2026年2月19日，美国斯坦福大学 Bali Pulendran 教授研究团队，在国际顶级期刊Science在线发表题为：Mucosal vaccination in mice provides protection from diverse respiratory threats的研究论文。研究人员开发了一款鼻喷的广谱疫苗，在小鼠实验中成功抵御了包括SARS-CoV-2等多种呼吸道病毒、细菌甚至过敏原，提供长达3个月的广泛保护。该研究改变了自十八世纪牛痘疫苗以来已延续200多年的“一病一苗”针对特定病原体的抗原进行疫苗开发的模式。一项兼具科研突破性和临床转化性双重价值的工作，为呼吸道疾病防控带来全新革命性可能。
该研究团队开发出一种名为GLA-3M-052-LS+OVA的鼻内喷雾疫苗。该疫苗不仅能同时防御多种完全不同的呼吸道病毒和细菌感染，还能减轻过敏性哮喘的症状，且保护效果持久。更重要的是，其保护作用并非依赖于针对特定病原体的抗体，而是通过“教育”和“重塑”肺部原位的免疫细胞，主要是肺泡巨噬细胞（AM）来实现的。
其机制核心在于“双重激活”的策略：它结合了TLR4 激动剂（Glucopyranosyl Lipid A：GLA，吡喃葡糖苷脂质 A）和TLR7/8 激动剂（3M-052-LS），并搭配了一种通用模型抗原：卵清蛋白（ovalbumin：OVA） 。疫苗中的TLR4 激动剂GLA 和TLR7/8 激动剂3M-052-LS，能直接刺激肺部先天免疫细胞；另一方面，添加的无害通用抗原卵清蛋白（OVA）会将T细胞招募到肺部，这些抗原特异性 CD4⁺和 CD8⁺记忆T细胞会持续向先天免疫细胞发送信号，让本应仅活化几天的先天免疫维持数月激活状态。这种“整合器官免疫”（integrated organ immunity）模式中，肺泡巨噬细胞（AMs）是关键执行者。GLA-3M-052-LS+OVA疫苗会通过表观遗传重塑改造肺泡巨噬细胞，使其抗原呈递能力、吞噬能力显著增强，能快速清除病毒、细菌及受损细胞，同时限制过度炎症反应，避免细胞因子风暴。该全新疫苗不含病原体任何组分，而是模拟呼吸道感染期间免疫细胞的交流信号，通过整合先天免疫和适应性免疫，形成持续的广谱免疫反馈回路。
传统疫苗遵循 “抗原特异性”原则，需模拟病原体的独特成分（如新冠病毒的刺突蛋白），让免疫系统提前训练和记忆以识别目标，但面对病原体突变或新病原体出现时极易失效，这就是流感疫苗年年打的核心原因。这一模式是自十八世纪牛痘疫苗以来已延续200多年。病毒会不断进化和变异，使得疫苗必须随之更新。在医学领域，一种能够对抗多种病原体的“广谱疫苗”长期以来被视为难以企及的梦想。
研究者首先评估了鼻内疫苗的效果，该疫苗结合了TLR4激动剂GLA和TLR7/8激动剂3M-052-LS与卵清蛋白（OVA），小鼠接受了四次鼻内接种，并随着时间评估对多种呼吸道病原体的抵抗力（Fig.1A）。在接种疫苗后第21天、第42天和第3个月用SARS-CoV-2进行挑战时，接种疫苗的小鼠相比未接种对照组表现出明显减少的体重减轻（Fig.1B）。免疫组化、斑块实验和qPCR分析证实，接种疫苗的小鼠SARS-CoV-2病毒载量和亚基因组RNA水平降低（图S1A和B）。感染后第3天对肺组织进行的组织学分析显示，接种疫苗的小鼠炎症和肺泡损伤减少（Fig.1C）。
进一步研究显示，接种疫苗可提供针对SARS-CoV MA15和SCHO14 MA15感染的交叉保护，证据包括病毒滴度降低、体重保持以及肺损伤减轻。三至四次免疫足以提供这种保护效果。经流感病毒PR8预免疫并随后接种含PR8抗原的核蛋白NP（GLA-3M-052-LS NP）的小鼠，在第28天和接种后2个月挑战时表现出SARS-CoV-2病毒载量降低和体重减轻减少，这表明GLA-3M-052-LS可以利用预先存在的抗原特异记忆细胞提供异型保护。此外，接种疫苗的小鼠对金黄色葡萄球菌和鲍曼不动杆菌的细菌感染表现出持久保护，接种后至少3个月肺部细菌载量明显降低（Fig.1D–F）。为了确定鼻内给药的GLA-3M-052-LS OVA是否也能对通过非呼吸途径获得的感染提供保护，研究者评估了鼻内接种是否可保护小鼠免受静脉注射金黄色葡萄球菌感染。接种疫苗的小鼠与未接种小鼠相比，肾脏细菌载量较低，体重减轻减少。
最后，研究者评估了GLA-3M-052-LS OVA黏膜疫苗在免疫有经验组织中的有效性，即接种了四个月前感染过PR8的小鼠。接种疫苗的非初次小鼠与未接种对照组相比肺部细菌载量降低，与接种疫苗的初次小鼠降低程度相似。这些结果表明，鼻内GLA-3M-052-LS OVA在初次和有抗原经验的宿主体内均可诱导抗原无关联的广泛保护性免疫。
Fig.1 鼻内GLA-3M-052-LS OVA疫苗接种可对SARS-CoV-2、PR8流感病毒、金黄色葡萄球菌以及肺炎链球菌感染提供强大且持久的保护
为了阐明支撑持久、非特异性保护的细胞机制，研究人员对GLA-3M-052-LS OVA免疫引发的先天性和适应性反应进行了表征。鼻内疫苗接种后，多种先天免疫细胞亚群上调了共刺激分子CD86，并且包括肺泡巨噬细胞（AM）、树突状细胞（DC）、单核细胞和F4/80+巨噬细胞在内的抗原呈递细胞（APC）在免疫接种后不久浸润了支气管肺泡灌洗液（BAL）。虽然大多数先天免疫反应在一周内恢复到基线水平，但AM的激活至少保持升高90天（Fig.2A）。AM中的MHC-II表达以及AM和DC中的MHC-I表达在接种21天或3个月后仍保持升高，与持续的抗原呈递能力一致。
研究人员使用流式细胞术评估了T细胞反应。黏膜疫苗接种在肺部产生了高频率的长期存在的疫苗特异性（四聚体OVA特异性）CD4+和CD8+ T细胞（Fig.2B）。这些T细胞在抗原刺激下能够产生细胞因子，如IFN-γ、IL-2、TNFα和IL-17A（Fig.2B）。此外，高频率的CD8+和CD4+组织驻留记忆（tissue resident memory ：TRM）T细胞，这些T细胞被标识为CD45+ TCRβ+ CD8+/CD4+ CD45(i.v.)- CD44+ CD69+ CD103+细胞，并在接种后至少3个月积累在疫苗接种的肺中（Fig.2C）。TRM在提供呼吸道病原体保护方面非常有效，而标准的肌内注射疫苗通常不会诱导高水平的TRM。
接下来研究人员使用多因子检测Luminex评估了细胞因子谱。免疫接种与BAL液中关键炎症介质的短暂但显著升高相关，包括CXCL10、CCL5、CCL2和IFN-γ，反映了先天性和适应性免疫途径的有效激活。虽然大多数细胞因子水平在3天内恢复正常，但干扰素诱导的趋化因子CXCL10、CCL5、可溶性核因子κB配体受体激活剂（sRANKL）和B细胞活化因子（BAFF）在第7天仍保持升高。血清中的炎症性细胞因子水平明显低于BAL液中的水平，表明疫苗诱导的细胞因子反应主要局限于肺部。
为了捕捉全系统的长期转录动态，研究者对在多个时间点收集的119,876个肺细胞进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。细胞聚类分析显示，在疫苗接种后21天，2型常规树突状细胞（DC2）、间质巨噬细胞（IM）、纤毛上皮细胞和肺泡巨噬细胞（AM）中抗原呈递通路富集，并且在纤毛细胞和AM_2群体中，基因表达水平至少持续3个月。ATII细胞和AM_2群体表现出抗原呈递相关基因的持续上调，如H2-D1、H2-K1、H2-Q7、H2-Aa和CD74。通过对总计96,834个肺细胞进行了scATAC-seq，揭示了在未接种、接种21天及接种90天组之间显著不同的染色质可及性模式（Fig.2D）。与抗原呈递基因H2-Aa、干扰素刺激基因Ccl5、Ifnor2、炎症调控基因Il1orb以及膜脂运输蛋白GRAM结构域含量蛋白1B(Gramdlb)相关的染色质位点，在疫苗接种后至少3个月内在AM中保持可检测到（Fig.2E）。转录因子（TF）基序分析显示AP-1家族（包括Fos、Fosb、Jund、Jun和Junb）在多种群体中富集，包括T细胞、ATII、AM、IM、1型常规树突状细胞（DC1）、中性粒细胞、纤毛细胞及单核细胞。多种AP-1、STAT、IRF及NF-kB家族的TF基序在多种T细胞群体及AM中至少在接种后3个月保持可检测，与训练免疫特征一致（Fig.2F）。
因此，GLA-3M-052-LS OVA疫苗接种引发了强大而持久的免疫反应，其特征为诱导抗原特异性驻留记忆T细胞（TRM）及上皮细胞和先天免疫细胞，尤其是肺泡巨噬细胞（AM）的持续重编程，并通过持续的表观遗传和转录改变促进了增强的抗原呈递和抗病毒状态。
Fig2. 鼻腔内GLA-3M-052-LS OVA疫苗在先天免疫激活的同时，诱导强劲且持久的抗原特异性TRM反应，并驱动协调的表观基因组重塑肺泡巨噬细胞和T细胞
为了剖析适应性免疫对疫苗诱导的非特异性保护的潜在贡献，研究者比较了带有或不带OVA抗原的GLA-3M-052-LS疫苗的效果。尽管两种配方在接种21天时都提供了部分保护，但疫苗配方中必须添加OVA才能在接种后42天和3个月防止体重下降。这表明长期异源保护需要适应性免疫反应。在整个GLA-3M-052-LS + OVA免疫方案中耗竭小鼠的CD4+和CD8+ T细胞会导致疫苗介导的SARS-CoV-2保护消失，因为体重下降和肺部病理表现与未接种小鼠相似（Fig.3A）。此外，在耗竭CD4+和CD8+ T细胞的小鼠中，GLA-3M-052-LS + OVA在感染金黄色葡萄球菌后的细菌负荷保护也消失了（Fig.3A）。单独耗竭CD4+或CD8+ T细胞不足以消除GLA-3M-052-LS + OVA的保护作用，这表明这两类T细胞具有冗余作用（Fig.3A）。在BCG疫苗接种的背景下，CD4+ T细胞帮助对于先天免疫细胞的广泛保护作用是必需的。因此，研究人员评估了T细胞耗竭是否影响了模型中先天免疫细胞的训练。在CD4+和CD8+ T细胞被耗竭的小鼠中，GLA-3M-052-LS + OVA刺激下的AM、F4/80+巨噬细胞和DC亚群中CD86的表达较接种对照小鼠下降（Fig.3B）。T细胞的清除还减少了AM中MHC-II的上调，并改变了肺中中性粒细胞的频率，以及BAL中DC的浸润。这些发现表明存在一个反馈环路，将抗原特异性T细胞反应与组织驻留先天免疫编程联系起来，并且对于建立宽广、异质的保护性免疫是必需的。
接下来对未接种小鼠、接种小鼠以及在免疫过程中耗竭CD4和CD8 T细胞的接种小鼠的肺进行了单核空间转录组分析。对53,645个空间解析的细胞核进行UMAP投影，揭示了多样的肺细胞群，包括肺泡上皮细胞、AM、间质巨噬细胞（IM）、DC、T细胞和B淋巴细胞（Fig.3C）。空间聚类和转录特征映射显示各组在组织结构和细胞组成上存在显著差异，接种小鼠肺中表现出显著的空间重构（Fig.3D）。使用血液转录模块（BTMs）对接种和未接种小鼠进行通路水平比较显示，接种小鼠的AM中抗原呈递、吞噬作用和抗病毒免疫激活特征上调。然而，这些现象在T细胞耗竭小鼠中消失（Fig.3E）。
聚焦于T细胞，研究人员识别出富含TRM相关基因（包括Itgae、Itgal、Runx3）的不同转录簇。空间定位分析证实，TRM CD8 T细胞和记忆CD4 T细胞在接种疫苗的肺部中优先积累，而在T细胞耗竭的小鼠中，其频率和空间驻留明显下降。整合空间定位和受体-配体表达谱分析细胞间通讯强度显示，疫苗接种后肺部的相互作用整体增强（Fig.3F）。T细胞-B细胞和T细胞-先天免疫细胞间的通讯增强，以及AM与肺泡上皮细胞（ATI和ATII）之间的信号传导加强，而在T细胞耗竭小鼠中这些信号均被削弱。为了进一步解析疫苗效力背后的分子介导因素，研究人员评估了T细胞与先天免疫细胞之间关键免疫调节通路的作用。蛋白RANKL是T细胞驱动的先天免疫细胞生存和抗原呈递调节的关键介质，在GLA-3M-052-LS +OVA免疫的BAL液中含量丰富。在免疫接种期间持续耗竭RANKL，通过使用抗RANKL抗体，会消除疫苗诱导的SARS-CoV-2和金黄色葡萄球菌的保护，使体重下降和细菌载量加重，相较于在使用非特异性同型对照抗体的情况下接种GLA-3M-052-LS+OVA的小鼠。然而，药理学抑制CD40L、IFN-γ或TNF-α信号通路并不影响疫苗诱导的保护。这些结果表明，RANKL在GLA-3M-052-LS OVA诱导的保护中发挥关键作用。
Fig3. 抗原特异性T细胞协调先天免疫细胞与肺上皮细胞之间的相互作用
由于GLA-3M-052-LS OVA在AMs中诱导了持久的表观遗传变化，研究者旨在评估这种表观遗传变化在AM中介导非特异性保护的作用。通过在病毒挑战前经鼻腔给药荷兰Liposoma氯膦酸盐脂质体Clodronate Liposomes来清除AMs，连续两次给药策略能清除90%肺泡巨噬细胞。流感病毒PR8挑战，肺泡巨噬细胞的清除会导致更多的体重减轻和更差的存活率（Fig.4A）。对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的感染，清除肺泡巨噬细胞后，肺部有更高的病原载量（Fig.4B），疫苗接种后的保护作用随着肺泡巨噬细胞的清除而几乎消失，基本和未接种的小鼠相当。无论流感病毒PR8，还是金黄色葡萄球菌（S. aureus），肺泡巨噬细胞的清除实验，证实了肺泡巨噬细胞是广谱疫苗防护功能的执行者。肺泡巨细胞回输实验（Fig.4C）显示，回输疫苗接种过的肺泡巨细胞，Naive小鼠面对PR8病毒挑战时有更强的抵抗体重丢失能力，进一步证实了肺泡巨噬细胞的保护性作用。来自接种疫苗小鼠的AMs表现出对AF594标记的S. aureus（Fig.4E）、凋亡和坏死中性粒细胞（Fig.4F）以及PR8感染的肺上皮细胞（Fig.4G）在体内的更高摄取能力，相比之下未接种疫苗小鼠的AMs则较低。此外，接种疫苗小鼠的AMs在PR8感染后上调了活化标志物，包括CD86、MHC-I和MHC-II，并在6小时内积累在肺泡空间中。此外，基于空间转录组数据，接种疫苗后的训练AMs表现出增强的抗原呈递给T细胞的能力（例如，H2-Ab1:CD4, H2-K1:CD8, CD80:CD28）、促进上皮细胞的炎症和组织修复（例如，Illa/Illb:Illr1/Illrap, Tgfbl:Tgfbr1/2），并促进趋化和免疫细胞的募集（例如，Cxcl10: Cxcr3, Ccl3:Cerl, Cxcl11: Cxcr3）。还有，AMs对T细胞、肺泡细胞和成纤维细胞表现出增强的粘附和识别能力（例如，Icaml:Itgal, Jam3:Jam2, Fnl:CD44）。这些结果表明，训练过的AMs作为疫苗诱导保护的关键早期效应器，表现出增强的功能活性。
Fig4. 肺泡巨噬细胞协调疫苗诱导的非特异性保护
为了研究感染后的空间组织和免疫动态，研究者对接种疫苗和未接种疫苗的小鼠肺组织进行了多重空间蛋白成像和组织病理分析，并对其进行了SARS-CoV-2挑战。挑战后第三天，接种疫苗的小鼠感染SARS-CoV-2的肺表现出明显的空间重编程，如RSN基于t-SNE聚类所示（Fig.5，A至C）。接种疫苗肺组织中富集的区域以免疫密集微环境频率增加为特征，包括显示出大量辅助（CD4+）和细胞毒性（CD8+）T细胞、B细胞、调节性T细胞和巨噬细胞的区域3和5（Fig.5D）。这些细胞在空间上被组织成类似于淋巴结结构的T细胞区和B细胞区，表明新生三级淋巴结构（tertiary lymphoid structure：TLS）形成加速（Fig.5E）。同时，免疫组化显示TLS与SARS-CoV-2 N蛋白共定位（Fig.5E）。未接种疫苗的对照组在感染后第3天未显示这些TLS特征。空间分布分析显示，TLS富集区（区域3）主要定位于气道周围，提示疫苗接种使肺组织在感染时能够快速且有结构地参与免疫应答。
与这些发现一致，接种疫苗的小鼠在肺中显示抗原特异性NP四聚体CD8+ T细胞的加速积累（Fig.5，F和G），同时在BAL液中总IgG和IgG2c的HA特异性水平升高（Fig.5H）。这些免疫反应与BAL液中促炎细胞因子的表达下降相关，包括IL-6、CXCL10、CCL2和GM-CSF，这是细胞因子风暴的重要介质（Fig.5I）。此外，疫苗接种显著减轻肺部病理变化，并在6小时内促进免疫细胞向支气管区域的早期募集，动态组织病理分析显示了这一点（Fig.5J）。在感染前，无论接种与否的小鼠均未观察到免疫细胞聚集，表明该反应是由病原体挑战特异性触发的（Fig.5J）。因此，GLA-3M-052-LS OVA疫苗促进了组织特异性免疫微环境的建立，从而加快抗原呈递和协调免疫应答，实现对感染的早期控制并限制免疫病理损伤（未发生“细胞因子风暴”）。
Fig5. 疫苗接种促进三级淋巴结构的快速形成和感染后炎症的协调
由于组合性TLR4和TLR7激动剂能够引发强烈的Th1偏向性免疫反应，研究人员推测这种黏膜疫苗接种策略也可能抑制由Th2驱动的超敏反应性疾病，如尘螨（HDM）诱导的哮喘。接种疫苗的小鼠表现出嗜酸性粒细胞和先天淋巴样细胞2型（ILC2）浸润减少，表达IL4、IL5和IL13的Th2细胞减少，以及血清IgE水平低于未接种对照组（Fig.6，A至I）。这些作用至少持续三个月（Fig.6，A至I）。PAS染色的肺组织切片的组织学分析进一步显示黏液过度分泌减少（Fig.6J），确认GLA-3M-O52-LS+OVA有效缓解了过敏性哮喘。
Fig6. 鼻内GLA-3M-052-LS OVA疫苗接种可对过敏性哮喘提供强效且持久的保护
研究团队表示，这款疫苗的优势不仅在于广谱性和持久性，还具备良好的临床转化潜力。GLA和3M-052均已进入临床评估阶段，安全性有保障、鼻喷给药方式便捷、无需注射，更易推广。未来优化为2剂接种方案后，可通过鼻喷剂实现大规模部署。若能成功转化至人类，它有望取代每年多次的季节性疫苗接种，在新流行病出现时快速提供基础防护，同时覆盖流感、新冠、呼吸道合胞病毒、普通感冒、细菌性肺炎及常见过敏原，真正实现 “一喷防多防”。当然，转化面临挑战，比如人类比小鼠接触过更多微生物和环境抗原，肺部免疫背景更为复杂（有效性）；TLR激动剂作为佐剂，其强度需要精细平衡，确保在有效激活免疫的同时不引起过度或有害的炎症（安全性）；RANKL信号在肺泡巨噬细胞重编程中的具体下游通路响应传导（机制性）。
总之，研究人员揭示了一个完整的“整合器官免疫”环路。鼻喷疫苗GLA-3M-O52-LS+OVA在肺部诱导产生抗原特异性组织驻留记忆T细胞。这些T细胞通过分泌RANKL，持久地重编程肺泡巨噬细胞（AM），促进活化，增强其吞噬、抗原呈递和快速响应能力。被免疫训练的肺泡巨噬细胞作为常备军，提供第一道广谱的、抗原非依赖的防御。当感染真实发生时，这个预置的免疫环境能加速三级淋巴结构形成，快速招募和扩增病原体特异性T细胞和B细胞，实现“先天性免疫快速清除+适应性免疫精准打击” 的双重防护，并限制过度炎症反应而未产生“细胞因子风暴”。 先天性免疫和获得性免疫反应的双刃剑效应被“整合器官免疫”斡旋得恰到好处。
荷兰Liposoma是巨噬细胞清除剂Clodronate Liposomes氯麟酸盐脂质体的发明人和首创者。作为全球领先的体内单核巨噬细胞清除试剂，其凭借稳定的化学性质、高效的清除能力及良好的生物相容性，已成为全球单核巨噬细胞清除的首选药物。产品被引频频见刊Cel,Nature和Science，助力突破发现，拓展科学边界。
本Science论文，研究人员就使用了荷兰Liposoma的巨噬细胞清除剂氯膦酸盐二钠脂质体Clodronate Liposomes，货号CP-005-005，通过建模前鼻腔吸入2次，50ul/次来清除肺泡巨噬细胞（AM），证明了肺泡巨噬细胞的执行者角色 。
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Haibo Zhang et al., Mucosal vaccination in mice provides protection from diverse respiratory threats. Science(2026),
eaea1260, DOI:10.1126/science.aea1260
