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沙門氏桿菌（Salmonella spp.）是藉由污染的食物傳播到人體的人畜共通病原體，主要經由飲食傳染，再經胃腸道散播到全身，引起的臨床疾病包括傷寒熱、菌血症及胃腸炎。然而，隨著生物技術的發展，利用基因工程改造後的沙門氏桿菌亦成為疫苗的載體（vector）之一，已有多種疫苗在臨床上應用或正在研發中。

一、    特性

微生物載體疫苗利用一種經過減毒或去致病力的病原體作為「運輸工具」，將外源性抗原基因或蛋白輸送至宿主免疫系統，以誘導針對目標病原體的特異性免疫反應，目前可用的載體包含病毒（如腺病毒）及細菌（如沙門氏桿菌）。沙門氏桿菌因具有口服可行性、侵入腸道免疫組織的能力、引發黏膜/全身性免疫的雙重誘導效果及成熟的遺傳操作平台，被認為是極具潛力的細菌性疫苗載體，特別是傷寒沙門氏菌（S. trphi）與鼠傷寒沙門氏菌（S. typhimurium）在載體疫苗的研究中佔有重要地位，優勢簡述如下：

1.    口服途徑可行：服用方便不需要使用針頭及注射器，可自行投與無須專業醫護人員協助，適合大規模免疫接種計畫。
2.    同時誘導黏膜與全身性免疫：沙門氏桿菌進入胃腸道淋巴結培氏班（Peyer’s patch）後誘發黏膜免疫，誘導局部IgA分泌，有效阻止病原附著與入侵。此外，被巨噬細胞吞噬後釋出的外源抗原可透過第二型主要組織相容性複合體（Major histocompatibilty complex II，MHC II）呈現給CD4⁺ T細胞，啟動Th1/Th2 反應，促進IgG生成與細胞激素分泌。攜帶外源抗原深入免疫系統，同時刺激黏膜免疫與全身性免疫。
3.    雙重免疫刺激：同時激活體液性免疫（產生IgG, IgA）與細胞性免疫（產生CD8⁺ T、Th1/Th17細胞），如外源抗原亦可透過MHC I路徑，活化CD8⁺ T 細胞，針對細胞內病原與腫瘤細胞發揮殺傷作用。
4.    基因工程可塑性：沙門氏桿菌的基因體已經被研究的很徹底，可將多種外源抗原基因插入染色體或質體，大量表現特定外源抗原。
5.    成本低廉：細菌培養技術已相當成熟，容易擴展大規模生產，儲存與運送冷鏈要求較為寬鬆。

二、減毒策略

利用生物技術改造沙門氏桿菌的基因，使其僅具有感染力可進入宿主體內，但並無實質致病力，這些缺陷菌株雖仍維持繁殖能力，但速率較低，降低宿主罹病的風險。

1. 代謝缺陷突變（Auxotrophic mutation）：刪除必須代謝基因，使菌株在宿主體內生存受限，例如芳香族胺基酸生合成缺陷（aroA、aroC）基因、嘌呤生合成缺陷（purA）基因、組氨酸生合成缺陷（hisG）基因等，這些缺陷菌株在宿主體內雖持續繁殖能力，但致病風險大為降低。
2. 致病性基因刪除：刪除細菌侵入或存活的關鍵基因，如SPI-1或SPI-2（Salmonella pathogenicity islands）；改變細菌外膜脂多醣（liposaccharide）結構，如刪除msbB降低內毒素活性。
3. 調控性減毒：誘導啟動子調控關鍵基因，使沙門氏桿菌在體外生長正常，進入宿主後逐漸失活，既保留初期免疫刺激，又提升安全性。
4. 抗原表達：利用菌體的外膜蛋白（如 OmpA、LamB）或分泌途徑（Sec、Tat）將抗原暴露於免疫系統。

三、應用實例與研究進展

目前已上市的Ty21a口服傷寒疫苗（商品名Vivotif®）是在1970年代由德國癌症研究中心（German Cancer Research Center）與瑞士巴塞爾大學（University of Basel，Switzerland）的Richard A. Finkelstein與Herbert B. Collins團隊，利用基因工程方法將Salmonella enterica serovar Typhi的Ty21a菌株經化學品（N-methyl-N′-nitro-N-nitrosoguanidine）誘變所篩選得到的galE基因缺陷株，無法正常利用半乳糖且脂多醣合成異常，菌體在宿主內無法長期存活，不會引起嚴重疾病，但仍可在腸道短暫繁殖，不會產生Vi莢膜抗原而避免干擾免疫反應，安全性高，已在多國使用。研究中基於沙門氏桿菌的載體疫苗（Salmonella based vector vaccine）舉例說明如下：

在2025年，美國柏克萊加州大學的研究人員建構了一株減毒沙門氏桿菌作為口服疫苗載體，用於傳遞和表達小鼠巨細胞病毒 （murine cytomegalovirus，MCMV）的M78 蛋白，在動物實驗中驗證其所誘導的免疫反應和保護作用。他們發現沙門氏桿菌載體疫苗v-M78（含M78表現質體），可有效進行基因轉移並表現M78，對小鼠的致病性和毒力亦均較低。研究結果顯示在接種的小鼠中，v-M78會誘導抗MCMV的血清IgG 和黏膜IgA反應，並引發T細胞反應，而且免受腹膜內和鼻腔內病毒攻擊，脾、肝、肺和唾液腺中的病毒效價亦顯著降低，表達M78的疫苗能夠引發強烈的體液及細胞免疫，並誘發對MCMV感染的免疫保護，證明使用沙門氏桿菌口服疫苗載體具有對抗MCMV感染的潛力。

在2023年，美國貝克曼研究所及阿拉伯聯合大公國沙迦大學的研究團隊開發一種口服沙門氏桿菌疫苗，可預防和逆轉非肥胖糖尿病 （Non-obese diabetic，NOD） 小鼠的糖尿病。已知胃腸道中存在一個複雜且動態的腸道微生物群，會影響宿主的體內平衡和代謝。腸道微生物群的變化與胰島素功能障礙和第1型糖尿病有關。口服糖尿病自體抗原可以作為疫苗恢復免疫平衡，但目前尚不清楚沙門氏桿菌疫苗是否會影響腸道微生物群。因此，他們在糖尿病前期NOD小鼠注射沙門氏桿菌疫苗，並使用次世代定序和氣相層析質譜法評估腸道菌群及相關代謝物組（metabolome）的變化，發現接種沙門氏菌疫苗後雖不會立即引起腸道菌群組成的顯著變化，但在接種後30天觀察到了變化。此外，疫苗組小鼠與對照組/載體組小鼠的糞便菌群未觀察到變化，但在接種疫苗後，發炎和增殖相關的代謝途徑發生了顯著變化。研究結果顯示口服沙門氏菌疫苗可改變腸道菌叢和代謝物組，使其耐受性更強，意味者使用口服沙門氏桿菌疫苗後可誘導腸道微生物群耐受性。

在2023年，美國羅徹斯特梅奧診所泌尿外科、韓國全北國立大學及菲律賓德拉薩阿拉內塔大學獸醫與農業科學學院的研究團隊探索SARS-CoV-2的變異和保守區域（與大多數已開發的疫苗靶向作用在棘突蛋白不同），並將其作為多標靶疫苗的潛在組成部分。他們利用沙門氏桿菌的載體製備對抗Delta和Omicron變異株的口服mRNA疫苗，發現可誘發體液性免疫（IgG和IgA水平升高）示，亦可誘發了細胞性免疫（CD4+、CD8+ 和IFN-γ+亞群水平升高），CD44+細胞的水平顯示記憶細胞的誘導相對長期免疫反應。在倉鼠動物實驗中，他們評估疫苗對抗Delta和Omicron變異株的效果，發現疫苗可誘導中和抗體產生，並可保護受病毒攻擊的倉鼠，使其肺部病毒量顯著降低，組織病理學病變減少。研究結果顯示保守區和可變區亦可作為SARS-CoV-2潛在抗原標靶，利用細菌載體遞送技術具有開發口服mRNA疫苗的可行性。

在2022年，韓國大學的研究人員評估一種口服細菌疫苗是否可用作大規模COVID-19長期免疫平台的可能性。他們建構可表現與COVID-19發病機制相關的病毒蛋白的重組沙門氏桿菌，並在體外和動物實驗研究這種口服疫苗候選菌株。他們將病毒蛋白基因選殖到表現載體中，然後轉形到沙門氏桿菌，發現小鼠口服該疫苗時，疫苗能夠促進抗原特異性抗體的產生，並誘導細胞性免疫，而且並無顯著毒性作用。研究結果表明沙門氏桿菌可以開發作為COVID-19口服疫苗的平台，作為未來應對各種變異冠狀病毒株和新傳染病爆發的替代方案。

四、未來展望

減毒的沙門氏桿菌同時攜帶多種病原體（細菌、病毒及原蟲等）及腫瘤的抗原，提供廣泛的防護範圍，亦可與佐劑結合，如表達IL-12、GM-CSF等免疫促進分子，增加免疫原性，建構多價與組合疫苗。利用合成生物學設計可以精確調控沙門氏桿菌所攜之外源抗原表達的方式與劑量，亦可用於腫瘤新抗原個人化疫苗製作運用於癌症精準醫療。此外，沙門氏桿菌載體疫苗亦可用於腸道菌群相容性研究，有助人們了解減毒的沙門氏桿菌與宿主正常菌叢互動關係及對疫苗效力的影響。

五、安全性與挑戰

1. 致病性可能性：若沙門氏桿菌減毒不足，可能引起免疫力低下或不足的宿主受到感染而致病，若發生突變亦可能出現毒性更強的變異菌株，引起嚴重疾病。
2. 基因穩定性不足：質體表達系統（如pBR322）雖可高度表現，但是表現可能不穩定，質體丟失或突變可能導致抗原表現喪失。
3. 免疫耐受性產生：長期低量抗原暴露可能導致宿主產生免疫耐受性，而非疫苗保護性反應。
4. 法規限制：減毒的沙門氏桿菌屬於基因改造生物（Genetically modified organism，GMO），需遵守嚴格的生物安全規範及臨床試驗要求。

延伸閱讀
1.    Effective Immune Protection of Mice from Murine Cytomegalovirus Infection by Oral Salmonella-Based Vaccine Expressing Viral M78 Antigen. Liu Y, Gong H, Zhu J, Liu F.Vaccines (Basel). 2025 Jan 28;13(2):137. doi: 10.3390/vaccines13020137.
2.    Cobb J, Soliman SSM, Retuerto M, Quijano JC, Orr C, Ghannoum M, Kandeel F, Husseiny MI. Changes in the gut microbiota of NOD mice in response to an oral Salmonella-based vaccine against type 1 diabetes. PLoS One. 2023 May 24;18(5):e0285905. doi: 10.1371/journal.pone.0285905. eCollection 2023.
3.    Salmonella-mediated oral delivery of multiple-target vaccine constructs with conserved and variable regions of SARS-CoV-2 protect against the Delta and Omicron variants in hamster. Lloren KKS, Jawalagatti V, Hewawaduge C, Chandran S, Park JY, Lee JH.Microbes Infect. 2023 Jun;25(5):105101. doi: 10.1016/j.micinf.2023.105101. Epub 2023 Jan 16.
4.    Yoon W, Park Y, Kim S, Bang IS. Development of an Oral Salmonella-Based Vaccine Platform against SARS-CoV-2. Vaccines (Basel). 2022 Jan 1;10(1):67. doi: 10.3390/vaccines10010067.