疫苗无疑是人类历史上最引人注目的成就之一。在短短两个多世纪的时间里，疫苗帮忙我们实现了多个非凡的目标，例如彻底消灭天花、在世界大部分地区消灭脊髓灰质炎以及一些国家许多传染病的死亡率和发病率大幅下降。在世界许多地方，疫苗接种政策是公共卫生的基石，政府机构高度重视保证向人群提供安全有效的疫苗。疫苗的功效不仅取决于抗原成分，还取决于经常使用的佐剂，以便以更有效的方式刺激免疫系统。佐剂被定义为添加到疫苗中、以改善针对抗原的免疫反应的成分。此外，佐剂还有一些好处，例如减少每剂疫苗的抗原量和疫苗接种次数，并且在某些情况下，它们可以增加抗原成分的稳定性，延长其半衰期并间接提高其免疫原性。
佐剂可以根据不同的标准进行分组，例如它们的理化性质、来源和作用机制。最受关注的分类系统之一是基于其作用机制的分类方式，将其分为两大类：递送系统（颗粒）和免疫增强剂。另一类佐剂是粘膜佐剂，这是一组与之前的佐剂具有某些共同特征的化合物。在递送系统佐剂中，抗原与特别充当抗原载体的佐剂结合。此外，它们能够通过激活先天免疫系统诱导局部促炎反应，导致免疫细胞募集到注射部位。具体来说，抗原-佐剂复合物通过充当病原体相关分子模式（PAMP）来激活模式识别受体（PRR）途径。这会导致先天免疫细胞激活，产生细胞因子和趋化因子。
添加佐剂对于老年人使用的疫苗特别有用，因为这类受试者会发生免疫衰老的生理现象，这是自然感染或人工刺激（疫苗接种）后免疫反应降低的原因。在这种情况下，佐剂的存在可以成为克服疫苗使用限制的有效工具。此外，佐剂对于亚单位疫苗特别有用，因为亚单位疫苗通常太弱而无法单独刺激强大的免疫反应。然而，并非所有疫苗都需要佐剂。例如，获批的结合型脑膜炎球菌疫苗不含佐剂，因为结合本身与蛋白质载体能够刺激良好的免疫反应。
目前获批的含佐剂人用疫苗绝大多数都使用铝盐作为佐剂。鉴于这些佐剂是疫苗配方中使用最古老的佐剂，并且为了提高疫苗的安全性和有效性，绝对有必要增加新佐剂的数量。亦即，有必要加强具有佐剂特性的新分子和因子的研究，并增加体外和体内研究的数量。与此同时，由于佐剂的使用和研究、新细胞底物的使用或工艺变更/转移的申请等方面的监管挑战，新产品的批准可能会遭受延迟和高昂的成本。这方面可能会成为抑制新颖性、增加成本并延迟疫苗供应的障碍。
选择疫苗佐剂要考虑很多方面，其中安全性无疑是第一位的。好的佐剂原则上必须是安全的、耐受性良好且易于生产；具有良好的药物特性（pH、渗透压、内毒素水平等）和持久的保质期；最后，在经济上可行。尊重所有这些特征而不影响佐剂的安全性是很困难的。因此，目前使用的疫苗中含有很少的疫苗佐剂。本文旨在介绍常见的佐剂类型及其应用和安全性。
铝盐的佐剂特性于 20 年代被发现，并自 1926 年起就被用作疫苗佐剂。最初考虑将铝盐添加到生长培养基中，以诱导破伤风和白喉抗原沉淀，从而帮助其纯化。然而，这些铝沉淀抗原比可溶性抗原表现出更强的免疫原性。因此，铝盐是疫苗中使用时间最长、使用频率最高的佐剂，目前获批的疫苗中约有三分之一含有铝。因此，铝盐是疫苗佐剂中安全性最经受考验的。
在疫苗中，铝以结晶羟基氧化铝 (AlH) 或非结晶羟基磷酸铝 (AlP) 的复杂聚合物形式存在，形成簇状纳米颗粒。AlH 具有针状纳米颗粒的外观，而 AlP 在透射电子显微镜下观察时呈网状。两种形式通常都溶解在柠檬酸盐中，但 AlP 比 AlH 更易溶解。抗原通过静电相互作用和配体交换吸附到佐剂颗粒的表面。铝盐/抗原结合增强抗原呈递细胞（APC）的抗原摄取和呈递。此外，铝盐刺激 NLRP3 炎症小体的激活，导致 IL-1β 和 IL-18 的产生，从而导致局部炎症和 APC 的募集。
许多疫苗使用吸附在 AlH 或 AlP 上的抗原，例如白喉和破伤风疫苗、无细胞百日咳疫苗、乙型肝炎疫苗、肺炎球菌疫苗和脑膜炎球菌疫苗，因为它们的免疫原性较差，并且随后需要增强免疫反应以实现有效的疫苗接种。与食品中主要以可溶性柠檬酸盐或氯化物形式存在的铝相比，用作佐剂的无机铝化合物的溶解性较差；这是它们辅助作用模式的一部分。因此，由于在生理pH下溶解度差，疫苗中所含的铝在肌内或皮下注射后的吸收速率预计会非常慢。
铝的毒性是由于体液和组织中金属含量增加而产生的。这种增加主要是由于消除它的能力改变，特别是当肾功能受损时。接受血液透析的肾功能衰竭患者的铝含量较高，并可能产生神经毒性，风险尤其高。肾移植能够解决铝过剩问题，并可能解决相关的神经毒性问题。多年来，科学家们一直在争论铝神经毒性作为神经退行性疾病病因的可能作用，尽管迄今为止还没有任何明显证据，这种作用仍然存在争议。
这组重要佐剂的前身是弗氏完全和不完全佐剂。这两种佐剂都是油包水乳液，能够携带抗原并刺激先天免疫系统。弗氏完全佐剂（CFA）的结构中含有热灭活的分枝杆菌，可增强免疫反应的刺激，目前用于体内实验，以诱导小鼠强烈的免疫激活和自身免疫。然而，CFA 能够引起强烈、持久的局部炎症，可能导致动物明显疼痛，并可能在注射部位出现溃疡。弗氏不完全佐剂 (IFA) 不含分枝杆菌，在 20 世纪 50 年代被用作人类流感疫苗的佐剂；与不含佐剂的相同疫苗相比，它可以诱导更强且持久的抗体反应。IFA 的佐剂活性基于其作为油性抗原沉积物的特征，后者可以在注射部位连续释放抗原。这同时导致抗原寿命的增加，以及吞噬作用、白细胞招募和浸润以及细胞因子产生的强烈局部先天免疫刺激。然而，IFA 在疫苗配方中的引入及其在人类中的常规使用因引发的强烈副作用而受到阻碍。特别是，不可生物降解的废油含量高且质量差导致了毒性。
MF59 是一种水包油乳液，由角鲨烯、Span 85 和 Tween 80 组成，溶于 10 mM 柠檬酸钠缓冲液（pH 6.5），平均粒径约165 nm。这种佐剂目前包含在含佐剂的三价和四价（TIV 和 QIV）流感疫苗 Fluad (Seqirus) 中，该疫苗最初仅用于 65 岁以上的人群，但后来被批准用于其他流感风险群体，如婴幼儿，以及在 H1N1 大流行疫苗期间，用于孕妇和幼儿。研究表明，MF59 的存在可提高 2 岁以下儿童流感疫苗的有效性。MF59 还作为 HBV 疫苗的佐剂进行了测试，能够引发较高的免疫反应，优于铝诱导的免疫反应。从作用机制来看，MF59具有与铝盐相似的作用。注射部位的储库活性可以忽略不计，因为研究表明其半衰期为 42 小时。相反，MF59 具有诱导细胞和体液免疫反应的强大能力，包括产生高滴度的功能性抗体。MF59 的存在刺激局部先天免疫细胞分泌趋化因子，例如 C-C 基序趋化因子配体 4 (CCL4)、C-C 基序趋化因子配体 25 (CCL2)、C-C 基序趋化因子配体 5 (CCL5) 和 C-X-C 基序趋化因子配体 8 (CXCL8)，这些趋化因子反过来驱动白细胞募集、抗原摄取以及迁移到淋巴结并触发适应性免疫反应。此外，研究报告称，MF59 能够增加调节白细胞跨内皮迁移的基因簇的表达，以及随后将 MHCII+CD11b+ 细胞招募到注射部位，从而引发强大的免疫反应。MF59 安全且耐受性良好，数百万剂疫苗的接种量证明了这一点。
AS03是一种水包油佐剂乳液，由表面活性剂聚山梨醇酯80和两种可生物降解的油 - 角鲨烯和DL-α-生育酚- 在磷酸盐缓冲盐水中组成。这种佐剂已用于流感疫苗，引发类似于 MF59 的免疫反应，以及疟疾疫苗。欧盟委员会于 2009 年批准了含有 AS03 佐剂的疫苗 Pandemrix，而含 AS03 佐剂的甲型流感 (H5N1) 单价疫苗于 2013 年获得美国食品和药物管理局 (FDA) 批准。与 MF59 相比，α-生育酚的抗氧化和免疫刺激特性似乎可以增强免疫刺激。事实上，在 6 至 35 个月的儿童中使用 AS03 佐剂流感疫苗显示出强烈的免疫反应，甚至在接种疫苗后 6 个月也是如此。为了阐明 AS03 中 DL-α-生育酚的作用，一些研究比较了 AS03 和不含 DL-α-生育酚的类似乳液的效果。通过测量抗原摄取、免疫细胞募集和分泌细胞因子的水平，得出的结论是，缺乏 DL-α-生育酚会导致免疫反应降低，且抗体滴度较低。此外，研究表明AS03能够通过激活NF-κB来刺激免疫系统，诱导肌肉和淋巴结分泌细胞因子和趋化因子，促进先天免疫细胞的迁移。此外，AS03 可以刺激 CD4+ T 细胞特异性免疫反应，从而决定持久的中和抗体产生和更高水平的记忆 B 细胞。AS03的组成进一步补充两种强效免疫刺激剂QS-21（一种源自皂树的皂苷）和3-O-去酰基-4'-单磷酰脂质A（MPL），以增强其免疫原性，产生AS02。
多宁集团安拓思纳米技术（苏州）有限公司提供用于不同类型和规模疫苗佐剂制备的各系列产品，如AS03的基本生产步骤是将含α生育酚分散在含有角鲨烯和Tween80的缓冲液中，之后高速搅拌至乳状。之后将乳剂反复用微射流机（AMH-3微射流均质机）流射以形成o/w 乳剂的微粒（150 nm），再过滤除菌。
MF59基本生产步骤是分别制备水相和油相，水相为柠檬酸缓冲液和吐温80，油相为含span85的角鲨烯，在高剪切的情况下，缓慢将油相加入水相中，然后通过超高压微射流，得到平均粒度为165 nm的乳液，再过滤除菌。MF59乳剂制备后可保持稳定性达3年以上。
微射流设备的工作原理为高压缸中充满的物料被恒力驱动往复运动的柱塞杆以极高的压力（最300 Mpa）通过具有极小孔径的金刚石容腔，形成超音速的微小射流，利用高速射流之间相互的强烈剪切和冲击作用将物料颗粒破碎，因此产生完全混合、均一、更细微的产品，可以显著改善提高物料的乳化性、溶解度、稳定性、透明度等特性，粒径细化，分布变窄，满足制药、生物技术等行业高端均质需求。
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