背景知识

禽大肠杆菌病（APEC）是由禽致病性大肠杆菌引发的最常见细菌性疫病之一，可导致败血症、心包炎、肝周炎等全身性感染，对全球家禽养殖业造成重大经济损失。传统疫苗（如全菌灭活疫苗或亚单位疫苗）在诱导细胞免疫及持久保护力方面存在局限，且常需依赖佐剂增强免疫原性。近年来，纳米材料因其独特的尺寸效应、巨大比表面积及良好生物相容性，被广泛应用于疫苗设计，既可作为抗原递送载体实现靶向递送，又可作为佐剂激活免疫系统。壳聚糖（CS）作为一种天然阳离子多糖，具有生物可降解性、低毒性和黏膜黏附特性，而抗坏血酸修饰的壳聚糖（AsCS）则兼具免疫调节活性，二者均为构建纳米疫苗的理想材料。

研究方法

研究选用大肠杆菌O1和O78血清型，通过差速离心与超声破碎分离外膜蛋白（OMP）和鞭毛抗原（FA），并以1:1比例混合制备O-F抗原。采用离子交联法，分别以2%乙酸和0.4%抗坏血酸溶解壳聚糖，加入三聚磷酸钠（TPP）制备CS和AsCS纳米颗粒；随后通过物理吸附（loading）或共沉淀包封（encapsulation）将O-F抗原与纳米颗粒结合，制备四种纳米疫苗（CSL-O-F、CSC-O-F、AsCSL-O-F、AsCSC-O-F），并另设添加Montanide ISA 71R VG佐剂的组别。利用动态光散射（DLS）、Zeta电位、扫描透射电镜（STEM/SEM）及傅里叶变换红外光谱（FTIR）对纳米颗粒的粒径、形貌、稳定性及抗原结合进行表征。动物实验采用200只3周龄SPF鸡，分为传统疫苗组、纳米疫苗组（无佐剂）、纳米疫苗+佐剂组及阴性对照组，分别于免疫前、免疫后2周（每周采样）及攻毒后2周采血，通过ELISA和微量凝集试验（MAT）检测抗体水平；免疫后2周以107 CFU强毒株进行腿部肌肉攻毒，观察7天记录死亡率与保护率，所有数据采用Student's ANOVA进行统计学分析。

研究结果

纳米颗粒表征结果显示，AsCS NPs平均粒径约63 nm，CS NPs约194 nm，负载或包封抗原后粒径增大（81–724 nm），所有制剂Zeta电位绝对值均大于30 mV，表明胶体稳定性良好；FTIR光谱证实抗原与壳聚糖之间通过氢键及酰胺键发生有效结合，抗原负载效率依次为CS-loaded（86%）> CS-capsulated（63%）> AsCS-loaded（55%）> AsCS-capsulated（48%）。免疫学检测表明，ELISA抗体滴度在免疫后第2周开始显著升高，攻毒后再次激增；其中CSC-O-F和CSL-O-F组在O1和O78攻毒后均产生最高抗体滴度（O1攻毒后分别达26,189和25,378），显著优于传统O-F疫苗组（11,447）。MAT结果与ELISA一致，CSC-O-F和CSL-O-F组攻毒后凝集抗体滴度达160，而传统疫苗组仅为80。攻毒保护试验显示，CSC-O-F和CSL-O-F对O1和O78的保护率均高达90%，显著优于传统疫苗（O1: 80%; O78: 70%）及阴性对照（O1: 40%; O78: 30%）。值得注意的是，添加Montanide ISA 71R VG佐剂并未提升纳米疫苗的保护效果，反而略低于无佐剂纳米疫苗组，提示壳聚糖纳米颗粒本身已具备足够的免疫刺激能力。此外，AsCS纳米疫苗在免疫早期（第1周）即可诱导较高抗体水平，表明其具有快速启动免疫应答的优势。

表1 鸡接种疫苗的试验结果表

结论与意义

本研究证实，壳聚糖及抗坏血酸壳聚糖纳米颗粒能够作为高效的抗原递送系统与自佐剂，显著增强鸡对禽致病性大肠杆菌的体液免疫应答及攻毒保护效力。其中，壳聚糖包封型纳米疫苗（CSC-O-F）在诱导高滴度抗体和提供90%攻毒保护率方面表现最优，被推荐为防控禽大肠杆菌病的强效候选疫苗；而抗坏血酸壳聚糖纳米疫苗则适用于需要快速启动免疫应答的紧急感染场景。尤为重要的是，壳聚糖纳米疫苗无需额外添加传统佐剂即可达到优于常规疫苗的保护效果，这不仅简化了疫苗配方，也降低了佐剂相关副作用风险。该研究为开发基于多糖纳米材料的禽用细菌亚单位疫苗提供了实验依据，对减少家禽养殖中抗生素使用及保障食品安全具有积极的应用前景。

参考来源：Mohammed GM, ElZorkany HE, Farroh KY, Abd El-Aziz WR, Elshoky HA. Potential improvement of the immune response of chickens against E. coli vaccine by using two forms of chitosan nanoparticles. Int J Biol Macromol. 2021;167:395-404. doi:10.1016/j.ijbiomac.2020.11.200.