Zapomeran

摘要：mRNA 疫苗在应对新冠疫情中展现出重要价值，其快速的研发和生产能力令人瞩目。本文将详细介绍 mRNA 疫苗的设计原理、制造过程、作用机制，以及在新冠疫苗研发中的应用和面临的挑战，并探讨其未来发展方向，帮助读者全面了解这一前沿疫苗技术。一、mRNA 疫苗：疫苗领域的新希望传统疫苗在应对一些疾病时存在生产周期长、效果有限等问题 。mRNA 疫苗则具有独特优势，它能快速设计和生产，可针对新兴病原体迅速做出反应，并且安全性良好，引发的免疫反应也很强大 。新冠疫情期间，mRNA 疫苗如 Comirnaty 和 Spikevax 的成功研发和广泛应用，极大地推动了这一领域的发展 。接下来，让我们深入了解 mRNA 疫苗的方方面面 。二、mRNA 疫苗的设计与优化策略mRNA 疫苗主要分为自我扩增型（SAM 或 saRNA）疫苗和传统非复制型 mRNA 疫苗（原文图 1A、B 展示两种疫苗结构）。它们都包含 5’- 帽结构、非翻译区（UTRs）、开放阅读框（ORF）和聚 A 尾等关键元件，对这些元件进行优化能提升疫苗性能 。5’- 帽的关键作用与优化：5’- 帽结构对于 mRNA 的稳定性、防止被核酸外切酶降解以及启动翻译至关重要 。它还能帮助 mRNA 逃避先天免疫识别 。在生产 IVT mRNA 时，常用 CleanCap 等进行加帽，其加帽效率高且能直接形成 cap-1 结构，可减少生产复杂性 。不过，加帽过程中产生的未加帽转录本可能引发免疫反应，因此 IVT 后进行磷酸酶处理很有必要（结合图 1D 说明加帽相关内容 ）。UTRs 的调控作用及优化策略：UTRs 分为 5’-UTR 和 3’-UTR，它们对翻译效率有着重要影响 。5’-UTR 帮助核糖体结合启动翻译，但过长的富含 GC 序列或复杂二级结构会起抑制作用；3’-UTR 则影响 mRNA 的稳定性、定位和翻译 。优化 UTRs 可通过选用高表达人类基因的 5’-UTR，如 α - 珠蛋白的 5’-UTR；利用随机 UTR 文库和 SELEX 技术筛选优良的 3’-UTR 等方法实现 。ORF 的优化要点：优化 ORF 可提高翻译效率，通过选择细胞 tRNA 频繁识别的同义密码子，能加快翻译速度、增加蛋白表达 。但翻译速度过快可能导致蛋白折叠异常，所以有时需要引入稀有密码子来控制翻译节奏 。此外，调整 ORF 的 GC 含量也能提升 mRNA 稳定性和翻译效率 。如今，人工智能在优化 ORF 序列方面发挥着重要作用，可降低尿苷含量、增加 GC 含量，改善 mRNA 性能 。聚 A 尾的重要性与添加方式：聚 A 尾能增强 mRNA 的稳定性、翻译效率和体内半衰期 。它与多聚腺苷酸结合蛋白（PABP）相互作用，对翻译起始十分关键 。一般认为 120 个核苷酸长度的聚 A 尾对 IVT mRNA 疫苗较为理想 。添加聚 A 尾的方法有在 DNA 模板中编码和转录后用多聚腺苷酸聚合酶添加两种，前者是常用方法，但在质粒扩增时可能存在稳定性问题；后者虽能产生不同长度的聚 A 尾，且成本高、耗时久，但也有其应用场景 。三、mRNA 疫苗的制造过程1.mRNA 的体外合成：mRNA 疫苗生产始于体外转录（IVT），以 DNA 模板合成 mRNA 。质粒 DNA（pDNA）因适合大规模生产、成本低且诱变风险小，常被用于大规模 mRNA 生产 。转录时需加入核糖核苷酸、RNA 聚合酶（如 T7 RNA 聚合酶）等，同时采用优化 T7 RNA 聚合酶、控制核苷酸浓度等策略，可提高 IVT mRNA 的产量和翻译效率。2.mRNA 的纯化：IVT 后，mRNA 需要纯化，去除残留的反应成分，尤其是双链 RNA（dsRNA），因为它会激活先天免疫反应、抑制蛋白表达 。常用的纯化方法包括氯化锂沉淀、酚 - 氯仿萃取、离子交换色谱等 。在符合 GMP 标准的生产中，更倾向使用快速蛋白液相色谱（FPLC）或高效液相色谱（HPLC） 。此外，还有利用乙醇缓冲液结合纤维素柱的低成本大规模纯化方法3.mRNA 的递送系统：裸露的 mRNA 难以穿过细胞膜，且易被 RNase 降解，直接注射还会引发过度的先天免疫激活，因此需要有效的递送系统（原文图 3，展示不同的 mRNA 递送方法） 。脂质纳米颗粒（LNPs）：LNPs 是目前最有效的 mRNA 递送载体，被广泛应用于已获批的新冠 mRNA 疫苗中 。它由可电离脂质、中性辅助脂质、聚乙二醇（PEG）和胆固醇组成（结合图 4 介绍 LNPs 的成分） 。可电离脂质在低 pH 值下带正电，有助于 mRNA 的包封和内体逃逸；PEG 可防止纳米颗粒聚集，减少与血清蛋白的相互作用；胆固醇维持脂质层的完整性 。mRNA 通过微流体混合或乙醇加载等方法被包裹在 LNPs 中，形成的 mRNA-LNP 制剂经冻干处理可提高热稳定性 。其他递送策略：除 LNPs 外，还有基于聚合物的递送系统，如早期使用的二乙氨基乙基葡聚糖和常用于 saRNA 疫苗的聚乙烯亚胺（PEI）；阳离子肽如鱼精蛋白，可保护 mRNA 但可能影响蛋白表达；以树突状细胞为靶点的递送策略主要用于癌症疫苗开发 。4.mRNA 疫苗的给药途径：mRNA 疫苗的给药途径会影响蛋白表达和免疫反应。常见的给药途径包括皮内注射、肌肉注射和皮下注射（可结合相关研究数据，说明不同途径的优缺点） 。皮内注射能引发较强的抗体反应，但存在局部副作用且注射体积受限；皮下注射因皮下免疫细胞较少，效果相对较弱；肌肉注射是目前最常用的给药途径，尤其是在新冠疫苗接种中，它可支持较大的注射体积，副作用相对较少 。四、mRNA 疫苗激活免疫系统的机制激活适应性免疫系统：mRNA 疫苗通过 LNPs 进入宿主细胞后，经内吞作用进入细胞，然后从内体逃逸并被核糖体翻译为抗原蛋白 。这些抗原蛋白可被 B 细胞识别，引发抗体反应；也可被抗原呈递细胞（APCs）摄取，通过 MHC II 类分子呈递给 CD4+ T 细胞，激活细胞免疫反应；还能被蛋白酶体降解为肽段，经 MHC I 类分子呈递给 CD8+ 细胞毒性 T 细胞，从而产生细胞免疫和体液免疫反应（原文图 6A，直观展示适应性免疫反应过程） 。激活先天免疫系统及应对策略：外源性 mRNA，包括 IVT mRNA 疫苗，可被模式识别受体（PRRs）识别，引发先天免疫反应，如产生干扰素、炎症反应和激活 APCs 。虽然这种 “自我佐剂” 特性有助于增强免疫反应，但也可能导致 mRNA 降解和翻译抑制，降低疫苗效力，还可能引发如发热、寒战、恶心等副作用，在年轻人群中甚至可能出现严重过敏反应（如心肌炎） 。为解决这些问题，可采用修饰核苷酸（如假尿苷、5 - 甲基胞苷等）降低免疫原性，提高体内半衰期和蛋白表达；使用 FPLC、HPLC 等纯化方法去除 dsRNA；对残留的未加帽 mRNA 进行磷酸酶处理等策略 。五、mRNA 疫苗佐剂的应用佐剂可增强疫苗的免疫原性，虽然目前仅有少数被批准用于人类，但 mRNA 疫苗自身具有一定的自我佐剂特性，额外添加佐剂可进一步提升其效果 。例如，将获批的 MF59 加入阳离子纳米乳液中，可改善 saRNA 疫苗的性能；环二聚腺苷单磷酸（c - di - AMP）能增强流感 saRNA 疫苗的免疫原性 。此外，疫苗递送载体如 RNActive 平台中的鱼精蛋白，以及 LNPs 本身，都可作为佐剂，诱导强烈的 T 辅助 1（Th1）T 细胞反应 。六、新冠 mRNA 疫苗的研发与应用新冠 mRNA 疫苗候选产品对比：新冠疫情期间，多种 mRNA 疫苗被研发出来（插入原文表 3，详细对比各新冠 mRNA 疫苗候选产品） 。mRNA-1273：由 Moderna 开发，是一种核苷修饰的 mRNA 疫苗，包裹在 LNPs 中，编码带有两个脯氨酸替代的全长刺突蛋白（S2P），能稳定蛋白的预融合构象 。临床前研究显示其在小鼠体内可诱导高滴度的中和抗体，临床试验中预防症状性 COVID-19 的有效率达 94.1% 。BNT162b2：由 BioNTech 和 Pfizer 联合研发，同样是核苷修饰、LNP 包裹的 mRNA 疫苗，编码全长稳定的 S - 2P 。在临床前研究中，它在小鼠和恒河猴体内诱导出了强大的抗体反应和 T 细胞激活，临床试验中预防 COVID-19 的有效率高达 95%，成为首个获得 FDA 批准的新冠 mRNA 疫苗。CVnCoV：CureVac AG 开发的未修饰 mRNA 疫苗，虽然在临床前研究中能诱导小鼠和仓鼠产生病毒中和滴度和 T 细胞反应，但在 III 期临床试验中有效率仅为 48.2%，低于其他修饰的 mRNA 疫苗，最终开发终止。ARCoV：由 Walvax 研发，编码刺突蛋白的受体结合域（RBD），具有热稳定性，可在室温下保存至少一周。在临床试验中，它能诱导产生中和抗体，但因使用未修饰的核糖核苷酸，导致发热等不良事件发生频率较高，目前已获得印度尼西亚的紧急使用授权 。saRNA - 基于的新冠疫苗候选产品：自我扩增型 RNA（saRNA）疫苗也是新冠疫苗研发的方向之一。COVAC1：由伦敦帝国理工学院开发，编码 S - 2P 蛋白，通过 LNPs 递送 。在小鼠实验中能诱导出较强的免疫反应，但在人体 I 期试验中，免疫原性低于预期，可能是由于物种间免疫复杂性的差异 。ARCT - 021：Arcturus Therapeutics 公司的产品，编码全长非突变刺突蛋白，使用 STARR 技术和 LUNAR 纳米颗粒 。在 I 期试验中耐受性良好，II 期试验显示出剂量依赖性的抗体反应 。基于此平台改进的 ARCT - 154 成为首个在日本获批的 saRNA 疫苗，对预防严重 COVID - 19 的有效率达 95.3% 。针对变异株的新冠 mRNA 疫苗：SARS - CoV - 2 不断变异，出现了如 Beta、Gamma、Delta 和 Omicron 等变异株，这些变异株的出现降低了现有疫苗的效力 。为应对这一问题，研发了针对变异株的 mRNA 疫苗（结合表 4，分析不同变异株对疫苗效力的影响） 。例如，Moderna 的 mRNA - 1273.214 等多价疫苗，针对原始毒株和 Omicron 变异株 BA.1 的刺突蛋白，能提供更广泛的保护；Pfizer - BioNTech 的 Comirnaty XBB.1.5 针对 XBB.1.5 变异株，可诱导出针对该变异株及相关 Omicron 亚变异株的强中和抗体反应 。广谱新冠 mRNA 疫苗：为了应对不断出现的变异株，科学家们致力于研发能提供更广泛保护的广谱 mRNA 疫苗 。例如，通过删除 S 蛋白中 RBD 和 S2 结构域的糖基化位点，暴露保守表位，增强对多种变异株的免疫反应；将多个变异株的关键突变整合到疫苗抗原中，如 RQ3013 和 NVSI - 06 - 09 等疫苗，在临床前或临床试验中展现出对多种变异株的有效保护 。七、下一代 mRNA 疫苗：联合 mRNA 疫苗随着新冠病毒新变异株的出现和免疫力的减弱，人们需要像接种流感疫苗一样定期接种新冠疫苗 。为了简化免疫接种流程，联合 mRNA 疫苗应运而生 。例如，Pfizer - BioNTech 探索将其针对 Omicron 变异株的二价新冠疫苗与四价基于 modRNA 的流感疫苗相结合；Abogen Biosciences 将其新冠 mRNA 疫苗 ARCOV 与流感 mRNA 疫苗 ARIAV 联合，在临床前研究中显示出对流感病毒和 SARS - CoV - 2 共感染的有效保护；Moderna 也在开发针对Moderna 也在开发针对 COVID - 19、流感和呼吸道合胞病毒（RSV）的三合一 mRNA 疫苗，有望通过一次接种预防三种主要的呼吸道疾病 。这些联合疫苗策略充分展示了 mRNA 疫苗在控制多种病毒方面的潜力 。八、mRNA 疫苗的未来展望mRNA 疫苗在多个领域展现出了巨大的发展潜力 。在递送系统方面，LNPs 将不断优化，以提高稳定性、实现靶向递送，并探索如冻干和化学修饰等替代冷藏的储存方法，同时新型递送平台如口服剂型和植物源囊泡也在逐步兴起 。在应用范围上，mRNA 疫苗不仅在传染病防治领域发挥重要作用，还在癌症免疫治疗（如针对常见 KRAS 突变的疫苗和 HPV 相关肿瘤疫苗）和自身免疫性疾病治疗（通过调节调节性 T 细胞实现免疫平衡）等方面不断拓展 。此外，多价 mRNA 疫苗能够结合多种抗原表位，为应对快速变异的病原体提供更广泛的保护；个性化疫苗则根据个体的基因和免疫特征定制，进一步提高疫苗的有效性和安全性 。在剂量研究方面，科研人员致力于找到既能激活免疫反应又能减少副作用的最佳剂量，同时提高全球疫苗可及性的工作也在推进，包括技术转让、在低收入地区建立本地生产能力以及优化物流配送等 。人工智能技术的应用将加速 mRNA 疫苗的设计过程，通过优化稳定性、密码子使用和结构完整性等方面，助力开发出更高效的疫苗 。九、总结BNT162b2 和 mRNA - 1273 等 mRNA 疫苗在抗击新冠疫情中取得了显著成效，但在优化使用和提高可及性方面仍面临挑战 。例如，部分不良反应如心肌炎等可能与高剂量有关，优化剂量有望降低这些风险；mRNA 疫苗对超低温储存的要求限制了其在一些地区的分发，不过 LNP 配方和稳定剂的改进正在逐步提高疫苗在较高温度下的稳定性；此外，高昂的成本也阻碍了低收入国家对疫苗的获取，需要进一步降低生产成本和优化制造工艺 。随着 SARS - CoV - 2 的持续变异，研发针对变异株的多价和广谱疫苗至关重要 。联合 mRNA 疫苗为预防多种呼吸道疾病提供了便利，但公众对 mRNA 疫苗的接受度仍有待提高 。随着更多关于 mRNA 疫苗有效性和安全性数据的公布，公众的接受度有望像在新冠疫情期间一样逐渐增加 （原文图 8，展示全球新冠 mRNA 疫苗的接种情况，直观呈现公众对疫苗的接受趋势） 。识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观不本站。

SAN DIEGO --(BUSINESS WIRE)--Apr. 10, 2025-- Arcturus Therapeutics Holdings Inc. (the “Company”, “Arcturus”, Nasdaq: ARCT), a commercial messenger RNA medicine company focused on the development of infectious disease vaccines and opportunities within liver and respiratory rare diseases, today announced that the U.S. Food and Drug Administration (FDA) has granted Fast Track Designation for the self-amplifying mRNA (sa-mRNA) vaccine candidate, ARCT-2304, designed for active immunization to protect against disease caused by influenza A H5N1 subtype contained in the vaccine. This designation recognizes the potential of ARCT-2304 as an innovative approach to address unmet medical needs for the prevention of disease caused by pandemic influenza A virus H5N1, a significant global health risk. The Phase 1 clinical study initiated in November 2024 . Fast Track Designation from the FDA is granted to vaccines intended to prevent serious conditions caused by infectious disease. The designation is designed to expedite the development and review process, providing several benefits, including enhanced communication with the FDA and eligibility for priority review, and the possibility of a rolling review. “We are pleased to receive Fast Track Designation from the FDA for ARCT-2304,” said Joseph Payne , President and CEO of Arcturus Therapeutics . “We remain steadfast in our commitment to the U.S. government to develop safe and effective STARR® next-generation mRNA vaccines to protect U.S. citizens from future pandemic threats. This designation from the FDA is an important step forward in our mission to provide protective solutions for global health crises.” This project has been supported in whole with federal funds from the Department of Health and Human Services ; Administration for Strategic Preparedness and Response; Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA), under contract number 75A50122C0007. About ARCT-2304 (LUNAR-H5N1) ARCT-2304, also known as LUNAR-H5N1, is a STARR® sa-mRNA vaccine candidate formulated with Arcturus proprietary LUNAR® delivery technology. The sa-mRNA vaccine candidate is designed to make many copies of mRNA within the host cell after intramuscular injection to achieve enhanced expression of haemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) antigens, thereby enabling lower doses than conventional mRNA vaccines. Utilizing a sa-mRNA-based platform for pandemic influenza vaccine development offers further options for meeting domestic vaccine manufacturing surge capacity goals. The technology may make vaccines available much sooner than egg- and cell-based technologies. The lyophilized vaccine formulation is stable in refrigerators, thereby simplifying cold-chain storage and reducing distribution risks. About Arcturus Founded in 2013 and based in San Diego, California , Arcturus Therapeutics Holdings Inc. (Nasdaq: ARCT) is a commercial mRNA medicines and vaccines company with enabling technologies: (i) LUNAR® lipid-mediated delivery, (ii) STARR® mRNA technology (sa-mRNA) and (iii) mRNA drug substance along with drug product manufacturing expertise. Arcturus developed KOSTAIVE®, the first self-amplifying messenger RNA (sa-mRNA) COVID vaccine in the world to be approved. Arcturus has an ongoing global collaboration for innovative mRNA vaccines with CSL Seqirus, and a joint venture in Japan , ARCALIS , focused on the manufacture of mRNA vaccines and therapeutics. Arcturus’ pipeline includes RNA therapeutic candidates to potentially treat ornithine transcarbamylase (OTC) deficiency and cystic fibrosis (CF), along with its partnered mRNA vaccine programs for SARS-CoV-2 (COVID-19) and influenza. Arcturus’ versatile RNA therapeutics platforms can be applied toward multiple types of nucleic acid medicines including messenger RNA, small interfering RNA, circular RNA, antisense RNA, self-amplifying RNA, DNA, and gene editing therapeutics. Arcturus' technologies are covered by its extensive patent portfolio (over 500 patents and patent applications in the U.S. , Europe , Japan , China , and other countries). For more information, visit www.ArcturusRx.com. In addition, please connect with us on Twitter and LinkedIn. Forward Looking Statements This press release contains forward-looking statements that involve substantial risks and uncertainties for purposes of the safe harbor provided by the Private Securities Litigation Reform Act of 1995. Any statements, other than statements of historical fact included in this press release, are forward-looking statements, including those regarding the likelihood of success (including safety and efficacy) of ARCT-2304, the likelihood of ARCT-2304 attaining approval or addressing unmet medical needs, the continued development of ARCT-2304, the continued involvement and support of BARDA, and the impact of general business and economic conditions. Arcturus may not actually achieve the plans, carry out the intentions or meet the expectations or projections disclosed in any forward-looking statements such as the foregoing and you should not place undue reliance on such forward-looking statements. These statements are only current predictions or expectations, and are subject to known and unknown risks, uncertainties, and other factors that may cause our or our industry’s actual results, levels of activity, performance or achievements to be materially different from those anticipated by the forward-looking statements, including those discussed under the heading "Risk Factors" in Arcturus’ most recent Annual Report on Form 10-K, and in subsequent filings with, or submissions to, the SEC , which are available on the SEC’s website at www.sec.gov. Except as otherwise required by law, Arcturus disclaims any intention or obligation to update or revise any forward-looking statements, which speak only as of the date they were made, whether as a result of new information, future events or circumstances or otherwise. View source version on businesswire.com: https://www.businesswire.com/news/home/20250410338815/en/ Arcturus Therapeutics Public Relations & Investor Relations Neda Safarzadeh VP, Head of IR/PR/Marketing (858) 900-2682 IR@ArcturusRx.com Source: Arcturus Therapeutics Holdings Inc.