mRNA疫苗技术在肿瘤领域的技术介绍与应用展望

随着疫情爆发，疫苗的研制使用成为各国控制疫情的首要任务。

mRNA疫苗被全球知名科技媒体《麻省理工科技评论》评为“2021全球十大突破性技术”，并荣登榜首。其重大意义在于：mRNA 新冠疫苗有效性约为 95%，此前从未投入临床应用，可能带来医药领域的巨大变革。而我国首款mRNA新冠疫苗也已接近III期临床，将实现中国mRNA疫苗“零”的突破。

图1 MTT 2021全球十大突破性技术（来自网络）

其实，针对 mRNA疫苗的研究已有20年，初衷是为了研发抗癌药物。而今新冠疫情的全球流行，极大的推动了mRNA疫苗的发展，为mRNA技术应用于癌症等疾病治疗方面的研究，开创了一个良好的局面。

01  谈“癌”即色变的人类难题

2020年全球癌症死亡病例996万，是新冠死亡人数的近3倍，我国新发癌症人数位居全球第一，每分钟就有8人被确诊为癌症，而每10分钟就有55人死于癌症[1]。面对癌症发生的严峻局面，能将mRNA技术应用于癌症上将是全人类的福祉！

图2 2020年各国癌症新发病例数（来自网络）

人们谈“癌”色变，为什么癌症如此难治？它相对于其他疾病来说有什么特征呢？

国际顶尖团队D Hanahan在2011年时就将其研究成果归纳，总结了癌症的十大特征[2][3]，分别是：

图3 癌症的标志

（来自https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013）

①维持增殖信号；

②逃避生长抑制剂；

③抵抗细胞死亡；

④无限分裂能力；

⑤诱导新血管生成；

⑥激活侵袭和转移；

⑦基因组不稳定性；

⑧促肿瘤的炎症；

⑨异常能量代谢；

⑩免疫逃逸机制。

这些特征使得癌症非常“狡猾”，善于伪装自己，从而逃避机体免疫系统识别和攻击。就比如：“人体警卫员”T细胞，会通过表达PD-1蛋白质，识别并结合正常细胞上的PD-L1蛋白，放行正常细胞。而“坏人”癌细胞也伪装表达PD-L1，让T细胞误以为是正常细胞，从而放弃攻击，使癌细胞自己得以生存和发展。

最重要的是，癌细胞通过多种机制频繁换装（改变与正常细胞不同的肿瘤特异性抗原），逃避机体免疫细胞对其的监视和攻击。

而mRNA 疫苗具备高有效性、以及容易重新构建的特点，在人体内就像“作战指挥部”一样，激活人体先天性和适应性免疫系统识别癌细胞相关抗原。

02  mRNA肿瘤疫苗是什么？

mRNA肿瘤疫苗属于核酸疫苗，是旨在靶向肿瘤相关抗原。

这些抗原通常优先由肿瘤细胞表达或为肿瘤细胞所特有，释放后被树突状细胞（DC）这类抗原提呈细胞呈递给T细胞，随后T细胞就通过识别肿瘤组织中的特异性抗原发挥杀伤作用。但是肿瘤细胞表达的新抗原水平较低，不足以激发强有力的免疫反应。图4 肿瘤激发免疫应答（来自网络）

mRNA肿瘤疫苗一般是使用翻译蛋白质的模板信使RNA（mRNA），以此为基础完成制备并注射入体内，通过人体细胞的蛋白质合成系统合成出特异性抗原蛋白，作为“靶标”，诱导机体产生对“靶标”的免疫应答，进而针对性攻击肿瘤细胞。

03  mRNA疫苗治疗肿瘤的挑战

在mRNA疫苗发挥作用的过程中，构建特异性抗原的mRNA序列、mRNA胞内递送策略、激活强大的免疫系统是三大重要环节。

①在构建特异性抗原的mRNA序列中往往分为2类[4]：非复制型和自扩增型。非复制mRNA只编码靶抗原，而自扩增mRNA疫苗也编码病毒的复制机制。mRNA肿瘤疫苗通常采用非复制型mRNA疫苗技术。在过去30年里，人们通过修饰mRNA非编码元件和编码区，提高了mRNA的翻译效率和稳定性。

②-③但是将mRNA胞内递送到正确的细胞并因此诱导强大的免疫激活是具有挑战性的。裸露的mRNA很容易被细胞外RNA酶降解，哪怕进入细胞也容易在溶酶体聚集，抵达不了发挥作用的地方。目前的方法包括离体DC转入mRNA并回输，体内注射裸mRNA，和阳离子脂质和聚合物为基础的输送。肿瘤mRNA疫苗目前使用最广泛研究最多的就是阳离子脂质和聚合物为基础的输送。由丹尼尔·安德森（Daniel Anderson）[5]领导的研究小组开发了一系列新的脂质纳米颗粒（LNP）介导mRNA的传递，并通过刺激干扰素基因途径（STING）提供靶向免疫刺激，从而提高了针对小鼠黑色素瘤的疫苗效力。

04  mRNA肿瘤疫苗的临床研究进展

经过20多年的发展，大量的临床前和临床研究证明了mRNA疫苗具有抗癌能力。目前已开展临床研究的mRNA疫苗类型，包括以下3种：

1. DC mRNA癌症疫苗

由于树突状细胞（DC）在启动抗原特异性免疫反应中起着关键作用，因此将它们用于癌症免疫治疗。多个临床试验现在已经使用DC疫苗靶向多种肿瘤类型，如转移性前列腺癌，转移性肺癌，肾细胞癌，脑癌，黑色素瘤，急性髓细胞性白血病，胰腺癌和其它进行。

2. 直接注射mRNA癌症疫苗

裸露mRNA的体内给药是一种非常规但有效的疫苗递送方式。直接将mRNA注射到次级淋巴组织中，可在T细胞活化位点将抗原定向递送到抗原呈递细胞，消除了DC迁移的需要。进一步发展为肿瘤内mRNA疫苗接种，可快速、特异性激活肿瘤驻留T细胞。此外还可通过鼻内疫苗给药，优点是无针，无创给药，可以使DC迅速吸收抗原[6]。

3. 载体递送mRNA癌症疫苗

该种mRNA癌症疫苗目前还未应用于临床研究，主要在动物实验中围绕脂质纳米颗粒（LNP）递送特点进行了优化和改造。中山大学开发了一种基于mRNA的新型癌症疫苗，并报道在国际顶刊PNAS上。该研究报道了一类阳离子类脂材料C1作为抗原编码mRNA的纳米递送载体，展示出显著的抗肿瘤效果，并且显示了良好的生物安全性。国家纳米科学中心开发了一种由纳米材料制成的水凝胶，能够递送 mRNA 疫苗以及免疫佐剂，研究显示，经水凝胶递送到黑色素瘤小鼠体内后，mRNA 疫苗能够在体内保持 30 天的活性，有效防止了肿瘤的生长和转移。