减毒株及人-牛重配株；我国自主研发的六价口服轮状病毒疫苗也已获批上市。伤寒疫苗多为减毒活疫苗，如口服伤寒减毒活疫苗采用Ty21a伤寒沙门菌株。已上市霍乱疫苗包括灭活全菌体/霍乱毒素B亚单位疫苗等类型。尚未上市的疫苗中，诺如病毒疫苗一般为非复制性腺病毒载体疫苗，现多处于临床研究阶段，如VXA-G1.1-NN；基于壳聚糖纳米颗粒递送的口服多表位幽门螺杆菌疫苗仍在临床前研究阶段。

2.3

生殖道黏膜疫苗

生殖道黏膜表面是HIV、单纯疱疹病毒（herpes simplex virus，HSV）和HPV等性传播病毒感染的主要部位。生殖道黏膜疫苗虽取得一定进展，但其研发仍面临挑战。一是疫苗需在穿透黏液屏障和阴道复层鳞状上皮的同时，避免诱发有害的炎症反应，为此已开发阴道内环、生物黏附凝胶和抗原释放微球等缓释平台；二是需考虑激素周期性波动对免疫应答的影响，以及采用阴道栓剂时，由重力或分泌物冲刷造成的疫苗泄漏。“全身初免-黏膜加强”序贯策略结合优化佐剂或递送系统等措施，是未来的重要研究方向。

目前，全球尚无HIV、HSV疫苗获批。肌内注射HIV疫苗已完成Ⅰ期临床试验，并在人体内成功诱导广谱中和抗体；通过口腔、皮肤微针贴片递送的HIV疫苗则处于动物实验阶段。注射类HPV疫苗目前已广泛应用，针对生殖道黏膜的HPV疫苗仍在研发，其他接种途径如日本研发的鼻喷HPV疫苗亦可有效激活生殖道黏膜免疫。经阴道接种的黏膜疫苗，如HIV腺病毒载体疫苗、HSV-2 0ΔNLS减毒活疫苗、尿路感染疫苗等仍在临床/临床前阶段。

3

黏膜疫苗的免疫原性与有效性评价

全球主要黏膜疫苗的临床试验免疫原性数据见表2。

临床研究结果显示，不同技术路线的呼吸道黏膜疫苗免疫原性差异巨大。鼻喷流感减毒活疫苗在6~59月龄的婴幼儿中保护效力显著优于传统肌内注射流感灭活疫苗。RSV融合蛋白亚单位鼻喷疫苗接种后的鼻腔IgA抗体几何平均滴度较免疫前明显升高；鼻滴减毒活疫苗RSV/6120/ΔNS2/1030s可在血清阴性婴幼儿中100%复制、90%诱导中和抗体，且自然感染后回忆应答明显（1∶1 992 对1∶274），显示其能建立有效免疫记忆。BPZE1可使百日咳丝状血凝素的黏膜sIgA应答增长4.1倍，高于肌内注射破伤风类毒素-减量白喉类毒素-无细胞百日咳疫苗。新型冠状病毒Ad5-S-Omicron鼻喷疫苗诱导的鼻腔sIgA几何平均倍数增长（geometric mean fold rise，GMFR）为51.5；而基于流感病毒载体的新型冠状病毒鼻喷疫苗sIgA阳转率仅为12%~13%。这提示载体类型对突破黏膜屏障的能力具有决定性影响。有研究发现与鼻喷疫苗相比，气溶胶吸入Ad5-nCoV疫苗在鼻腔和痰液中均能诱导出更高的IgA峰值阳转率，表现出优越的黏膜免疫原性，提示腺病毒载体在黏膜免疫接种中的有效性，这可能是因为其与自然感染的途径一致，能够有效跨黏膜屏障转运。吸入式疫苗则呈现出不同的免疫特征。ChAd载体新型冠状病毒疫苗在气道局部诱导出强烈的S1特异性CD8⁺ TRM应答，中位频率达11.2%，表明吸入途径在激活细胞免疫方面可能具备独特优势。此外，与肌内注射mRNA疫苗相比，Ad5-nCoV气溶胶吸入可在接种后4~24周维持更高的鼻腔IgA滴度。

口服疫苗通过共同黏膜免疫系统实现了跨解剖部位的免疫保护。诺如病毒疫苗VXA-G1.1-NN诱导肠道局部IgA应答，粪便中抗体GMFR 4.25，同时可明显提升鼻腔黏膜液（GMFR 4.32）及唾液（GMFR 3.29）中的抗体水平。该疫苗在55~80岁中老年人群中同样能诱导黏膜归巢B细胞（α4β7⁺）及活化T细胞应答，显示出口服途径对免疫功能衰退人群的适应性。霍乱疫苗亦可表达归巢记忆B细胞。新型口服脊髓灰质炎病毒疫苗2型接种后的粪便病毒排毒率（免疫后7 d时 44.4%）间接证实黏膜免疫屏障的建立。口服轮状病毒疫苗（人-牛重配株）免疫后22周血清IgA阳转率达74%，明显高于轮状病毒减毒活疫苗，国内的六价轮状病毒疫苗诱导的各型血清IgA阳转率亦能达到77.10%~83.97%。口服伤寒疫苗可直接诱导肠道CD8+TRM，产生IFN-γ、IL-17A和TNF-α。

生殖道疫苗至今未能取得突破性进展，经阴道接种的HIV、HSV、HPV黏膜疫苗等均处于早期临床研究或临床前研究阶段。虽然动物实验表明，通过对腺病毒载体进行特殊包被，阴道接种HIV疫苗诱导了强烈的全身和黏膜免疫应答，如阴道接种HSV-2 0ΔNLS减毒活疫苗后可诱导产生IgG以及CD8+ T细胞，但尿路感染疫苗的Ⅱ期临床试验显示，阴道栓剂接种后尿液及阴道液特异性抗体水平与安慰剂组差异无统计学意义。效果不佳可能源于生殖道黏膜独特的激素周期性调控。为解决这一难题，研究人员利用共同黏膜免疫系统探索替代途径。通过口腔、皮肤微针贴片递送的HIV疫苗目前处于动物实验阶段，可诱导产生唾液sIgA及生殖道CD8+ TRM；日本研发的鼻喷HPV疫苗亦可有效激活生殖道黏膜免疫。

4

黏膜疫苗应用的安全性挑战

尽管黏膜疫苗在诱导局部免疫应答方面展现出独特优势，但其潜在风险亦不容忽视。

首先，减毒活疫苗面临复制水平的精准控制难题，其关键在于减毒程度与免疫原性之间的平衡。若复制水平过高，可能引发鼻溢加重、局部感染乃至病毒播散的潜在风险；反之，若复制不足，则可能导致免疫原性下降，难以有效诱导保护性免疫应答。此外，鼻喷减毒活疫苗保留了有限的病毒复制能力，理论上存在经嗅神经通路侵入中枢神经系统的风险，尽管已上市流感减毒活疫苗的真实世界数据显示总体安全性良好，未发现明确的嗜神经事件，但后续相关疫苗研发中仍应予以关注。

其次，黏膜免疫系统处于炎症反应与免疫耐受的精细平衡中，疫苗设计不当可能打破这一平衡。无论何种技术平台，均需防范过度免疫激活引发的病理损伤，包括佐剂诱导的局部炎症反应、Th17型免疫病理及菌群稳态破坏。研究显示，某些黏膜佐剂在动物模型中曾引起局部中性粒细胞浸润、绒毛萎缩或上皮细胞过度增生，接种黏膜疫苗亦有可能破坏免疫耐受，诱发Th17型炎症反应。

最后，疫苗诱导的高水平免疫应答可能干扰人体菌群构成及功能。大量sIgA的非特异性作用及其对定植抗性的削弱，可导致菌群失调，为艰难梭菌等条件致病菌的扩张创造机会。菌群多样性与稳定性的下降，不仅影响局部代谢和屏障功能，还可能通过肠-肺轴、肠-脑轴对远端器官（如肺部、中枢神经系统）产生系统性影响，进而波及整体免疫状态。

这些风险提示，开发黏膜疫苗时需综合考虑免疫原性与安全性，并建立相应的风险管理策略。

5

总结与展望

综上，黏膜疫苗通过诱导局部sIgA和TRM，在阻断病原体入侵方面具有独特优势，是传统注射疫苗的重要补充。当前，鼻喷、口服、吸入式等黏膜疫苗虽已取得一定临床进展，但仍面临安全性、保护效果、佐剂递送效率不足及标准化评价体系缺失等挑战。未来的研究应着力提升安全性和免疫效果，重点突破以下方面：

（1）提升安全性：针对上述免疫病理、菌群失调等风险，应采取差异化的安全性策略。对于免疫缺陷人群或者高风险人群，可优先考虑亚单位疫苗、病毒载体疫苗或 mRNA 疫苗等非复制型技术平台，从根源上规避病毒播散与神经侵入风险；对鼻喷减毒活疫苗等保留复制能力的平台，建立系统安全性评价标准；利用已上市黏膜疫苗的真实世界数据，完善上市后风险管控体系，建立覆盖全生命周期的主动监测网络。

（2）强化保护效果：黏膜疫苗的局限性在于其诱导的体液免疫应答水平较低、系统性免疫记忆较弱。推荐采用“全身初免-黏膜加强”序贯策略，即先肌内注射诱导全身记忆，再经鼻喷、口服等途径加强黏膜免疫。该策略可同时激活体液免疫、黏膜免疫和细胞免疫，提升保护谱系（从血清到黏膜表面）和持续时间，尤其对呼吸道黏膜入侵的病原体具有交叉保护优势。

（3）突破生殖道黏膜壁垒：针对生殖道黏膜的特殊环境问题，如阴道特有的复层鳞状上皮屏障、黏液清除机制以及传统栓剂泄漏等，需突破传统栓剂剂型，开发新型递送策略。可联合佐剂优化或精准递送系统（如生物黏附性纳米颗粒）等技术；利用共同黏膜免疫系统的原理，通过口腔黏膜或皮肤微针等替代途径激活生殖道免疫，实现对生殖道的间接保护。

（4）创新佐剂与递送系统：Toll样受体激动剂、壳聚糖纳米颗粒及脂质体递送系统等新型佐剂/递送系统，能有效克服呼吸道黏液纤毛清除及消化道、生殖道的极端pH环境，实现抗原的靶向递送与高效摄取，显著提升黏膜疫苗的保护效果。

（5）建立标准化评价体系：当前黏膜疫苗评价缺乏统一标准，导致难以直接比较不同技术路线疫苗的免疫原性。目前亟需开展系统性的比较研究，将抗原特异性sIgA功能、组织驻留记忆T/B细胞频率、黏膜冲洗液中的抗体中和能力等纳入评价，建立并验证黏膜免疫特有的保护性相关因素指标体系，为不同技术路线的黏膜疫苗提供科学、可比的有效性证据，加速优秀候选疫苗的临床转化。

我国在黏膜疫苗产业化方面已取得重要突破。目前已有鼻喷流感减毒活疫苗和吸入式腺病毒载体新型冠状病毒疫苗上市，这些产品的真实世界随访数据将为验证黏膜免疫保护力相关因素提供可能。未来应进一步将这些临床观察数据与单细胞测序、空间转录组及B细胞受体/T细胞受体免疫组库分析相结合，揭示黏膜免疫应答的个体差异机制，将有助于推动下一代黏膜疫苗的临床转化，并为全球传染病防控提供数据参考。

作者

梁贞贞 王维婷 王俐君 胡晓松 邢博 王慎玉

浙江省疾病预防控制中心免疫规划所，杭州 310051

通信作者：王慎玉

引用本文：梁贞贞, 王维婷, 王俐君, 等. 黏膜免疫机制及疫苗研发策略研究进展 [J]. 国际生物制品学杂志, 2026, 49(5): 337-346.

DOI:10.3760/cma.j.cn311962-20260315-00015

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来源| 国际生物制品学杂志

校稿| Alice编审| Hide / Blue sea

编辑 设计| Leon