mRNA疫苗的发展概况：第一部分

信使RNA是一种中间信使，通过多种途径传递到宿主细胞后被转译为抗原。二十多年来，RNA分子已多次用于疾病治疗和研究，包括体外转录(IVT) mRNA、小干扰RNA (siRNA)、RNA适体、核糖体开关、反义RNA和mRNA疫苗。

mRNA分子可以直接传递到细胞中，操纵基因表达或产生靶蛋白的想法在20世纪80年代末首次得到证实。Malone等人首先证明了阳离子脂质N-[1-(2,3-二乙氧基)丙基]-N,N,N-三甲基氯化铵可以有效转化NIH3T3成纤维细胞、染色RNA。

在接下来的20年里，将mRNA分子转染到宿主细胞以表达靶基因的想法经历了几次技术改进(图1，图2)。

图1基于mRNA的药物技术发展中的一些关键发现和进展时间表

绿色方框代表mRNA机制的发现和进展;蓝框代表基于mRNA的药物应用的发现和进展。

图2 mRNA疫苗接种目标和里程碑

疫苗的开发一般可分为两类:基因型疫苗和蛋白质型疫苗。蛋白基是一种传统的方法，依赖于稀释或重组蛋白作为免疫原直接传递，以激活适应性和体液免疫应答。基因疫苗是通过DNA或RNA载体传递到宿主细胞并进行表达，产生相应抗原，诱导宿主免疫应答。

基于核酸(包括病毒载体、质粒DNA (pDNA)和mRNA)的疫苗由于能诱导广泛的保护性免疫反应，并可通过快速灵活的制造过程产生，适合于快速反应和应用。pDNA和病毒载体已被评估为疫苗平台，并证实了其安全性和免疫原性。然而，pDNA进入靶细胞细胞核的效率相当低，而病毒载体可以诱导干扰载体特异性免疫反应对抗病毒结构蛋白，特别是当免疫反应增强时。近十年来，人们对基于mRNA的疫苗越来越感兴趣，开展了越来越多的研究活动。

图3疫苗平台比较

来自病毒本身的疫苗(左)和核酸疫苗，如自扩增RNA疫苗(右)。核酸疫苗来源于病毒基因组的知识，其中糖蛋白被编码到核酸中，并通过合成载体(如脂质纳米颗粒)或惰性病毒(如腺病毒)传递系统传递。编码抗原的序列随后由宿主细胞表达。

信使RNA疫苗的第一个优点是生产简单、快速。mRNA疫苗的核心原理是提供编码靶抗原或免疫原的转录本。一旦编码免疫原的序列可用，就可以立即在同一平台上进行RNA合成。该过程易于规模化，不依赖细胞，在mRNA制备和制造过程中平台变化很小。

其次，mRNA疫苗通过转染后mRNA的快速翻译来表达目的蛋白(抗原)。mRNA疫苗比DNA疫苗具有更高的生物安全性，因为抗原的转译发生在细胞质而不是细胞核，所以与DNA疫苗相比，mRNA整合到基因组的可能性要小得多。此外，信使RNA是比DNA更安全的载体，因为信使RNA携带一个短序列需要翻译，它是一个短暂的分子，不与宿主基因组相互作用。

第三，蛋白质疫苗通常是由细菌生产的，而mRNA疫苗是由宿主的翻译机制翻译的。因此，有可能形成一个抗原，模仿病毒基因组表达的蛋白质结构，包括翻译后修饰。

然而，mRNA疫苗的储存和运输需要超低温，而蛋白质疫苗可以在不那么严格的条件下储存和运输。据报道，COVID-19疫苗在室温下可以保持24小时稳定。因此，在温暖的国家和地区储存和转移数以百万计的mRNA疫苗是一个巨大的技术障碍和经济负担。然而，随着脂质纳米颗粒技术的发展，mRNA疫苗可以在不太严格的条件下保持稳定性。

目前已开发出两种形式的信使RNA疫苗:编码5 '和3'UTR两侧靶标抗原的传统信使RNA(非复制)和来自正链RNA病毒基因组的自扩增信使RNA (saRNA)。自扩增mRNA不仅可以编码抗原，还可以编码细胞内RNA扩增所需的病毒复制机制，从而导致抗原的高水平表达(图4)。表1总结了每种mRNA技术的独特属性和需要克服的障碍。

图4 mRNA疫苗类型及抗原表达机制示意图

传统的mRNA携带感兴趣抗原(GOI)的编码序列，两侧有5 '和3'UTR，末端有5 '帽结构和3'poly (A)尾。一旦进入细胞并从核内体释放到细胞质中，信使RNA立即被翻译。自扩增mRNA通常来源于正链单链RNA病毒(如α病毒)的基因组，它编码细胞内RNA扩增和抗原高水平表达所需的相关抗原和病毒非结构蛋白(nsps)。自扩增mRNA可引导其自扩增产生RNA中间体和许多编码亚基因组mRNA的抗原拷贝，从而产生高水平的编码抗原。传统的mRNA疫苗和自我扩增的mRNA疫苗都需要一个传递系统来进行细胞摄取，通常是通过内吞作用，然后将mRNA从核内体卸载到细胞质中，在那里细胞质被翻译，蛋白质被加工为MHC提交。一旦进入细胞，mRNA几乎立即被核内体和细胞质中的模式识别受体(pRR)感知。toll样受体TLR3、TLR7和TLR8等pRR位于核内体，RIG-I、MDA5、pKR和OAS等细胞质传感器也识别胞质中的双链和单链RNA。

表1不同mRNA的优缺点

与非扩增RNA相比，自扩增RNA具有mRNA疫苗发展迅速、模块化设计、无细胞合成等优点。由于其自身的复制特性，所需的RNA剂量较低，从而减少了原料药和产品的生产负担，并在应对大流行方面具有潜在优势，使大量人口能够在短时间内接种疫苗。

saRNA疫苗来源于A病毒的基因组。这种疫苗包含一个负责病毒RNA复制的基因和另一个编码治疗性抗原的转基因基因。根据获得抗原表达方式的不同，自扩增RNA包括基于DNA质粒的saRNA、病毒样粒子递送saRNA和体外转录saRNA(图5)。

图5基于病毒复制子RNA的抗原编码mRNA的表达

A)基于DNA质粒的saRNA以质粒DNA为载体，将复制酶基因和转基因转入细胞核，并在细胞核内翻译mRNA。B)病毒样颗粒包裹saRNA，并通过受体介导的内吞作用将复制子RNA转移到细胞质中形成核内体。C)体外转录的saRNA以生理盐水或合成制剂的形式传递。

(来源:互联网,仅供参考)