来宝网 2020/4/10点击2130次
基因治疗领域的后起之秀--mRNA疫苗
据路透社3月15日报道：美国政府正试图说服新冠肺炎疫苗研发的德国公司CureVac搬迁到美国并垄断其疫苗生产，而德国政府希望该公司能留在本国。那么，CureVac公司拥有什么重要的东西竟让两个国家政府直接出面进行争夺？答案就是——mRNA疫苗制备技术。
什么是mRNA疫苗
mRNA疫苗是将RNA在体外进行相关的修饰后传递至机体细胞内表达并产生蛋白抗原，从而导机体产生针对该抗原的免疫应答，进而扩大机体的免疫能力[1,3]。
图1：直接注射mRNA疫苗效果示意图[2]
mRNA疫苗的分类
mRNA疫苗分为非复制性mRNA(nonreplicating mRNA)和自扩增mRNA(self-amplifying mRNA)两类：自扩增mRNA不仅编码目标抗原，而且还编码能够使细胞内RNA扩增和蛋白表达的复制机制。非复制性mRNA疫苗仅编码目标抗原并包含5′和3′非翻译区（UTR），它们提供对适应性和先天免疫力的综合刺激，即原位抗原表达和危险信号传递，具备有以下应用特性[2,3]
●可提供对适应性和先天免疫力的综合刺激，即原位抗原表达和危险信号传递
●可以诱导“平衡”免疫反应，包括体液和细胞效应因子以及免疫记忆
●可结合不同的抗原而不会增加疫苗配制的复杂性
●可通过重复性的疫苗接种实现持续的免疫潜力提升，并且对载体没有或有很少的免疫反应
●热稳定mRNA疫苗可简化疫苗的运输和储存
图2：mRNA疫苗的示意图及其抗原表达的机制[4]
mRNA疫苗的特点
相比传统疫苗，mRNA疫苗生产工艺简单、开发速度快、无需细胞培养、成本低。相较与DNA疫苗，mRNA疫苗无需进入细胞核，没有整合至宿主基因组的风险，半衰期可以通过修饰进行调整。
表1：mRNA疫苗的优缺点
优点 | 不足 | |
mRNA疫苗 | 研发快速，疫苗生产仅需40天 | mRNA在生理条件下的不稳定性，易降解 |
无需任何的核定位信号、转录 | 引发不必要的免疫反应 | |
不会整合到基因组，避免可能的治疗性突变 | 安全性和有效性有待验证 |
图3：mRNA疫苗生产制备流程图[4]
mRNA疫苗制备的改进策略
由于mRNA自身的稳定性差、易被组织内的核酸酶降解、进入细胞的效率较低、翻译效率较低等问题，这些缺陷限制了mRNA疫苗的应用，不同的递送载体对mRNA疫苗的稳定性和翻译效率也起到非常关键的作用，递送载体可分为病毒载体和非病毒载体（包括脂质体、非脂质体、病毒、纳米颗粒等）。因此需要进行相关的改进措施，以下是mRNA制备的药理学改进策略[2]。
1、合成帽类似物或使用加帽酶通过与真核翻译起始因子4E（EIF4E）结合来稳定mRNA并增加蛋白翻译
2、调节5′-非翻译区（UTR）和3′-UTR中的元件来稳定mRNA并增加蛋白翻译
3、添加Poly（A）尾可使mRNA稳定并增加蛋白质翻译
4、修饰核苷来减少先天免疫激活并增加翻译
5、使用RNase III处理和快速蛋白质液相色谱（FPLC）纯化可降低免疫激活并增加翻译
6、优化序列或密码子来增加翻译
7、翻译起始因子和其他方法的共同递送来改变翻译和免疫原性
图4：体外转录（IVT）mRNA生产和装配过程[5]
相关公司及疫苗简介
目前，已有多家企业以mRNA为研究基础或拥有mRNA研发平台，部分产品也已进入临床研究阶段，相关信息如下表2、3所示。
表2：全球主要的mRNA疫苗公司概况
公司名称 | 成立时期 | 注册地 | 研究技术平台 |
Argos Therapeutics | 1997 | 美国 | 拥有先进的免疫疗法技术Arcelis平台 |
CureVac | 2000 | 德国 | 拥有RNActive、RNArt、RNAntibody、RNAdjuvant 技术平台 |
BioNTech | 2008 | 德国 | 拥有mRNA药物/疫苗、细胞治疗、抗体药物等药物研发平台 |
Moderna | 2010 | 美国 | 拥有mRNA技术、交付技术和制造流程mRNA转化药物平台 |
eTheRNA Immunotherapies | 2013 | 比利时 | 拥有基于APC激活mRNA平台开发新的免疫肿瘤疗法 |
斯微生物 | 2016 | 中国 | 拥有中国领先的mRNA药物平台和产品管线 |
注：以上信息均来自对应公司官网信息
表3：相关mRNA疫苗及药物临床进展概况
公司名 | 药物编号 | 适应症 | 临床进展 |
BioNTech |
BNT1222 | Melanoma（黑色素瘤） | Phase 2 |
BNT112 | Prostate cancer（前列腺癌） | Phase 1 | |
BNT115 | Ovarian cancer（卵巢癌） | Phase 1 | |
BNT113 | HPV16+ head and neckcancer1（HPV和头颈癌） | Phase 1 | |
BNT162 | COVID-19（新冠肺炎） | Pre-clinical | |
CureVac | CV8102 | Melanoma、Adenoidcystic Carcinoma（黑色素瘤等肿瘤微环境调节） | Phase 1 |
CV9202 | NSCLC（非小细胞肺癌） | Phase 1 | |
CV7202 | rabies virus（狂犬病病毒） | Phase 1 | |
CV7301 | Influenza (流感) | Pre-clinical | |
Moderna | mRNA-4157 | Solid tumors(实体瘤) | Phase 1 |
mRNA-4157 | Melanoma（黑色素瘤） | Phase 2 | |
mRNA-1647 | Cytomegalovirus (CMV，巨噬细胞病毒) | Phase 1 | |
mRNA-1893 | Zika（寨卡病毒） | Phase 1 | |
mRNA-1273 | COVID-19（新冠肺炎） | Phase 1 |
注：以上数据信息均来自对应BioNTech 、CureVac 、Moderna公司官网公开信息（截止日期：20200330）
制备所需关键原料
mRNA疫苗的制备需要多种原料来保证疫苗的成功开发，翊圣生物作为国内分子酶产业创新领导者，通过先进的分子酶双向技术平台、大规模蛋白发酵纯化技术平台，目前已成功开发各类分子酶相关原料的产品，并获得了广大用户的认可。
表4：相关mRNA疫苗所需原料
应用 | 产品名称 | 货号 | 规格 |
mRNA疫苗制备原料 | Vaccinia Capping Enzyme牛痘病毒加帽酶 | 10615ES76/84 | 500/2000 U |
T7 RNA Polymerase （50 U/μl） | 10618ES90/96 | 5000/25000U | |
GTP (100 mM) 鸟苷三磷酸溶液（100 mM） | 10132ES03 | 1 mL | |
RNase A (100 mg/mL) 核糖核酸酶A（100 mg/mL） | 10406ES03 | 1 mL |
应用展望
mRNA疫苗以其生产工艺简单、开发速度快、成本低等正越来越受到各方的关注，将在肿瘤、传染病及感染性疾病等预防和治疗领域有着广阔的应用前景。
【1】苗鹤凡, 郭勇, 江新香. mRNA疫苗研究进展及挑战[J]. 免疫学杂志, 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,
关于翊圣生物
上海翊圣生物科技有限公司（Yeasen Biotech Co., Ltd）成立于2009年，是国家高新技术型企业，长期专注于分子酶原料及建库试剂盒等产品的研发和生产。
我们的目标让下游企业节省更多的成本，为中国精准医疗的发展贡献自己的力量。
翊圣生物拥有先进的分子酶双向技术平台、大规模蛋白发酵纯化技术平台、高效抗体筛选技术平台，目前已成功开发各类诊断分子酶、二代测序建库酶等40余种，并实现工业放大。翊圣生物开发的PCR类、NGS类、体外诊断（IVD）和相关酶原料等产品获得了广大客户的认可。此外，我们还为工业客户提供定制化开发服务，以满足个性化需求
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