科学家开发广谱抗菌疫苗，乙酰化程度及糖链长度控制效果

在抗生素耐药性日益威胁全球健康的今天，开发能够对抗多种“超级细菌”的广谱疫苗成为全球公共卫生领域的迫切需求。

聚 N-乙酰氨基葡萄糖 (PNAG) 是胞外多糖，存在于多种致病细菌表面荚膜以及相关生物膜中，成为抗菌疫苗开发的靶点。由美国生物科技公司 Alopexx 靶向 PNAG 开发的广谱抗菌疫苗 AV0328 已完成了 I 期人体临床试验，凸显了 PNAG 作为对抗多重耐药感染和生物膜相关疾病的治疗靶点的潜力。

近日，由台北中央研究院基因组研究中心等机构组成的研究团队实现了关键性突破。他们创新设计了一套精准、高效的糖分子合成策略，成功构建出结构严格定义的PNAG糖链，并通过系统的动物模型验证了其在对抗包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌在内的多种致病菌中的广谱保护能力。这项研究成果以“Poly-β-D-(1,6)-N-acetyl-glucosamine (PNAG) glycan vaccines with broad spectrum neutralizing activities”为题发表于 Nature Communications，被视为糖疫苗研发中的一个重要里程碑。

研究的关键在于精准合成PNAG，这是一种广泛存在于多种病原菌表面的线性外多糖。其高度保守性使其成为开发广谱抗菌疫苗的理想靶标，但天然 PNAG 分子的链长、乙酰化程度和空间结构复杂多变，导致免疫系统难以稳定识别并形成有效记忆，从而限制了其作为疫苗抗原的开发前景。

为解决这一问题，研究团队开发出“n+2 糖基化策略”新型寡糖合成方法。以特定的双糖单元为基本构件，通过迭代加成的方式构建糖链，并结合高效的保护-脱保护化学反应，成功合成出从 4 聚体到 18 聚体等一系列精确长度的 PNAG 糖链。更重要的是，他们首次实现了对糖链中氨基乙酰化程度的精细调控，合成脱乙酰化程度为 40%-60% 的 PNAG 结构。这样的糖链库不仅链长明确，乙酰化度也可控，为后续疫苗抗原筛选奠定了坚实的物质基础。

在获得结构多样的 dPNAG 糖链之后，研究团队进一步利用糖组微阵列技术评估这些合成糖链的免疫识别特征。他们将不同结构的糖分子固定于玻片表面，分别与来源于鲍曼不动杆菌或肺炎链球菌感染者的血清进行反应，分析患者体内天然抗体的结合强度，进而筛选出最具免疫原性的糖链。结果显示，人体抗体对部分乙酰化的中长链糖分子具有更强的识别能力，尤其是聚合度为 12 至 18，乙酰化程度约为 40%-45% 的糖链表现出显著优势。这些结果不仅首次描绘出人类免疫系统对 PNAG 抗原的结构偏好，也为疫苗抗原设计提供了明确的结构依据。

基于以上筛选结果，研究人员将代表性的糖链结构与无毒型白喉毒素 CRM197 蛋白偶联，制备出系列糖蛋白疫苗，并用于免疫小鼠。通过后续对小鼠血清中抗体水平的检测发现，部分乙酰化的 8 聚体和 12 聚体糖链偶联疫苗诱导的 IgG 抗体滴度最高。特别是 40% 乙酰化的 8 聚体和 45% 乙酰化的 12 聚体结构在多轮免疫后引发了强烈的特异性免疫反应，其诱导的抗体在识别芯片上几乎覆盖所有合成糖链，表现出良好的广谱交叉识别能力。

为了验证这些抗体的实际功能，研究团队进一步开展了调理吞噬杀菌实验，分别考察抗体在中性粒细胞介导的细菌清除中的效果。实验选取三种典型的院内感染病原体作为模型，分别是金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌和鲍曼不动杆菌。结果表明，来源于接种部分乙酰化 8 聚体和 12 聚体疫苗小鼠的血清，即使在高度稀释（最高 1:320）条件下，仍能在体外显著促进三种病原菌的吞噬和杀灭，杀菌效率远超 40% 的显著保护阈值。特别是在对抗鲍曼不动杆菌时，部分乙酰化疫苗的抗体活性显著优于完全脱乙酰化版本，显示出强大的广谱中和潜力。值得注意的是，即便是完全脱乙酰化的 8 聚体疫苗也在抗金葡菌实验中表现出不逊的杀菌活性，说明非乙酰化结构在某些病原菌背景下仍具有特定优势。

为了进一步确认疫苗的保护效果，研究人员在小鼠体内建立感染模型，采用金黄色葡萄球菌的致死剂量进行攻击挑战。结果显示，所有接种部分乙酰化 8 聚体疫苗和完全脱乙酰化 8 聚体疫苗的小鼠均实现了 100% 的存活率，而 12 聚体部分乙酰化疫苗也达到了 80% 的生存率。这些数据再次验证了体外杀菌实验结果，证明这类疫苗不仅能诱导高效抗体，而且能在真实感染中发挥保护作用。

本项研究不仅通过 n+2 糖基化策略解决了结构精密的 PNAG 寡糖合成难题，更以系统性的结构-免疫功能评估手段，首次明确了 PNAG 抗原在糖链长度与乙酰化程度上的最佳组合，为今后广谱细菌疫苗的开发奠定了结构生物学基础。特别是 8 至 12 个糖单元长度、乙酰化度控制在 40%-50% 的 PNAG 糖链，在抗金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌与鲍曼不动杆菌等代表性耐药菌中均表现出广谱、强效的免疫保护。该研究不仅提供了一种具有高度可控性和通用性的糖疫苗开发策略，也为未来 PNAG 类疫苗的临床转化提供了明确的设计标准与前期验证数据。

1.Liao, KS., Kao, MR., Ma, TH. et al. Poly-β-D-(1,6)-N-acetyl-glucosamine (PNAG) glycan vaccines with broad spectrum neutralizing activities. Nat Commun 16, 6179 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61559-7

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