基因治療領(lǐng)域的后起之秀-mRNA疫苗
據(jù)路透社3月15日?qǐng)?bào)道：美國(guó)政府正試圖說(shuō)服德國(guó)公司CureVac搬遷到美國(guó)并壟斷其疫苗生產(chǎn)，而德國(guó)政府希望該公司能留在本國(guó)。那么，CureVac公司擁有什么重要的東西竟讓兩個(gè)國(guó)家政府直接出面進(jìn)行爭(zhēng)奪？答案就是——mRNA疫苗制備技術(shù)。
什么是mRNA疫苗
mRNA疫苗是將RNA在體外進(jìn)行相關(guān)的修飾后傳遞至機(jī)體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)并產(chǎn)生蛋白抗原，從而導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生針對(duì)該抗原的免疫應(yīng)答，進(jìn)而擴(kuò)大機(jī)體的免疫能力[1,3]。
圖1：直接注射mRNA疫苗效果示意圖[2]
mRNA疫苗的分類
mRNA疫苗分為非復(fù)制性mRNA(nonreplicating mRNA)和自擴(kuò)增mRNA(self-amplifying mRNA)兩類：自擴(kuò)增mRNA不僅編碼目標(biāo)抗原，而且還編碼能夠使細(xì)胞內(nèi)RNA擴(kuò)增和蛋白表達(dá)的復(fù)制機(jī)制。非復(fù)制性mRNA疫苗僅編碼目標(biāo)抗原并包含5′和3′非翻譯區(qū)（UTR），它們提供對(duì)適應(yīng)性和先天免疫力的綜合刺激，即原位抗原表達(dá)和危險(xiǎn)信號(hào)傳遞，具備有以下應(yīng)用特性[2,3]
●可提供對(duì)適應(yīng)性和先天免疫力的綜合刺激，即原位抗原表達(dá)和危險(xiǎn)信號(hào)傳遞
●可以誘導(dǎo)“平衡”免疫反應(yīng)，包括體液和細(xì)胞效應(yīng)因子以及免疫記憶
●可結(jié)合不同的抗原而不會(huì)增加疫苗配制的復(fù)雜性
●可通過(guò)重復(fù)性的疫苗接種實(shí)現(xiàn)持續(xù)的免疫潛力提升，并且對(duì)載體沒(méi)有或有很少的免疫反應(yīng)
●熱穩(wěn)定mRNA疫苗可簡(jiǎn)化疫苗的運(yùn)輸和儲(chǔ)存
圖2：mRNA疫苗的示意圖及其抗原表達(dá)的機(jī)制[4]
mRNA疫苗的特點(diǎn)
相比傳統(tǒng)疫苗，mRNA疫苗生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)速度快、無(wú)需細(xì)胞培養(yǎng)、成本低。相較與DNA疫苗，mRNA疫苗無(wú)需進(jìn)入細(xì)胞核，沒(méi)有整合至宿主基因組的風(fēng)險(xiǎn)，半衰期可以通過(guò)修飾進(jìn)行調(diào)整。
表1：mRNA疫苗的優(yōu)缺點(diǎn)
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優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
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mRNA 疫苗 |
研發(fā)快速，疫苗生產(chǎn)僅需40天 |
mRNA在生理?xiàng)l件下的不穩(wěn)定性，易降解 |
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無(wú)需任何的核定位信號(hào)、轉(zhuǎn)錄 |
引發(fā)不必要的免疫反應(yīng) |
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不會(huì)整合到基因組，避免可能的治療性突變 |
安全性核有效性有待驗(yàn)證 |
圖3：mRNA疫苗生產(chǎn)制備流程圖[4]
mRNA疫苗制備的改進(jìn)策略
由于mRNA自身的穩(wěn)定性差、易被組織內(nèi)的核酸酶降解、進(jìn)入細(xì)胞的效率較低、翻譯效率較低等問(wèn)題，這些缺陷限制了mRNA疫苗的應(yīng)用，不同的遞送載體對(duì)mRNA疫苗的穩(wěn)定性和翻譯效率也起到非常關(guān)鍵的作用，遞送載體可分為病毒載體和非病毒載體（包括脂質(zhì)體、非脂質(zhì)體、病毒、納米顆粒等）。因此需要進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)措施，以下是mRNA制備的藥理學(xué)改進(jìn)策略[2]
合成帽類似物或使用加帽酶通過(guò)與真核翻譯起始因子4E（EIF4E）結(jié)合來(lái)穩(wěn)定mRNA并增加蛋白翻譯
調(diào)節(jié)5′-非翻譯區(qū)（UTR）和3′-UTR中的元件來(lái)穩(wěn)定mRNA并增加蛋白翻譯
添加Poly（A）尾可使mRNA穩(wěn)定并增加蛋白質(zhì)翻譯
修飾核苷來(lái)減少先天免疫激活并增加翻譯
使用RNase III處理和快速蛋白質(zhì)液相色譜（FPLC）純化可降低免疫激活并增加翻譯
優(yōu)化序列或密碼子來(lái)增加翻譯
翻譯起始因子和其他方法的共同遞送來(lái)改變翻譯和免疫原性
圖4：體外轉(zhuǎn)錄（IVT）mRNA生產(chǎn)和裝配過(guò)程[5]
相關(guān)公司及疫苗簡(jiǎn)介
目前，已有多家企業(yè)以mRNA為研究基礎(chǔ)或擁有mRNA研發(fā)平臺(tái)，部分產(chǎn)品也已進(jìn)入臨床研究階段，相關(guān)信息如下表2、3所示。
表2：全球主要的mRNA疫苗公司概況
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公司名稱 |
成立時(shí)期 |
注冊(cè)地 |
研究技術(shù)平臺(tái) |
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Argos Therapeutics |
1997 |
美國(guó) |
擁有先進(jìn)的免疫療法技術(shù)Arcelis平臺(tái)
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CureVac |
2000 |
德國(guó) |
擁有RNActive、RNArt、RNAntibody、RNAdjuvant 技術(shù)平臺(tái) |
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BioNTech |
2008 |
德國(guó) |
擁有mRNA藥物/疫苗、細(xì)胞治療、抗體藥物等藥物研發(fā)平臺(tái) |
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Moderna |
2010 |
美國(guó) |
擁有mRNA技術(shù)、交付技術(shù)和制造流程mRNA轉(zhuǎn)化藥物平臺(tái) |
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eTheRNA Immunotherapies |
2013 |
比利時(shí) |
擁有基于APC激活mRNA平臺(tái)開(kāi)發(fā)新的免疫腫瘤療法 |
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斯微生物 |
2016 |
中國(guó) |
擁有中國(guó)領(lǐng)先的mRNA藥物平臺(tái)和產(chǎn)品管線 |
注：以上信息均來(lái)自對(duì)應(yīng)公司官網(wǎng)信息
表3：相關(guān)mRNA疫苗及藥物臨床進(jìn)展概況
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公司名 |
藥物編號(hào) |
適應(yīng)癥 |
臨床進(jìn)展 |
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BioNTech |
BNT1222 |
Melanoma（黑色素瘤） |
Phase 2 |
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BNT112 |
Prostate cancer（前列腺癌） |
Phase 1 |
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BNT113 |
HPV16+ head and neckcancer1（HPV和頭頸癌） |
Phase 1 |
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CureVac |
CV8102 |
Melanoma、Adenoidcystic Carcinoma（黑色素瘤等腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)） |
Phase 1 |
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CV9202 |
NSCLC（非小細(xì)胞肺癌） |
Phase 1 |
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CV7202 |
rabies virus（狂犬病病毒） |
Phase 1 |
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CV7301 |
Influenza (流感) |
Pre-clinical |
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Moderna |
mRNA-4157 |
Solid tumors(實(shí)體瘤) |
Phase 1 |
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mRNA-4157 |
Melanoma（黑色素瘤） |
Phase 2 |
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mRNA-1647 |
Cytomegalovirus (CMV，巨噬細(xì)胞病毒) |
Phase 1 |
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mRNA-1893 |
Zika（寨卡病毒） |
Phase 1 |
注：以上數(shù)據(jù)信息均來(lái)自對(duì)應(yīng)BioNTech 、CureVac 、Moderna公司官網(wǎng)公開(kāi)信息（截止日期：20200330）
制備所需關(guān)鍵原料
mRNA疫苗的制備需要多種原料來(lái)保證疫苗的成功開(kāi)發(fā)，翌圣生物作為國(guó)內(nèi)分子酶產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者，通過(guò)分子酶雙向技術(shù)平臺(tái)、大規(guī)模蛋白發(fā)酵純化技術(shù)平臺(tái)，目前已成功開(kāi)發(fā)各類分子酶相關(guān)原料的產(chǎn)品，并獲得了廣大用戶的認(rèn)可。
表4：相關(guān)mRNA疫苗所需原料
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產(chǎn)品名稱 |
貨號(hào) |
規(guī)格 |
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10614ES84/92 |
2000/10000U |
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10612ES84/92 |
2000/10000U |
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10613ES92/97 |
10/50KU |
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10621ES10/20 |
10/20 KU |
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10620ES10/60 |
10/100U |
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10611ES76/84 |
500/2000U |
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10623ES50/60 |
50/100T |
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10619ES02 |
0.5ml |
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10132ES03 |
1ml |
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10133ES03 |
1 Set (4 vial) |
應(yīng)用展望
mRNA疫苗以其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、開(kāi)發(fā)速度快、成本低等正越來(lái)越受到各方的關(guān)注，將在腫瘤、傳染病及感染性疾病等預(yù)防和治療領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
【1】苗鶴凡, 郭勇, 江新香. mRNA疫苗研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)[J]. 免疫學(xué)雜志, 2016(05):446-449.
【2】Pardi N , Hogan M J , Porter F W , et al. mRNA vaccines — a new era in vaccinology[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2018.
【3】Kramps T., Elbers K. (2017) Introduction to RNA Vaccines. In: Kramps T., Elbers K. (eds) RNA Vaccines. Methods in Molecular Biology, vol 1499. Humana Press, New York, NY.
【4】Maruggi G , Zhang C , Li J , et al. mRNA as a Transformative Technology for Vaccine Development to Control Infectious Diseases[J]. Molecular Therapy, 2019.
【5】Sergio Linares-Fernández, Céline Lacroix, ,Tailoring mRNA Vaccine to Balance Innate/Adaptive Immune Response,Trends in Molecular Medicine,Volume 26, Issue 3,2020,Pages 311-323.
