牙周炎疫苗黏膜给药途径的研究进展

蒲芋枋 综述 白国辉 审校

1.遵义医科大学，贵州 遵义 563000；2.遵义医科大学附属口腔医院，贵州 遵义 563100

牙周炎(periodontitis，PD)是一种因细菌感染引起的慢性炎症性疾病，一开始炎症局限在牙龈上皮可无明显症状，当疾病继续发展，炎症扩散至深部牙周组织及牙槽骨，引起牙槽骨的破坏，牙周袋的形成，导致牙周炎的产生[1]。牙周炎与多种全身性疾病有关，包括心血管疾病、2 型糖尿病(diabetes mellitus)、呼吸系统疾病、慢性肾病等[2]。现今牙周炎的治疗方式主要为菌斑的控制，包括龈上洁治、龈下刮治及根面平整来清除牙菌斑和牙石[3]。有研究指出，虽然牙菌斑会导致牙周炎，但宿主特异性炎症反应是疾病进展的主要驱动因素；因此，牙周炎的治疗目标应该是改变宿主的炎症反应及减少细菌触发因素，接种疫苗可能为牙周炎预防和治疗提供强有力的方法[1]，但疫苗的低免疫原性是限制牙周炎疫苗使用的最大阻碍。有研究指出，通过黏膜给药途径能有效地引发免疫反应[4-5]。口腔中的局部抗体反应依赖于全身免疫(immunoglobulin G，IgG)和黏膜免疫分泌型黏膜球蛋白(secretory immunoglobulin A，SIgA)[6]。因此，有效的牙周炎疫苗应在口腔中同时诱导全身免疫和黏膜免疫，传统的疫苗接种很难做到这一点，但黏膜给药途径可诱导黏膜和全身的免疫反应，更能够成功地同时诱导口腔中的IgG 抗体和唾液SIgA[7-9]。黏膜给药途径通过不同的黏膜给药部位可分为口服给药途径、鼻腔给药途径、舌下给药途径、颊黏膜给药途径和眼内给药途径。本文就牙周炎黏膜给药途径作一全面综述，以期为牙周炎疫苗的投入使用有所启示。

1 口服给药途径

口服给药途径是在所有给药途径中最容易被患者接受的一种给药方式，同时也是最为方便的一种[9]，它避免了针头的使用，减少了对专业人员的需求，同时也避免针头处理带来的感染可能。口服给药有效地促进了全世界传染性疾病的控制，例如脊髓灰质炎的疫苗就使用了口服给药途径，极大地控制了脊髓灰质炎的发病与传播[10]。口服途径可以使抗原特异性淋巴细胞扩散到其他的黏膜组织，比如胃肠道黏膜、口腔黏膜和呼吸道黏膜等。但与此同时，口服疫苗必须克服胃酸、消化酶、上皮屏障和相关免疫反应才能成功地将抗原递送到肠道相关淋巴组织(gut-associated lymphoid tissue)从而产生保护作用[11]。在预防牙周炎方面，Ogawa等[12]研究发现，在针对牙周炎致病病原体进行疫苗的口服给药以后，小鼠的血清和唾液中存在显著的抗原抗体特异性反应，与皮下注射和肌肉注射相比，口服途径给药进行疫苗接种在黏膜相关组织中的唾液SIgA和抗体水平更高。在一项研究中，Sharma等[13]让大鼠口服共生戈登链球菌疫苗，发现诱导了抗原特异性血清IgG、血清IgA 和唾液SIgA。在另一项研究中，小鼠口服牙龈卟啉单胞菌的40-kDa 外膜蛋白，以CpG 寡核苷酸(CpG oligodeoxynucleotides，CpG ODN)或霍乱毒素(cholera Toxin，CT)作为佐剂，与对照组相比，CpG ODN 组与CT 组口服后产生较强的血清IgG和IgA，另外在CpG ODN组产生强烈的唾液SIgA反应。更为重要的是，虽然两组与对照组相比，均观察到牙槽骨的吸收减少，但在CpG ODN 组牙槽骨的吸收是最少的[14]。

总的来说，口服给药途径是一个可行的诱导免疫的途径，许多研究也已经证实了这一点，但最近的研究已经将给药途径的重心偏向于鼻腔给药和舌下给药，因为相关研究表明，通过这两种给药途径会产生更高水平的唾液SIgA[15]。

2 鼻腔给药途径

鼻腔给药途径与口服给药途径一样，也是一种方便、安全、无创的给药途径[16]，鼻腔给药途径具有吸收能力强，避免首次代谢过快，它避免了肠肝循环和肝脏代谢的部分首过反应以及胃酸对摄入分子的立即破坏并且起效快，有效规避血脑屏障等优点[17-18]，但鼻腔给药途径也存在相应的限制，例如黏液纤毛清除(mucociliary clearance，MCC)，MCC 每15～21 min 更新黏膜的黏液层衬里将限制经鼻腔黏膜吸收[19]。除此之外，疫苗中的成分在嗅觉神经或者面神经中存在逆行神经元迁移的风险，从而导致神经系统方面的问题，例如短暂的面神经麻痹[20]。但这一点风险可以通过佐剂的作用来规避，Du 等[21]研究发现，用牙龈卟啉单胞菌血凝素A的25-KDA抗原区域和大肠杆菌麦芽糖结合蛋白(25k-hagA-MBP)进行鼻腔免疫后牙槽骨吸收明显减少，并且与霍乱毒素(CT)一起鼻腔给药后检测两者在神经元组织中的存在时，25k-hagA-MBP 在神经元中存在的量明显低于CT的量。

在一项研究中，Namikoshi等[22]通过使用牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis)的40-kDa外膜蛋白(40-kDa-OMP)作为牙周炎疫苗，CT 作为佐剂，通过小鼠鼻腔给药发现在小鼠的唾液和鼻腔分泌物中显示出显著的40k-OMP特异性血清IgG1、IgG2b和IgA 以及黏膜IgA 抗体(Abs)。在另一项研究中，Momoi 等[23]通过40-kDa-OMP 与佐剂(mCTA/LTB)通过鼻腔给药途径给药，研究发现，使用40-kDa-OMP与mCTA/LTB免疫可诱导血清中高水平的40-kDa-OMP IgG 和IgA 抗体(Abs)，并在唾液中引发显著的IgA 抗40-kDa-OMP Ab反应，并且这些抗体反应在进行疫苗接种后至少维持1年。因此，众多实验数据表明，鼻腔免疫途径在牙周炎疫苗免疫途径中是一个比较理想的给药方式，可作为一个牙周炎疫苗给药方式的重点研究方向。

3 舌下给药途径

舌下给药是将药物通过黏膜表面输送到血流中的一种方便的方法，它避免了肠肝循环和肝脏代谢的部分首过反应以及胃酸对摄入分子的立即破坏，此外，最近的研究表明，在疫苗的黏膜给药途径中，舌下途径已被证明能够诱导强有力的全身和黏膜免疫反应[24-25]。但迄今为止，除了用于复发性尿路感染的舌下疫苗Uromune之外，还没有其他可用于舌下给药途径的疫苗[25]。Zhang 等[26]研究发现，通过P.gingivalis(40k-OMP)的40 kDa 外膜蛋白与编码Flt3 配体(plasmid encoding Flt3 ligand，pFL)的cDNA 载体质粒舌下给药可引发保护性免疫反应。用40k-OMP 加pFL 对小鼠进行舌下免疫诱导显著的血清IgG和IgA以及唾液IgA，抗体反应与40k-OMP 加CT 作为佐剂所诱导的反应相当。当评估40k-OMP特异性IgG的亚类时，用40k-OMP 加pFL 进行舌下免疫诱导IgG1 和IgG2a抗体反应。pFL 的舌下递送导致下颌下腺中的FL 表达，但在其他口腔组织中没有。此外，唾液和血清中FL 蛋白显著增加，下颌下淋巴结和脾脏中CD11c+CD11b+和CD11c+CD8a+树突状细胞中CD80、CD86 和CD40 分子表达上调的频率显著增加。此外，给予舌下40k-OMP加pFL的小鼠表现出由口腔感染P.gingivalis引起的牙槽骨丢失显著减少。这些发现表明，40k-OMP 与pFL 的舌下给药可作为一种有效且安全的黏膜疫苗来对抗口腔P.gingivalis感染，并且可能是预防慢性牙周炎的有效工具。虽然舌下给药疫苗的研究受到了口内唾液流动的影响、舌头和咀嚼肌持续运动的阻碍，但疫苗递送技术的快速发展为这些未充分利用的疫苗接种途径提供了一个可行并且有前景的方向[18]。

4 颊黏膜、眼内给药途径

到目前为止，暂时还没有相关的颊黏膜给药途径研究用来评估牙周炎疫苗接种效果。但在一项研究中使用了眼内给药方式。Shimizu 等[27]评估了狗眼内给药后的抗体反应，用P.gingivalis细胞裂解物掺入到pH 敏感的融合聚合物修饰的脂质体。这种眼内疫苗接种诱导了高滴度的抗原特异性血清IgG、血清IgA和唾液SIgA。此外，这些唾液抗体抑制对P.gingivalis对HeLa 细胞的黏附，减少与协同口腔病原体内氏放线菌的共聚集，并保护人口腔上皮细胞免受P.gingivalis诱导的细胞毒性。

5 总结

除传统的疫苗种类外，基于大量对基因疫苗的研究表明，基因疫苗可能会在口腔中诱导针对牙周炎的保护性免疫反应[28-30]。基因疫苗具有使用低剂量、快速大规模生产等优点。DNA 疫苗在经过安全性等临床试验后，对外源DNA 整合到基因组的担忧已经基本消失，RNA 疫苗整合到宿主基因组中的可能性更小[31]，在之前的研究中，由于DNA 具有较高的固有稳定性和较低的先天免疫原性，DNA疫苗受到更多的关注与研究，然而由于向大型动物的翻译成功率并不高，信使RNA(messenger RNA，mRNA)疫苗正逐渐成为研究重点。在修饰核苷的使用下，mRNA的稳定性得到了明显的提高同时降低了先天免疫原性[31]。另外脂质纳米颗粒等mRNA 疫苗递送系统取得了实质性的进展，进一步提高了疫苗的稳定性和有效性[32]。除此之外。针对COVID-19 的mRNA 疫苗被证明是安全并且高效的[33]。因此，基因疫苗的快速发展使得牙周炎的防治更加成为可能，未来基因疫苗通过黏膜免疫途径发挥更加高效的可能也大大增加。

疫苗通过黏膜接种方式因其明显优于全身性疫苗接种的优势，以及其日益有效的疫苗制剂和递送系统而逐渐引起人们的重点关注[34]。这些进步可能会加速牙周炎疫苗的开发，这可能大部分原因归于在口腔中诱导黏膜和全身免疫的黏膜接种方法[7]。在过去的十年中，舌下给药途径接种引起了研究人员极大的兴趣，许多临床前和临床试验证明了这一点[25，35-36]。这可能会激发对牙周炎舌下免疫途径接种疫苗的深入研究，但无论是哪种一种黏膜免疫方式，从现有的研究数据来说，牙周炎疫苗黏膜免疫途径接种疫苗是可行的，并且也具有极大的潜力。此外，基因疫苗的快速发展也为防治牙周炎提供了更大的可能。