国家糖工程技术研究中心徐莉副教授、肖敏教授和刘长城副教授合作，成功通过计算辅助策略设计了一种多糖衍生物作为肿瘤纳米疫苗的佐剂，以激发高效的抗原特异性抗肿瘤免疫反应。大量的实验结果验证了这一设计策略的可靠性和有效性。相关成果以“In Silico-Guided Discovery of Polysaccharide Derivatives as Adjuvants in Nanoparticle Vaccines for Cancer Immunotherapy”为题，近日在线发表于ACS Nano杂志（IF15.8, https://doi.org/10.1021/acsnano.4c08898）。

    佐剂在疫苗中扮演关键角色，可通过增加抗原的免疫原性，提升免疫反应的强度、广度、质量和持久性。肿瘤疫苗是一种极具前景的肿瘤免疫疗法，但为其量身定制的佐剂的开发却远远落后于传染病疫苗，极大限制了肿瘤疫苗的发展。随着计算科学的发展，药效团建模（Pharmacophore modeling）、分子对接（Molecular docking）和分子动力学模拟（Molecular dynamic simulation）等计算机辅助方法被应用于包括有机小分子、适配体、多肽和化学修饰纳米材料等系列创新型佐剂的开发中。但是，由于大分子的结构复杂性和多态性，以及缺乏可与小分子佐剂相媲美的数据库，使大分子佐剂开发面临着巨大的挑战，且有关计算机辅助设计的报道十分有限。天然多糖是一类自然界中广泛存在的生物大分子，其通常具有免疫调节活性、生物相容性和低毒性，使其成为具有吸引力的候选佐剂。本研究开发了一种新型天然多糖佐剂的设计方法，利用计算机辅助方法对多糖的化学修饰进行理性指导，从而获得了具有优异人类Toll样受体4（hTLR4）激动剂活性的新型多糖佐剂，满足了肿瘤疫苗的需求。

图1. 计算机辅助的理性设计对多糖化学修饰作为肿瘤疫苗佐剂的示意图

    本研究选择人类hTLR4/髓细胞分化因子2（MD2）以及菊粉多糖作为模型受体和配体，构建了一个包含34种菊粉衍生物的库 （图1），对这些衍生物进行了对接和排序，通过动力学模拟来评估其结合模式，筛选出了一种优化的衍生物--苯甲酰化菊粉（InBz）。通过实验验证，InBz能够激活抗原递呈细胞的成熟、促进抗原特异性摄取、交叉递呈以及淋巴结归巢，在增强抗原特异性细胞杀伤作用和抗体滴度等反应方面表现出显著效果，并有效缓解了小鼠模型中的肿瘤生长。对其作用机理研究发现InBz有效激活抗原递呈细胞中TLR4下游的MyD88依赖和TRIF依赖两条信号通路，进而增加下游刺激性细胞因子表达，进一步验证了其TLR4激动剂的特性。本研究还评估了其它代表性衍生物（乙酰化和氯乙酰化菊粉），其佐剂效果与计算预测一致，验证了该策略的可靠性。

    本研究成功开发了一种基于计算策略的多糖衍生物佐剂设计方法，并获得了一种苯甲酰菊粉衍生物InBz。InBz作为一种新型多糖基佐剂展示了显著的免疫增强效果，为肿瘤疫苗和其他免疫相关治疗应用提供了新的材料。这一策略的成功为多糖及其衍生物在免疫调节领域的发展提供了有力支持，也为未来生物大分子疫苗佐剂领域带来了新的思路和可能。

    国家糖工程技术研究中心博士研究生崔錾为第一作者，徐莉副教授、肖敏教授和刘长城副教授为论文通讯作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。本研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2103100）、国家自然科学基金（22277066）及山东省自然科学基金（ZR2021MC104）的资助。本研究获得了山东大学国家糖工程技术研究中心蒋绪恺副研究员、李福川教授、吴选俊教授、王文爽研究员等同事的热心支持和帮助。