随着新冠结束，mRNA疫苗将何去何从？

2023-03-06

辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗在新冠疫情这几年大放光彩，使得人们了解和重视这一技术，自此国内外研发mRNA药物的企业和管线越来越多。

研发mRNA药物领域成为近两年增长最快的生物医药细分领域。跨国企业如辉瑞、BioNTech、Moderna、赛诺菲、GSK、阿斯利康等已开始全线布局mRNA技术，国内上市公司如君实生物、康泰生物、恒瑞医药、康希诺、康华生物等也都通过自主/合作研发的方式进行mRNA疫苗药物及相关产业链布局。

30年前，基于mRNA的核酸疫苗被提出，希望能产生安全、多功能、易于生产的疫苗。mRNA疫苗与传统疫苗相比有许多优点：与某些病毒疫苗不同，mRNA不会整合到基因组中，从而避免了对插入突变的担忧；mRNA疫苗可以以无细胞的方式制造，从而实现快速、经济、高效的生产。此外，单个mRNA疫苗可以编码多种抗原，增强针对适应性病原体的免疫反应，并能够以单一配方针对多种微生物或病毒变体。

然而随着新冠疫情的结束，mRNA疫苗将何去何从呢？

mRNA疫苗应用领域不止新冠疾病

mRNA疫苗不仅可以应用在新冠领域，也可以应用到其它领域如预防巨细胞病毒（CMV）、寨卡病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）、流感病毒、狂犬病毒等病原体的感染或者开发治疗性疫苗（主要为癌症疫苗）等¹。

图注：mRNA疫苗开发格局。按地理区域和行业开发分类

不管是预防领域还是疾病治疗领域，mRNA技术在理论上可以生产出任何一种人类所需的蛋白质。因此，mRNA技术的价值是不言而喻的。企业也正在积极寻找mRNA疫苗的下一个出口，如辉瑞和BioNTech合作研发带状疱疹疫苗或默沙东与Moderna合作研发个性化癌症疫苗。

2023年2月23日，FDA 已授予Moderna/默沙东个性化mRNA癌症疫苗mRNA-4157/V940与Keytruda 联合疗法“突破性治疗”认定，用于高危黑色素瘤患者接受完全切除术后的辅助治疗。此次认定意味着mRNA疗法可能成为治疗黑色素瘤和其他癌症的新前沿疗法。

除此之外，很多企业都在积极开发新的mRNA药物，如因为和辉瑞共同开发的新冠疫苗大放光彩的企业BioNTech，在后疫情时代，它正在积极的布局mRNA技术在其它适应症的应用²。

BioNTech在肿瘤学领域有着非常多的布局，治疗癌症是该公司未来的重点发力方向。他们的研发管线不仅有基于mRNA技术的多种疫苗和创新疗法，也有细胞和基因疗法、靶向抗体、小分子免疫调节剂、核糖生物疗法（Ribologicals，如mRNA编码的细胞因子）以及新一代的免疫调节疗法，这些不同的疗法还能形成组合，以期更好地发挥功效。

新冠之外，BioNTech也在开发针对疟疾、肺结核、以及HIV的疫苗。

图注：BioNTech其他mRNA疫苗管线

mRNA药物进入临床试验的管线不断增长

mRNA治疗进入临床试验的产品线不断增长，全球研发管线超过200条，特别是蛋白质替代物的全身递送罕见单基因疾病的治疗，以及癌症免疫治疗的细胞因子或抗体³。

AZD8601是一种编码血管内皮生长因子（VEGF-A）的mRNA，由阿斯利康与Moderna合作开发，2021年11月，阿斯利康宣布来自2a期EPICCURE研究的阳性结果显示：在心力衰竭（HF）患者中，AZD8601达到了安全性和耐受性主要终点。

但是在2022年7月，阿斯利康从其2期临床管道中砍掉了AZD8601研发管线。在报告了积极疗效的几个月后，这家制药巨头放弃了这一 mRNA 疗法。但该疗法目前仍在 Moderna 公司的研发管线中。

图注：部分mRNA药物临床管线

mRNA疗法的挑战与解决方法

然而，将mRNA转化为一种新治疗模式，造福罕见和常见病患者，仍然面临着一系列挑战⁴：

1. mRNA疗法需要产生高水平浓度的蛋白；

2. mRNA疗法产生的蛋白的组织生物可利用度差、血循环中的半衰期短以及载体的靶向递送效率低；

3. 重复给药会激发先天免疫反应，从而导致蛋白表达水平下降。

尽管困难重重，但是研究人员正在致力开发一系列创新技术，从mRNA优化、递送、生产和药学等方面解决问题：

1. 利用化学修饰的核苷来取代天然的核苷（特别是尿苷）来对mRNA序列的优化，显著降低mRNA被先天免疫系统识别的可能，提高了蛋白的表达水平；

2. 基于RNA病毒的自我扩增机制，可以在细胞质中诱导自我扩增mRNA（samRNAs）序列的复制，从而降低给药的频率；

3. 使用环形RNA（circRNA）代替线形RNA；

环状RNA（circRNA）是真核细胞中稳定且普遍存在的RNA，由反向剪接产生。合成的circRNA和一些内源性circRNA可以编码蛋白质，提高了circRNA作为基因表达平台的前景。

首先第 1-6 部分对应于上游内含子和 5′ UTR、IRES、N 端（N′）标签、编码序列（CDS），C端（C′）标签和3′ UTR以及下游内含子通过金门反应单独克隆成部分质粒⁵。

然后将部分质粒和circRNA骨架在第二次金门反应中结合以产生circRNA质粒。circRNA骨架包含一个能够在纤维素中瞬时转染后实现circRNA转录的CAG启动子，一个启用IVT的T7启动子，同源序列协助RNA循环化，促进RNaseR合成能力的低结构区域和细菌表达的GFP脱落序列，以负向选择不正确的组装。如果使用没有N′或C′标签的CDS，则第3-5部分被替换为单个部件。随后将circRNA质粒的PCR产物用作IVT的模板来合成RNA。

最后，进行RNaseR纯化以消化线性RNA并分离circRNA。

4. 提高mRNA的纯度；

5. 优化载体递送系统，如使用脂质纳米颗粒（LNP）递送系统，细胞外囊泡递送系统，生物模拟载体系统；

mRNA疗法的成功在很大程度上取决于递送系统的可用性，这些递送系统能够安全，有效和稳定地将遗传物质翻译成功能蛋白。递送系统是指如何把mRNA单链包裹起来不被降解，并成功与细胞膜融合进入细胞的技术，在递送系统上，主流方法是采用LNP技术。

目前也在开发其它载体递送系统，You等人在nature biomedical engineering上报道通过人真皮成纤维细胞的细胞纳米穿孔产生的细胞外囊泡（EVs），并封装编码细胞外基质α1I型胶原蛋白（COL1A1）的mRNA诱导在光老化皮肤的小鼠的胶原蛋白耗尽的真皮组织里胶原蛋白 - 蛋白质移植物的形成并减少皱纹的形成⁶。

6. 通过改变给药方法增加组织靶向性，如用吸入式给药代替静脉输注可以直接将药物递送到肺部，鼻内给药代替直接脑内注射成为一种针对中枢神经系统的非侵袭性给药方式；

7. 通过在LNP配方中添加不同类型的脂质，可以改变LNP递送的组织特异性。

疫情结束并不意味着mRNA药物的结束，mRNA药物不仅可以应用到新冠疾病中，还可以应用到其它传染性疾病和癌症中，目前国内外很多企业都在布局mRNA药物，也许未来可以发现预防癌症的mRNA，让我们共同期待！

References

1.Arun Kumar, Jeremy Blum, Tung Thanh Le, Nicolas Havelange, Diletta Magini and In-Kyu Yoon, The mRNA vaccine development landscape for infectious diseases, Nature Reviews Drug Discovery 21, 333-334 (2022)

2.BioNTech | Technologies for customized treatment approaches

3.Ken Garber, mRNA pioneers refocus on therapeutics, Nature Reviews Drug Discovery 21, 699-701 (2022)

4.Eduarde Rohner, Ran Yang, Kylie S. Foo, Alexander Goedel & Kenneth R. Chien, Unlocking the promise of mRNA therapeutics, Nature Biotechnology volume 40, pages1586–1600 (2022)

5.Robert Chen, Sean K. Wang, Julia A. Engineering circular RNA for enhanced protein production, Nature Biotechnology volume 41, pages262–272 (2023)

6.Yi You, Yu Tian, Zhaogang Yang, Junfeng Shi. Intradermally delivered mRNA-encapsulating extracellular vesicles for collagen-replacement therapy, Nat. Biomed. Eng (2023).

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