mRNA疫苗佐剂的研究进展
2023-12-08
信使RNA疫苗
与传统疫苗相比，mRNA疫苗因具有高效、快速开发、安全给药和低成本制造等优点，已成为一种有前景的疫苗形式。自20世纪90年代以来，研究人员在临床前模型中连续尝试使用mRNA产生靶蛋白并开发针对传染病的mRNA疫苗。目前，mRNA疫苗在多种疾病的临床前和临床研究中显示出巨大潜力，如自身免疫性脑脊髓炎、肿瘤、寨卡病毒病、甲型流感、冠状病毒病、狂犬病等传染病。mRNA疫苗通常由三部分组成:指导抗原产生的合成RNA分子、mRNA递送材料和佐剂成分。佐剂通常是疫苗中除了非活性抗原之外的额外免疫刺激物，负责激活先天免疫，并提供必要的“帮助”，以提高适应性反应的强度和质量，从而对特定病原体提供最大程度的保护。佐剂可以影响mRNA疫苗的免疫反应类型，并决定是否提高中和抗体水平或增强抗原特异性细胞毒性。因此，加深mRNA疫苗中佐剂的理解至关重要，可以为设计下一代mRNA疫苗提供有价值的见解。基于mRNA固有特性的佐剂佐剂通常是一种免疫刺激剂，通过与先天免疫的PRRs结合引起免疫应答，从而增强疫苗的效力。众所周知，外源RNA分子在哺乳动物细胞中具有诱导免疫反应的潜力。在mRNA疫苗中用于表达抗原的外源性核苷未修饰mRNA通过触发先天免疫信号具有内在的佐剂活性。聚尿嘧啶（U）和钝端含有5'三磷酸的短双链RNA（dsRNA）可以作为mRNA疫苗的佐剂，通过TLR3和RIG-1信号通路增强免疫应答，而不阻碍抗原表达。TLRs和RIG-I信号的激活可诱导产生促炎细胞因子，如肿瘤相关因子-α（TNF-α）、白细胞介素6（IL-6）、IL-12、IL-1β和IFNα/β，这一方面增强了mRNA疫苗所需的保护性免疫，但另一方面可能导致过度炎症。图1 佐剂激活mRNA疫苗中的信号Kariko等人的开创性工作发现没有核苷修饰的RNA分子激活了TLR或RIG-I信号，从而引起抗病毒样免疫反应，这可能损害RNA翻译并导致RNA降解。这种免疫激活可以通过核苷修饰的mRNA来避免，如假尿嘧啶，已广泛用于mRNA疫苗。最近的一项研究表明，辉瑞biontech公司的BNT162b2 mRNA疫苗中修饰的mRNA可能被黑色素瘤分化相关蛋白5（MDA-5）识别，从而触发IFNα的产生，最终促进抗原特异性T细胞和抗体的反应。在大多数情况下，宿主干扰素反应抑制mRNA翻译并诱导RNA降解，但在其他一些情况下，促进mRNA疫苗诱导的抗原特异性反应。有必要进一步研究其潜在机制。总的来说，mRNA疫苗中的RNA分子可以通过内在的免疫刺激特性具有佐剂活性，在设计mRNA疫苗时应该考虑此问题。除了核糖核苷酸序列固有的自佐剂特性外，mRNA还可用于产生功能性免疫蛋白，如细胞因子和抗体，以促进抗原呈递，提高疫苗效力。抗原呈递细胞（APCs）对疫苗学至关重要，但如何有效地将抗原递送到APCs一直是一个挑战。Fc受体在APCs上广泛表达，以识别和结合抗体的Fc部分。因此，将抗原与Fc部分融合是一种将抗原传递到APCs的有效方法。最近有报道称，在K18启动子驱动的人血管紧张素转换酶2（K18-ACE2）转基因小鼠模型中，一种编码SARS-CoV-2人Fc共轭受体结合域（RBD-hFc）的mRNA疫苗可有效预防SARSCoV-2感染。在另一项研究中，利用mRNA编码的组成型活性STING突变体作为佐剂，扩增mRNA疫苗诱导的抗原特异性CD8+T细胞反应，抑制TC-1肿瘤生长。此外，通过mRNA编码免疫刺激分子和免疫检查点阻断抗体来恢复肿瘤微环境的免疫适应性也在mRNA癌症疫苗中进行了测试。例如，TriMix由编码CD40L、CD70和构成活性形式的TLR4的三个mRNA分子组成，目前正在临床试验中作为树突状细胞（DCs）疫苗的mRNA治疗来预防黑色素瘤的进展。mRNA编码双特异性T细胞接合器（BiTE）是消除晚期肿瘤的另一种有希望的治疗方法，它编码一种融合蛋白，在一个片段抗原结合臂上靶向CD3的抗体，在另一个片段抗原结合臂上靶向肿瘤抗原，以诱导持续的内源性双特异性T细胞接合抗体的合成。因此，利用mRNA与特异性功能性免疫蛋白（如STING蛋白、抗CD3抗体）作为佐剂共同产生抗原，是提高mRNA疫苗效力的可行途径。对于肿瘤免疫治疗中的mRNA疫苗，引导mRNA产生抗程序性细胞死亡1（PD-1）抗体等免疫调节剂也可能有助于增强mRNA疫苗的效力，值得进一步研究。基于给药系统成分的佐剂由于生物大分子和负电荷等理化特性，裸mRNA不能有效进入细胞，因此，递送工具是促进mRNA转移到细胞质中进行蛋白质翻译所必需的。虽然有许多方法可以促进mRNA进入细胞质，但脂质纳米颗粒（LNP）最近成为该领域的最佳递送材料。LNP通常由阳离子脂质组成，阳离子脂质与带负电荷的mRNA和结构“辅助”脂质（如胆固醇、磷脂或聚乙二醇偶联脂质）形成复合物。LNP系统中的一些脂质成分具有免疫刺激特性，可以作为mRNA疫苗的佐剂。具体来说，脂质包被的磷酸钙纳米颗粒可以作为人工纳米级Ca2+库，通过在细胞质中提供额外的Ca2+，上调CD80和CD86等共刺激分子，从而促进DC成熟。此外，阳离子脂质成分可能对LNP的佐剂活性至关重要。基于可电离阳离子脂质DLinDMA的LNP具有免疫刺激作用，可作为核苷修饰mRNA疫苗的佐剂，引发具有丰富中和抗体的强效TFH细胞反应和GCB细胞反应。此外，阳离子脂质样物质C1可以将mRNA传递到细胞内空间，促进IL-1β、IL-6、IL-12P70等炎性细胞因子的释放，并通过TLR4信号通路上调共刺激分子的表达。脂质C12-TLRa（由环氧化物C12和含胺TLR7/8激动剂组成）可促进mRNA疫苗递送和TLR应答，同时诱导高水平的中和抗体。另一种用于mRNA疫苗的可电离脂质样材料A2-Iso5–2DC18（A2）由不饱和脂质尾部、二氢咪唑连接体和环胺头基团组成，可激活STING信号传导并释放细胞因子，如C-X-C基元趋化因子10（CXCL10）、I型IFN，以增强免疫应答。非核苷酸STING激动剂衍生的氨基脂质SAL12也可以形成LNP以传递mRNA并诱导IFNβ的产生，从而引发针对SARS-Cov-242的有效中和抗体。二甲基二十八烷基铵（DDA）是一种季铵盐脂质，可与mRNA结合并引发先天免疫和Th1细胞应答，因此可作为狂犬病毒mRNA疫苗的有效免疫佐剂。然而，用于mRNA疫苗的脂质材料的固有免疫刺激特性并不总是对疫苗有益。最近的一项研究报道，mRNA疫苗中的脂质成分（DOTMA和DOPE）代替未修饰的mRNA，可促进单核细胞线粒体ROS的产生，激活NLRP3炎性体并释放IL-1β，从而引发人mRNA疫苗的炎症副反应。这些研究强调了脂质成分独立免疫刺激作用的重要性。因此，筛选合适、可行、具有适当免疫激活功能的脂质成分，对合理设计和开发具有重要意义。表1 mRNA疫苗中具有自佐剂活性的脂质和类脂质物质此外，佐剂的物理性质可能影响其免疫活性。最近，一项研究报告称，在针对呼吸道病毒的疫苗配方中，甘露聚糖的颗粒形式而不是可溶性形式可以作为佐剂。此外，一种显示甘露聚糖的模拟病原体的中空纳米颗粒可以激活DC中的Dectin-2和TLR4受体，并诱导Th17细胞分化以达到抗肿瘤反应。因此，在研制疫苗时还应考虑佐剂的物理特性，如大小和颗粒形态。考虑到许多mRNA疫苗也像LNP系统一样基于纳米递送，也需考虑纳米粒子的物理性质对疫苗效力的影响以及潜在的不良炎症副作用。基于附加免疫刺激剂的佐剂mRNA疫苗中使用的佐剂也可以是免疫刺激剂，而不是脂质成分或mRNA编码的免疫蛋白。富含精氨酸的鱼精蛋白肽可以通过与mRNA形成复合物在体内凝聚并传递mRNA。鱼精蛋白和mRNA形成的复合物可以进一步激活TLR7/8通路，从而引发B细胞和T细胞依赖性应答，对抗甲型流感或肿瘤。含有蛋白蛋白的mRNA疫苗递送平台已在治疗黑色素瘤、前列腺癌和非小细胞肺癌的临床试验中得到评估。另一种肽，胆固醇修饰阳离子肽DP7（VQWRIRVAVIRK），可以激活TLR2-MyD88-IKK-NF-κB通路，改善新抗原疫苗引起的免疫应答，从而作为个体化癌症疫苗的有效佐剂。mRNA疫苗中含有DP7的脂体可有效刺激DC成熟，产生CD103+DC（抗原呈递的主要DC亚型），并分泌促炎细胞因子如TNFα、IL-6、IL-12p70以促进mRNA疫苗的效果。棕榈酸修饰的TLR7/8激动剂R848（C16-R848）已被证明可促进mRNA传递效率并诱导有效的适应性免疫应答。一种糖脂抗原α-GC可以在APCs上的MHC-I样分子CD1d中呈递以激活自然杀伤T（NKT）细胞，也用于mRNA疫苗中以提高抗肿瘤效果。综上所述，mRNA疫苗中具有佐剂活性的免疫刺激剂是功能性肽、天然免疫受体（如TLR）的配体和天然免疫细胞（如NKT细胞）的激动剂。这些额外的免疫刺激剂通常通过激活TLR信号起作用。寻找独立于TLRs的触发先天免疫通路的激动剂作为mRNA疫苗的佐剂可能值得进一步探索。COVID-19 mRNA疫苗中的佐剂成分2019冠状病毒病大流行加速了mRNA疫苗研究的发展。在抗击SARS-CoV-2的战斗中，基于假尿嘧啶修饰的mRNA和LNP递送系统的Moderna和BioNTech疫苗取得了前所未有的成功。mRNA疫苗的纳米递送系统具有载体和佐剂的双重作用。此外，未经假尿嘧啶修饰的mRNA具有潜在的自辅助活性，可通过激活TLRs信号诱导炎症效应。然而，最近的一项临床试验报告显示，CureVac的未修饰mRNA疫苗（CVnCoV）在III期试验中预防SARS-CoV-2感染的有效性仅为47%，远远弱于mRNA修饰疫苗（mRNA-1273和BNT162b2）。此外，对CVnCoV、mRNA-1273和BNT162b2的免疫剂量和中和水平的研究表明，与其他两种疫苗相比，接种推荐剂量时CVnCoV的中和水平最低。对于三种mRNA疫苗的不同疗效，有几种可能的解释。首先，mRNA的免疫原性对疫苗的效力起着至关重要的作用。CVnCoV使用未修饰的mRNA结构，可能作为TLR等PRRs的配体引起炎症反应。有报道指出，mRNA疫苗诱导的I型IFN应答可能建立一种限制初始抗原表达的暂时状态，这不利于疫苗的效力。其次，CVnCoV的免疫剂量为12μg，mRNA-1273和BNT162b2的免疫剂量分别为30μg和100μg。较低的CVnCoV mRNA剂量也可能削弱疫苗的有效性。mRNA疫苗BNT162b2和mRNA-1273在保护人们免受不同病毒变体的COVID-19感染方面同样有效。虽然这两种疫苗都是基于核苷修饰的mRNA结构和LNP技术，但两种疫苗在设计上仍然存在一些差异。mRNA-1273的给药剂量低于BNT162b2。此外，mRNA-1273使用可电离脂质SM-102来实现稳定的纳米颗粒结构，而BNT162b2选择了另一种名为ALC-0315的脂质。BNT162b2和mRNA-1273的免疫原性一般可归因于核苷修饰mRNA的免疫识别、LNP的佐剂活性和疫苗的制造工艺等因素。BNT162b2仍然激活MDA-5信号通路，诱导I型IFN引发抗原特异性T细胞反应并产生中和抗体。LNP除可作为递送剂外，还可作为高效的佐剂。最近，人们发现LNP诱导的先天免疫反应与可电离脂质成分有关，因为含有mRNA的LNP可以诱导趋化因子如CXCL10、细胞因子IL-1β和IL-6的产生，而没有可电离脂质的空LNP失去了诱导有效抗体反应的能力。因此，LNP的佐剂活性也可能是mRNA疫苗BNT162b2和mRNA-1273具有免疫原性的原因。此外，在疫苗制备过程中，在合成mRNA的体外转录（IVT）过程中会产生dsRNA作为副产物。dsRNA可以通过各种细胞内PRRs传感器诱导有效的炎症反应，这有助于mRNA疫苗的免疫原性。这些发现表明，核苷修饰mRNA结构，通过纯化技术优化抗原编码mRNA的制备工艺，以及筛选具有递送和佐剂活性的合适的可电离脂质将是mRNA疫苗成功的关键。综上所述，mRNA疫苗中的佐剂大致可分为三类：（1）从其核苷酸序列或编码蛋白中具有自佐剂活性的RNA;（2）输送系统的组分，特别是LNP中可电离的阳离子脂质;（3）外源性免疫刺激剂。佐剂可以指导mRNA疫苗的免疫应答类型，因此选择合适的佐剂是设计mRNA疫苗治疗不同疾病的关键。一种理想的mRNA疫苗佐剂应该通过激发所需的强效免疫反应来提高疫苗效力，并帮助克服mRNA的缺点，如低稳定性和翻译效率。LNP系统中可电离的阳离子脂质可以极大地影响mRNA疫苗的效力。筛选具有佐剂活性和低毒性的高效递送剂，进一步研究阳离子脂质组分制备mRNA疫苗具有重要意义。此外，利用mRNA编码特异性功能性免疫蛋白和筛选先天免疫受体激动剂作为适用的佐剂也是mRNA疫苗佐剂开发的有希望的方法。寻找有效的佐剂将促进对mRNA疫苗的更好理解，并有助于开发针对不同疾病的更安全、更有效的mRNA疫苗。文献来源：The advances of adjuvants in mRNA vaccines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点，不代表本站立场。
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