论文标题：Opportunities and Challenges in the Delivery of mRNA-Based Vaccines（提供基于 mRNA 的疫苗的机遇和挑战）

期刊：Pharmaceutics

作者：Abishek Wadhwa, Anas Aljabbari, Abhijeet Lokras, Camilla Foged and Aneesh Thakur

发表时间：28 January 2020

DOI：10.3390/pharmaceutics12020102

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期刊链接：

https://www.mdpi.com/journal/pharmaceutics

近些年来，基于信使RNA (mRNA) 的药物作为一种新型治疗手段，被广泛用于临床治疗，包括传染病疫苗设计、癌症免疫疗法、治疗性蛋白质替代疗法和遗传病治疗等方面。然而，mRNA作为大分子，其结构不稳定，易被核酸酶降解，且会激活免疫系统，使得将mRNA成功转化为药物变得困难重重，因此开发稳定的递送系统显得尤为重要。来自哥本哈根大学的Aneesh Thakur教授团队在Pharmaceutics 上发表的文章，带我们回顾了基于mRNA治疗剂递送系统的机遇与挑战，特别是非病毒递送系统，同时介绍了mRNA疫苗的临床现状和发展前景。

mRNA疫苗的基本药理

基于核酸的疫苗，即DNA和RNA疫苗，在安全性、有效性、诱导B细胞和T细胞反应和特异性方面与传统疫苗相比具有显著的优势。不过DNA疫苗在传递到细胞核过程中，具有整合到宿主基因组中的潜在风险，这可能会导致插入性的致突变。而mRNA疫苗只针对细胞质传递，规避了基因组整合的风险。

图1. mRNA疫苗的作用机制。

增强mRNA稳定性的手段

由于mRNA的不稳定性，直接使用未修饰的mRNA用作疫苗非常困难，因此须对其进行修饰。图二介绍了体外转录mRNA常用的修饰手段，包括延长poly (A) tail、修饰5cap、未翻译区域 (UTRs) 工程和开放读取帧 (ORF) 的序列模式，与已修饰核苷酸结合。成熟的mRNA的ORF分别编码起始密码子和停止密码子标记的蛋白质 (活性产物)，侧翼是UTRs，理想情况下由5cap和poly (A) tail组成。经过修饰的mRNA不会产生剧烈的免疫系统反应，并且可以产生更强的免疫力。

图2. 体外转录mRNA的结构和常用的修饰手段。

那么如何将mRNA疫苗成功递送至细胞呢？如果直接肌肉注射裸mRNA，表皮最外层的角质层会阻碍其局部吸收。虽然将水溶性聚合物或糖辅料组成的微米大小的针片/阵列与裸mRNA结合，能有效改善皮肤渗透性，但裸mRNA在血浆中的半衰期较短，容易发生核糖核酸酶降解，仍然难以进入细胞。利用病毒/非病毒载体来介导mRNA传递，可以改善这一问题。可是使用病毒载体会暴露与基因组整合相关的关键缺陷，并可能导致宿主产生排斥反应 (免疫原性和细胞毒性)，因此用于传递mRNA的非病毒载体应运而生。

剂型发展

非病毒载体可进一步分为聚合物传递系统、脂质传递系统和脂质-聚合物杂化系统。聚合物载体可以极大地改善mRNA的体外转染效率，但由于其多分散性和体内降解代谢的问题，在临床上不如脂基传递系统先进。基于脂质或类脂化合物的载体代表了最常用的非病毒基因载体。脂质体 (脂质体和核酸的复合物被称为脂质复合体) 或脂质纳米颗粒 (LNPs) 由各种合成或自然衍生的脂质形成，据报道，这两种载体都能为mRNA疫苗提供有效的递送保护[1]。目前研究还发现，脂质-聚合物混合纳米粒子 (LPNs) 在体内外都能进行有效的siRNA递送[2]。这类混合载体可以改善聚合物载体和脂质载体的缺陷，有效递送mRNA。此外，基于多肽，多肽-聚合物混合载体也可以实现mRNA的传递。

除了利用病毒载体和非病毒载体实现mRNA递送，基于mRNA的治疗方法也也依赖于mRNA自身的细胞特异性，mRNA分子可以向靶细胞传递，从而减少所需的mRNA剂量，并减少潜在的脱靶效应。

基于mRNA的治疗领域涵盖了蛋白质替代治疗和基因编辑再到疫苗接种，mRNA疫苗是预防传染病和癌症极具前景的药物。先进的传递系统可以克服裸mRNA稳定性、细胞靶向性和翻译效率差等缺陷，但是受目前研究载体或细胞传递系统的限制，mRNA治疗学的广泛应用仍难以实现。许多临床测试的mRNA疫苗是在没有任何递送载体的情况下研发的，这表明mRNA疫苗的递送系统需要得到进一步的改进。多种剂型的mRNA载体和传递系统的持续发展，将为mRNA在治疗和预防传染病和癌症方面开拓更广泛的天地。

参考文献：

1. Kowalski, P.S.; Rudra, A.; Miao, L.; Anderson, D.G. Delivering the Messenger: Advances in Technologies for Therapeutic mRNA Delivery. Mol. Ther. 2019, 27, 710–728.

2. Thanki, K.; Zeng, X.; Justesen, S.; Tejlmann, S.; Falkenberg, E.; Van Driessche, E.; Morck Nielsen, H.; Franzyk, H.; Foged, C. Engineering of small interfering RNA-loaded lipidoid-poly(DL-lactic-co-glycolic acid) hybrid nanoparticles for highly e?cient and safe gene silencing: A quality by design-based approach. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2017, 120, 22–33.

期刊简介

Pharmaceutics (ISSN 1999-4923; IF 4.421) 是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖了生物制药、药物递送、药物控释、药物制剂、药物靶向、药代动力学、纳米医学、药物遗传学、药物基因组学、药效学等。Pharmaceutics采取单盲同行评审，一审周期约为12.7天，文章从接收到发表只需2.7天。