戒煙新途徑：納米技術修復對尼古丁的依賴

　　存在于茄科植物中的一種化學成分，是世界上最強的上癮物質之一，它就是包含在煙草中的尼古丁，其實在卷煙中會發現尼古丁含量更高。吸煙仍是一個全球性的災害， 科學家預計，目前世界上每年死于與吸煙有關的人數達300萬，到2025年這個數字將增至到1000萬，意味著吸煙是威脅人類健康的一大隱患。

　　美國亞利桑那州立大學生物設計研究所的Yung Chang和她的同事已經啟動了一項雄心勃勃的新研究項目，旨在以一種全新的方式攻克尼古丁依賴癥。他們從美國國家藥物濫用研究所獲得了330萬美元的研究經費支持，致力于研究嘗試設計一種疫苗使其對尼古丁具有免疫作用，使用納米結構組裝DNA。DNA納米結構能夠使合成疫苗的設計和構建更加合理，因為它可以精密控制不同的抗原成分的放置。這種方法可能會提供一種新策略來提高許多不同疫苗的功效。

　　Yung Chang是亞利桑那州立大學的一位免疫學家，一直在從事將關鍵疫苗組成并入到自組裝之中，即納米載體分子中的方法研究。她一直從事此技術的研發工作，而且與納米技術創新者嚴浩一起進行合作研究，嚴浩是單分子生物物理學生物設計中心的一名研究人員，也是化學和生物化學系的杰出人士。加入亞利桑那州立大學這個由跨學科領域的研究人員組成的團隊，其中包括免疫學研究人員、有機化學研究人員、DNA結構化學(Sidney Hecht)和生物信息學研究人員，以及來自明尼蘇達大學研究尼古丁依賴藥理學的專家等，Paul Pentel教授和Mark LeSage教授領導此項研究。為期3年的研究項目，該研究小組希望能識別出有前途的新尼古丁候選疫苗，并能夠將其推向臨床試驗研究階段。研究人員強調，如果他們的DNA納米技術方法證明是成功的，那么很有可能被應用到未來疫苗的開發過程中，包括其他的藥物濫用、病原體或腫瘤抗原，從而在疫苗開發方面揭開全新的一頁。

　　致命的誘惑

　　在成癮藥物的王國，就其吸食人群數量而言，尼古丁可以說是首屈一指，影響面最廣。根據美國疾病控制中心提供的統計數據，僅在美國因為吸煙導致每年大約有44.3萬人死亡，超過了人類免疫缺陷病毒(HIV)、違禁藥物的使用、飲酒、機動車輛傷害、自殺和謀殺等死亡人數之和。卷煙和其它煙制品中的各種元素對于健康問題產生的負面影響，包括冠心病、中風、心血管疾病、胃潰瘍、慢性肺部疾病和肺癌、胎兒腦損傷和胎兒發病率等，人們也不是不知曉其有害健康，而且由于對尼古丁產生很強的依賴，所以導致戒煙并不那么容易。其原因是人吸煙后，卷煙中的尼古丁能夠在幾十秒內進入血液，取代并抑制啡肽類物質的產生，尼古丁帶來的快感與內啡肽相似，因此長期吸食會導致對煙草里的尼古丁產生依賴。肽類物質能起到調節人體的興奮和抑制作用，人的喜、怒、哀、樂、愉快、焦躁等均受到這些物質的影響。現有的戒煙方法——從尼古丁貼片到12步戒煙法，從口香糖到實驗藥物——一直在努力探索抑制尼古丁依賴的有效方法，但結果都不令人十分滿意。

　　現在市場上可以見到的戒煙產品五花八門，主要形式有尼古丁替代法的尼古丁貼片、戒煙茶、激光戒煙法、中草藥戒煙液、檳榔戒煙產品等等。就激光照射物理戒煙法而言，這是一種新型的純物理戒煙療法，對身體無害，無副作用，其原理在于使正常人的神經系統分泌多種內源性阿片類物質，如β-內啡肽及亮-腦啡肽等受到影響，從而達到降低對尼古丁的依賴性。

　　尋求免疫力

　　戒煙研究的創新努力已經進行了30多年，其最終目的還是利用人體的免疫系統來對付各種藥物上癮，包括尼古丁。基本的想法是刺激免疫反應，使抗體能夠與尼古丁相結合。通過這種方式，大多數或所有攝入的尼古丁分子仍將隱藏在血液中，在大腦中無法達到其目標，從而使其喪失了他們的上癮能力。雖然動物實驗和人體試驗已經證明尼古丁抗體的高水平與降低尼古丁依賴之間存在明確的相關性，但是戒煙疫苗的有效性包括節制吸煙的效果迄今令人失望。以這種方式安排疫苗成分，把免疫系統的B細胞，與其結合，進入細胞內部和誘導有效免疫仍然是一個重大的挑戰。

　　處于研究中的該技術完成了這一壯舉，利用DNA的堿基配對屬性即遺傳代碼的生物載體，通過將疫苗組成合理布置到納米結構之中來實現。Hao Yan的實驗室一直是處于在精心制作2-D和3-D DNA納米結構設計和制造的最前沿，而且這一迅速發展的領域時刻準備著進入生物醫學領域。可設計的DNA納米結構對于疫苗的基本成分提供了高精確度和微妙的控制，并有可能改善免疫原性、有效性和安全性。Yung Chang和她的研究團隊將制造三種不同的候選DNA納米結構，作為該疫苗活性成分的不同平臺。其中兩種將是由8臂和12臂的分枝狀DNA支架構成的納米結構，而第三種是DNA四面體結構(見圖1)。這些納米結構附加的每一個都將是幾個至關重要的疫苗成分：

　　尼古丁粒子被稱為半抗原，將用許多飾物來裝飾納米結構，其作用就是引起免疫反應。半抗原是能夠與抗體的結合的小分子。

　　有一種佐劑會附著在DNA結構上，這些佐劑都是疫苗中常用的添加劑，其目的是改善他們的免疫原性。在這種情況下應用的輔助劑被稱為CpG ODN，在早前的研究中作為一種B細胞活性的強刺激物。

　　輔助細胞抗原(T-helper epitopes)將使疫苗結構更加完善，這些都是被免疫系統認可的抗原成分，也是輔助T細胞所必需補充的抗原成分，T細胞與B細胞協同針對目標抗原產生抗體。

　　DNA納米技術一直受到重視和推崇，其中許多就是由Hao Yan實驗室開發的，允許對尼古丁半抗原、佐劑、輔助細胞抗原(T-helper epitopes)以及候選疫苗中這些成分在DNA平臺駐留的精密微調。尼古丁在DNA表面的適當顯示，對于免疫系統通過尼古丁特定的B細胞的識別過程尤為關鍵。四面體的DNA結構對于NIC:Th-表位：佐劑復合物(NIC: Th-epitope: adjuvant complexes)提供了多大36個謹慎的位置。如果需要尼古丁半抗原、表位或者佐劑的密度更大一些，就可以利用DNA折皺(DNA origami)來實現，為抗原成分提供多達90個位點。而且，自組裝納米骨架可以通過具有高重現性的高通量模式來制造。研究人員認為完整的候選疫苗將更忠實地模仿天然免疫級聯,產生更有效的疫苗。然而，對于這種情況，疫苗結構必須內化進入細胞。其活性將通過使用熒光染料，借助顯微鏡跟蹤分子進行監控。

　　正在進行研究的3種DNA納米結構中的每一種，將測試兩種不同佐劑，連同一種非免疫對照。改變半抗原、佐劑以及表位的比例，在反復試驗的基礎上檢測免疫原性，候選疫苗將首先采用小鼠模型來進行評估，疫苗接種后，除了測量血液中的尼古丁水平和大腦中的尼古丁水平之外，需要對測試對象的尼古丁自我給藥情況進行評估，這被認為是判定疫苗有效性的金標準。跨學科研究團隊的相互協作，該研究小組的目標是鑒定兩到三種候選疫苗，可以進一步推向臨床試驗階段。