肿瘤治疗新秀:mRNA疫苗

2021
03/29

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BiG生物创新社
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mRNA疫苗作为有效的SARS-CoV2疫苗引起高度关注,目前正在向联合治疗方法发展,包括化疗、放疗和检查点抑制剂。


肿瘤治疗新秀:mRNA疫苗


— 前言 —  

 

以mRNA为基础的治疗代表了一个相对新颖和高效的药物类别。最近发表的几项研究强调了mRNA疫苗在治疗不同类型的恶性肿瘤和传染病方面的潜在疗效,这些疾病中传统的疫苗策略不能引起保护性免疫反应。


mRNA疫苗作为有效的SARS-CoV2疫苗引起高度关注,目前正在向联合治疗方法发展,包括化疗、放疗和检查点抑制剂。其中一些研究产生了持久的肿瘤生长抑制。尽管这些基于DC的方法是有效的,但是它们也受限于繁琐的程序和高昂的成本

mRNA疫苗


目前使用的mRNA疫苗有两类: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。这不仅增加了抗原表达的持续时间和水平,而且增强了疫苗诱导的免疫应答。自扩增mRNA和非复制mRNA疫苗用于传染病,而非复制mRNA用于肿瘤疫苗。


工程化体外转录(IVT)RNA类似于真核细胞细胞质中自然加工和成熟的mRNA。mRNA的IVT已经非常成熟,它可以常规地以无细胞的方式进行并且产生大量的RNA。首先,需要设计含有所用RNA聚合酶(例如T7、T3或SP6噬菌体RNA聚合酶)的引物结合位点的DNA模板。此DNA模板至少应包含目的蛋白质的开放阅读框(ORF)和侧翼未翻译区(5'和3'UTR)。完全加工的成熟mRNA同样也包括5'帽结构和3'Poly(A) 尾。


5’帽结构的功能是增加mRNA的稳定性和翻译效率,并去除其免疫原性。poly(A)尾的长度约为100-250个核苷酸,poly(A)尾的最佳长度取决于靶细胞的类型,它增加了mRNA的稳定性和翻译效率。UTR同样具有重要的细胞功能,它负责调节mRNA的翻译和蛋白质的表达。5’UTR还应包含Kozak序列,这也有助于翻译的成功启动。


mRNA递送的策略



为了RNA有效的细胞摄取和生物分布,不同的疫苗递送方式已被深入研究。首先,树突状细胞(DC)可以通过内吞作用将RNA内化,这一过程可以通过电穿孔得到改善。体外负载DC有利于APCs的有效靶向,但需要过继性细胞转移,且耗时费力。


其次,裸RNA可以直接注射,通过载体或不通过载体。载体有助于提高疫苗的稳定性、RNA摄取和可翻译性。目前,已经开发了几种载体,其中脂质纳米粒(LNPs)的发展最有前途。这些LNP是非病毒载体,易于产生,被认为是无毒的。LNPs显著延长和改善体内蛋白质表达,特别是皮内注射后。


最后,阳离子肽和免疫激活剂鱼精蛋白也可以用作载体,以及物理方法,如基因枪、微注射方法,但是后者在人类中的使用有限。



外源mRNA

对先天性和适应性免疫的影响



外源性mRNA通常被认为具有免疫刺激作用,因为它可以通过TLRs,特别是TLR3、TLR7和TLR8激活固有免疫细胞。一旦模式识别受体(PRRs)感觉到病原体相关分子模式(PAMPs),固有的炎症反应(包括IFN1)就会随着适应性免疫反应的连续激活而启动。TLR激活导致促炎细胞因子的产生,如TNF-α、IFN-α、IL-6、INF-γ诱导蛋白10(IP-10)和共刺激分子的诱导,尤其是在诸如DC的APC上。这最终导致产生适应性B和T细胞反应。

             

 

 来源参考文献1

 

在非免疫细胞中,细胞质RIG-I样受体RIG-I和MDA5感知外源RNA并介导细胞因子和趋化因子的产生,进而将固有免疫细胞(如DC和巨噬细胞)招募到mRNA注射部位。


为了诱导适应性免疫,需要向免疫细胞提供特异性抗原。肿瘤疫苗的mRNAs通常编码肿瘤相关抗原(TAAs)。这些肿瘤源性抗原以细分为:i.)组织分化抗原(如CEA或MART-1,也可以在健康组织上表达),ii.)肿瘤生殖系(癌-睾丸)抗原(如NY-ESO-1或MAGE-3),iii.)肿瘤细胞过度表达的正常蛋白质(如EGFR、Muc-1、Her2/neu),iv.)病毒蛋白(如EBV、HPV)和v.)肿瘤特异性突变抗原(如Mum-1、β-Catenin或CDK4)。


来源参考文献1  

 

基因异常是肿瘤发展的重要驱动因素。体细胞突变可能导致新表位的产生,新表位是与MHC结合的肿瘤源性肽,因此可以被自体T细胞识别。这些新表位被认为是最佳的候选癌症疫苗。  

 
mRNA疫苗允许编码不同抗原的mRNAs的组合,因此接种mRNA疫苗的人的DC可以递呈多种MHC-I和II限制性肽,并诱导多克隆CD4+和CD8+T细胞应答。包含两个或更多编码不同蛋白质或长肽的mRNAs疫苗可以实现广泛的多克隆免疫应答。避免了对某些HLA分子的限制和由于抗原丢失而导致免疫逃逸的风险。  

 
此外,疫苗的接种方式决定了抗原表达的持续时间(肌肉内和皮内的时间较长,而全身应用后的时间较短),持续的抗原可用性可产生高抗体滴度以及GC-B细胞和Tfh反应。  


肿瘤mRNA疫苗的临床研究进展



新的疫苗递送和复合物方法以及对先天性和适应性免疫传感机制的不断了解为肿瘤mRNA疫苗的临床试验铺平了道路。  

 
 

来源参考文献1

 

目前,针对肿瘤的mRNA疫苗有2种方式:i)使用体外负载或电穿孔的DC,ii)通过直接注射带有或不带有载体的mRNA。


在癌症患者中应用了几项基于DC的mRNA疫苗的临床试验,用编码黑色素瘤相关抗原的mRNA与TriMix联合接种导致晚期黑色素瘤令人印象深刻的肿瘤消退。目前mRNA疫苗正在向联合治疗方法发展,包括化疗、放疗和检查点抑制剂。其中一些研究产生了持久的肿瘤生长抑制。尽管这些基于DC的方法是有效的,但是它们也受限于繁琐的程序和高昂的成本。


相比之下,直接注射裸mRNA或复合mRNA被认为是一种快速有效的可行方法。例如,一项I/II期试验在30例转移性肾细胞癌患者皮内反复应用编码6种不同TAA(MUC1、CEA、Her2/neu、telomerase、survivin、MAGE-A1)的mRNA疫苗。10年后的长期结果表明,mRNA疫苗是安全有效的。它延缓了肿瘤生长并提高了生存率,这与检测到的针对TAAs的免疫反应密切相关。


另一项研究中,7名局部晚期患者和39名转移性NSCLC患者接受了5次皮内注射CV9201,这是一种编码5种NSCLC抗原(NY-ESO-1、MAGE-C1/2、survivin、5T4)的活性疫苗。63%的患者产生了针对至少一种抗原的抗原特异性免疫应答,60%的患者表现出激活的IgD+CD38high B细胞增多。31%的患者疾病稳定(SD),另外三分之二的患者病情进展。一项旨在提高抗肿瘤免疫力的类似研究检测了晚期NSCLC患者接种CV9202联合局部放疗的情况。


CV9202是一种基于RNA的活性疫苗,编码6种NSCLC TAA(NY-ESO-1、MAGE-C1、MAGE-C2、5T4、survivin和MUC-1)。与基线相比,大多数患者的抗原特异性细胞免疫和体液免疫增强。一名接受疫苗、放疗和化疗的患者出现部分缓解(PR),46.2%的患者获得SD。


mRNA-4157疫苗是美国Moderna公司研发的一款mRNA疫苗,它是一种针对每位肿瘤患者量身定制的个体化肿瘤疫苗,目前mRNA-4157癌症疫苗能够容纳高达34个编码新抗原的mRNA序列。在mRNA-4157联合Keytruda的I期临床试验中,13例接受单药治疗的患者中有11名患者保持疾病稳定。在联合治疗组中,20例患者中有6例获得响应,其中包括1例完全缓解和5例部分缓解。6名患者疾病稳定,8名病情恶化。与mRNA-4157相关的所有不良事件都是可逆的,并且是轻微的。没有观察到与治疗有关的≥3级不良事件,证明了疫苗的安全性和耐受性。目前,有项肿瘤mRNA疫苗处于临床招募阶段。

 
来源参考文献1  

 

mRNA疫苗的安全性


直到2020年,世界上还没有一种mRNA疫苗获得批准。自2020年针对SARS-CoV2的不同mRNA疫苗在当前的大流行中获得批准以来,安全性问题变得越来越突出。


mRNA疫苗不含细胞或动物成分,通常被证明是安全和耐受性良好的,并且显示出很少的严重问题。然而,急性和长期副作用的临床经验是非常有限的。在某些情况下,可能发生局部反应,如注射部位疼痛、发红或全身过敏反应。


除了这些局部和全身的炎症反应外,还存在着无法控制的炎症和自身免疫的理论风险。这主要由诱导的IFN1反应介导。目前还没有明确的证据表明针对mRNA本身的免疫诱导发生。然而,在系统性红斑狼疮和其他自身免疫性疾病患者中,有人提出,抗自身RNA抗体的发展可能触发和进展自身免疫。


除此之外,与递送化合物、络合剂以及可能插入的核苷酸相关的毒性副作用的残余风险仍然存在。对于后者,必须考虑到这些副作用可能只会在治疗后很长的一段时间才出现。


未来发展方向



大多数癌症疫苗试验在晚期疾病或治疗难治性肿瘤患者中的成功率有限。最常见的是,有效的T细胞诱导激活是主要的障碍。有多种技术可以改善mRNA的传递、组成、免疫原性或可翻译性。然而,需要考虑针对肿瘤的免疫应答的几个具体因素。这些包括疫苗应用的最佳时机,靶抗原的选择,肿瘤微环境的控制,以及与其他可能产生协同抗肿瘤作用的潜在联合应用。


此外,mRNA疫苗不仅可以编码特异性抗原,还可以用于抗原特异性TCR或CARs的瞬时表达。如果这些mRNAs被转染到免疫细胞如T细胞或自然杀伤细胞中,转染的细胞可以识别并清除表达靶抗原的肿瘤细胞。例如,在一项研究中,mRNA被应用于瞬时T细胞表达表皮生长因子受体(EGFR)特异性CAR,以根除表达EGFR的肿瘤细胞。


在另一项针对实体瘤的研究,设计了第二代CLDN6-CAR,配备4-1BB共刺激域。这种CAR与静脉应用的编码RNA的脂质体抗原(RNA-LPX)相结合,这种CAR-T细胞扩增RNA疫苗(CARVac)引发了IFN1驱动的免疫应答,导致抗原特异性T细胞的诱导和克隆增殖。令人印象深刻的是,在几种小鼠肿瘤模型中,这些方法显著减少了肿瘤的生长。


总之,mRNA疫苗的首次获批为肿瘤mRNA疫苗的应用铺平了道路,并勾勒出未来抗癌治疗的前景。尤其是组合概念的重要性将推动未来的mRNA疫苗抗癌治疗。


参考文献:

1.Clinical and immunological effects of mRNA vaccines in malignant diseases. Mol Cancer. 2021 Mar 15;20(1):52.

2. Recent advances in mRNA vaccine technology. Curr Opin Immunol. 2020 Aug;65:14-20.

 



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关键词:
mRNA,疫苗,肿瘤,治疗,细胞,免疫

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