硅基纳米佐剂超越传统油佐剂：鸡传染性鼻炎黏膜疫苗的免疫增强与攻毒保护效力研究

背景知识

鸡传染性鼻炎（Infectious coryza, IC）是由副鸡嗜血杆菌引起的一种急性上呼吸道传染病，可导致肉鸡淘汰率升高及蛋鸡产蛋量下降10%–40%以上。由于自然感染不产生稳固免疫，且母源抗体无法经卵垂直传递，疫苗接种成为防控该病的关键手段。目前商用疫苗多为甲醛灭活菌苗配合铝胶或矿物油佐剂，但存在免疫原性不稳定、局部副反应及注射应激等问题。纳米技术因其高比表面积、可调控的表面性质及优异的抗原递送能力，被视为新一代疫苗佐剂与递送系统的理想平台。其中，壳聚糖衍生物具有黏膜黏附与免疫调节特性，SiO₂纳米颗粒可通过硅醇基团实现抗原高效吸附与缓释，Fe₃O₄纳米颗粒则兼具磁靶向与免疫激活潜力。然而，上述纳米材料在副鸡嗜血杆菌疫苗中的系统比较研究尚属不足，其作为灭活剂与佐剂的协同效应有待阐明。

研究方法

本研究系统评估了四种纳米材料——油酸壳聚糖（O.CS）、二氧化硅（SiO₂）、二氧化硅-壳聚糖复合物（SiO₂-CS）及四氧化三铁（Fe₃O₄）——作为鸡传染性鼻炎灭活疫苗佐剂与灭活剂的双重功能。研究首先采用化学共沉淀法、溶胶-凝胶法及乳化交联法分别制备Fe₃O₄、SiO₂、O.CS及SiO₂-CS纳米颗粒，并通过动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）及Zeta电位测定对其粒径分布、形貌、晶型及胶体稳定性进行全面表征。随后，以副鸡嗜血杆菌参考株（W株、0222株、Modesto株）及地方分离株为对象，测定四种纳米材料的最小抑菌浓度（MIC），并结合吖啶橙/碘化丙啶（AO/PI）活/死染色与激光共聚焦显微镜评估其杀菌动力学。在疫苗制备环节，将A、B、C三价菌液分别与400 μg/ml纳米材料等体积混合作为实验疫苗（滴鼻免疫），以0.25%甲醛灭活后配伍液体石蜡的商用疫苗为阳性对照。实验选用180只4周龄SPF鸡，随机分为6组（4个纳米疫苗组、1个阳性对照组、1个阴性对照组），首免后3周加强免疫，定期采血。通过血凝抑制（HI）试验检测血清抗体效价，并于42日龄经鼻窦途径进行同源攻毒，记录临床症状并计算保护率。所有疫苗均通过无菌检验与安全性检验（双倍剂量接种14日观察）。

研究结果

纳米表征结果显示，SiO₂粒径约15.64 nm且分布均一（PDI=0.38），Fe₃O₄呈球形与方形混合形貌，粒径约59.01 nm；O.CS与SiO₂-CS因聚合物包裹而粒径较大（约1 μm级），Zeta电位证实SiO₂（−45.8 mV）与SiO₂-CS（+47.5 mV）具有良好胶体稳定性。抗菌活性试验表明，400 μg/ml为各纳米材料完全灭活副鸡嗜血杆菌的最低有效浓度；Fe₃O₄杀菌活性最强，可将细菌存活率降至约5%，而SiO₂与O.CS在高浓度下亦表现出显著抑菌效应。免疫学评价显示，首免后第3周及加强免疫后各时间点，SiO₂佐剂组HI抗体几何平均滴度显著高于阳性对照组（p < 0.0001），Fe₃O₄与SiO₂-CS组在多数时间点亦显著优于对照，O.CS组虽有一定提升但统计学差异不显著。攻毒试验中，SiO₂疫苗对血清型A和C的保护率达90%，对B型为80%；SiO₂-CS对三型均为80%；Fe₃O₄与O.CS保护率为60%–70%；传统油佐剂疫苗保护率为60%–70%；未免疫对照组保护率为0%。所有免疫组鸡只无死亡，且未出现局部或全身不良反应。

图1 透射电子显微镜（TEM）图像展示制备的纳米颗粒

结论与意义

本研究证实，SiO₂、SiO₂-CS、O.CS及Fe₃O₄纳米材料不仅可作为副鸡嗜血杆菌的有效灭活剂，更具备作为黏膜疫苗佐剂的显著优势。其中，SiO₂纳米颗粒凭借高比表面积、优异的抗原吸附能力及免疫刺激活性，在三价IC疫苗中展现出超越传统液体石蜡佐剂的免疫增强效应，攻毒保护率亦达到最优水平。该成果为禽用纳米疫苗的配方优化提供了直接实验证据，尤其支持了滴鼻等无创黏膜免疫路径的可行性，有助于降低注射应激并提升动物福利。然而，O.CS佐剂效果相对有限，Fe₃O₄虽抗菌活性突出但佐剂效能略逊于SiO₂，提示纳米材料的理化性质（表面电荷、粒径、形貌）与其免疫调节功能之间存在复杂的构效关系。未来研究需进一步解析纳米-抗原-免疫细胞互作的分子机制，开展细胞免疫评价及长期稳定性考察，以推动该类纳米佐剂从实验室走向产业化应用。

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参考来源：Ibrahim, H.M., Mohammed, G.M., Sayed, R.H. et al. Polymeric nanocarrier-based adjuvants to enhance a locally produced mucosal coryza vaccine in chicken. Sci Rep 14, 15262 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-65267-y.