新冠疫苗的军备竞赛,为mRNA疗法铺平道路,mRNA疗法还能治愈其他疾病吗?

2020
12/27

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生物世界
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针对新冠的mRNA疫苗是什么?

撰文|nagashi
编辑|王聪
排版|水成文

人间落雪,疫病横行”,2021年将至,肆虐一年有余的新冠疫情至今未见消退,并且随着北半球进入寒冬季节,欧洲、北美和南亚等地区的疫情再度出现暴涨之势。更可怕的是,截止目前,全球累计确诊新冠人数已超过7500万人,累计死亡人数超过166万人。

由此看来,抗击新冠疫情必将是一场持久战,如今,人类只能寄希望于开发出安全、高效的新冠疫苗,以此遏止COVID-19大流行。

11月份,两种新冠肺炎疫苗在临床试验中取得了巨大成功,标志着人类距克服新冠又迈进了一大步。随后美国食品和药物管理局 (FDA) 批准了由辉瑞BioNTech联合开发的mRNA疫苗,以及Moderna公司研发的mRNA疫苗,用于紧急使用。

实际上,早在COVID-19大流行之前, mRNA疫苗 以其独特的优势就已经吸引了大量的制药公司参与研发。而如今,针对新冠的mRNA疫苗的临床试验成功可能会在疫苗制备和药物研发领域引发一轮新的“海啸”

mRNA疗法简介

信使RNA (mRNA) ,一种将基因密码从DNA传递到细胞的蛋白质制造机器的核酸分子,作为翻译的模板,科学家们希望可以将其重新设计成一套多功能的药物或疫苗,以此在机体内产生疗或预防疾病所需的任何东西。


具体而言,我们可以设计一个mRNA序列编码产生一种刺激血管生长的蛋白质,从而修复受损的心脏,此外,它也可能编码一种关键的酶,以此逆转一种罕见的人类遗传病,而这就是mRNA疗法。

信使RNA( 蓝色 )引导细胞核糖体制造新的蛋白质( 红色 )

其中,mRNA疫苗即是将编码某种病毒抗原蛋白的mRNA直接导入到动物的体细胞内,并通过宿主细胞的翻译系统合成相应的抗原蛋白,进而诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答,以达到预防和治疗病毒感染的目的。

近年来,mRNA疫苗以极为惊人的速度在迅速发展,目前不仅存在多种SARS-CoV-2的mRNA疫苗,针对狂犬病、寨卡病毒、巨细胞病毒、流感和其他病毒的mRNA疫苗也正在通过临床试验。

mRNA疗法的体内递送效率影响其疗效

但不得不说的是,mRNA疗法在临床应用中要比普通疫苗要艰难得多,其中最大的挑战是—— 如何将mRNA靶向运输到特定的组织,并在没有过度副作用的情况下提供强大而持久的疗效 。因此,很少有mRNA疫苗和药物进入临床试验。

并不是放入一个mRNA序列,它就能治疗任何想治疗的疾病。为某种疾病量身定制一种mRNA药物,通常意味着需要同时调整mRNA本身以及用于体内运输的脂质纳米颗粒结构。

脂质纳米颗粒(LNP)治疗肿瘤,来源:Nature Cancer

当然,对于部分mRNA疗法来说,给药方式相对简单。例如,mRNA疫苗通常是对接种者进行肌肉注射,肌肉细胞获取mRNA并产生相应的病毒蛋白,宿主免疫系统受到这些病毒蛋白的刺激而产生抗体和T细胞,武装身体以抵御未来的入侵。

不仅如此,其他的局部注射方式——如皮下注射或肿瘤注射、也可以提供一些基于mRNA的、利用免疫系统对抗癌症的治疗方法。目前,已有十多项临床试验正在进行中,这些疗法可以通过编码肿瘤蛋白或免疫信号分子来帮助增强人体对癌细胞的攻击。

更多情况下,mRNA药物还是通过 脂质纳米颗粒 (LNP) 来递送。值得注意的是,有时候mRNA药物的错误递送可能会导致严重的后果。例如,在治疗鸟氨酸氨甲酰基酶 (OTC) 缺乏症的mRNA疗法中,mRNA所编码的酶会导致血液中氨的积聚,从而诱发癫痫、昏迷甚至致死。

因此,许多医药公司正致力于减少或消除这种mRNA疗法所可能带来的缺陷——通过调整脂质纳米颗粒的结构,或者用分子修饰它们,使它们进入特定的器官或细胞类型。

mRNA疫苗和药物的优势和弊端

与传统的灭活疫苗、亚单位疫苗和基因工程疫苗相比,mRNA疫苗可以提供更强的免疫保护能力,且可以根据病原体变异情况迅速进行更新迭代。此外,接种核酸疫苗后,抗原蛋白在宿主细胞内表达,不容易引起机体的不良反应。

不仅如此,mRNA疫苗与mRNA药物在给药剂量上也存在区别。通常来说,疫苗只需要一剂或几剂,一旦免疫系统被训练具备针对特定病原体的免疫能力时,就不需要补充。但相对而言,mRNA药物可能会要求重复注射以维持其药效。目前进入临床试验的mRNA药物大多是‘药物效果比药物持续时间长’的药物。”

然而,当患者需要重复剂量的mRNA来延续疗效时,其副作用可能会显现出来—— 这可能是由体内脂质纳米颗粒的堆积或对外源RNA分子的炎症反应导致的 。这一副作用严重阻碍了mRNA疫苗和药物的应用。

例如,近期随着两款mRNA疫苗的接种,已出现数起患者严重过敏反应的情况。详情:Science关注:辉瑞公司mRNA新冠疫苗会触发罕见的严重过敏反应

mRNA疫苗和药物的优化方向

为了使重复的剂量更容易耐受,Translate Bio公司正在优化设计的mRNA,使其对人体来说尽可能的自然,并将其装载在可降解纳米颗粒中。

目前,Translate Bio公司针对囊性纤维化的mRNA疗法正在临床试验中,单剂量的治疗显示没有严重的副作用,但一些患者出现了发热、肌肉疼痛或头痛等症状。因此,仍需要进行多剂量测试来验证其安全性。

此外,提高机体从单剂量mRNA药物中产生的蛋白数量,从而降低所需的给药频率,也不失为一个巧妙的解决方案。


总而言之,mRNA疫苗和药物具有区别于传统疫苗药物的独特优势,但在给药方式和给药剂量、频率上存在弊端。如今,针对COVID-19的mRNA疫苗竞赛并没有解决mRNA疗法面临的给药问题,但它可能在其他方面为mRNA疗法铺平了道路

如今,全世界许多制药公司和实验室都在努力寻找最佳 脂质纳米颗粒 (LNP) ,以安全高效地递送mRNA到达人体内的特定位置。相信这变革性的一天终将会到来。

参考资料:
https://www.sciencemag.org/news/2020/12/messenger-rna-gave-us-covid-19-vaccine-will-it-treat-diseases-too
本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
mRNA,新冠,疫苗,治愈,蛋白,剂量,脂质,编码

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