新冠mRNA疫苗进入人体后,是如何发挥作用的?

2021
11/16

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视频来源:ACS美国化学会

新型冠状病毒(简称新冠)mRNA疫苗是一款核酸疫苗,将编码新冠病毒S蛋白的mRNA直接注射进入体内,能够在人体内合成S蛋白,通过模拟病毒感染刺激机体产生抗体;是为预防、控制新型冠状病毒发生和流行而制作的免疫制品。

新冠病毒 mRNA 疫苗的研发过程

复制:细胞核中,DNA解旋,以两条链为模板,按碱基互补配对原则,合成两条子链,子链与对应母链螺旋化。
转录:细胞核中,DNA解旋,以其一条链为模板,按碱基互补配对原则,形成mRNA单链,通过可变剪接后,成熟的mRNA进入细胞质与核糖体结合。
翻译:细胞质中,以mRNA为模板,合成有一定氨基酸序列的蛋白质。
我们不难发现,mRNA在整个过程中充当了一个重要的桥梁作用,被称为“信使RNA”。
预防免疫的过程,简单来说,就是往人体接种病原体经减毒、灭活等处理后的抗原,诱导人体产生对应的抗体,当人体再次接触该种病原体时,人体的免疫系统就会根据原有的记忆,产生更多的抗体来抵御病原体的入侵,达到预防作用。
看到这里,mRNA疫苗的作用原理也就呼之欲出了:科学家们通过将含有编码抗原蛋白的mRNA导入人体,可以跳过复制、转录过程,直接进行翻译,来形成相应的抗原蛋白,从而诱导机体产生特异性免疫应答,达到预防免疫的作用。
刺突糖蛋白  (S蛋白)  是新冠病毒入侵人体的关键蛋白,这种蛋白可以识别人类呼吸道上皮细胞上的ACE2蛋白,并与之相互作用,从而打开新型冠状病毒入侵人体的大门。简而言之:  ACE2是新冠病毒S蛋白的受体。
 新冠病毒入侵人体细胞示意图
新型冠状病毒mRNA疫苗是将编码新冠病毒刺突糖蛋白  (S蛋白,抗原蛋白)  的mRNA直接注射进入体内,能够在人体内合成S蛋白,通过模拟病毒感染刺激机体产生抗体和记忆细胞:
区别于传统疫苗  (如灭活疫苗等)  ,mRNA旨在将抗原的遗传信息引入人体  (而非抗原本身)  ,以激发后续机体内的免疫反应,从作用机制上具有革命性突破意义。mRNA疫苗具备安全性强、免疫原性好、效率高、易大规模生产等优势。
虽然新冠mRNA疫苗有诸多优势,但其面临着运输、储存的巨大挑战。据报道,辉瑞公司的BNT162b2疫苗需要在超低温环境中  (零下70℃)  储存,在2~8℃只能存储24小时,大大增加了运输及储存难度;而Moderna表示,mRNA-1273疫苗需要在零下20℃条件下储存,在2~8℃的条件下可稳定保存30天。因此,新冠mRNA疫苗的储存和分发仍有许多难题需要克服。
下图展示了mRNA疫苗在体内发挥作用的机制    共分成6个步骤:
1)注射的mRNA疫苗被抗原呈递细胞内吞,
2)mRNA进入胞质后    由核糖体翻译成蛋白质,翻译的抗原蛋白可以通过几种方式刺激免疫系统。
3)细胞内抗原被蛋白酶体复合物分解成较小的片段片段通过主要组织相容性复合体(MHC)Ⅰ类分子在细胞表面展示给细胞毒性T细胞    就是CD8+T细胞  )。  
4)活化的细胞毒性T细胞通过分泌溶细胞分子,如穿孔素    颗粒酶等杀死感染细胞。
5)此外    分泌的抗原可被细胞摄取,在内体内部降解,并通过MHC II类蛋白在细胞表面呈递给辅助性T细胞    就是CD4+T细胞  )。  
6)辅助性T细胞通过刺激B细胞产生抗体,并通过炎性细胞因子激活吞噬细胞    如巨噬细胞    有利于循环病原体的清除。

mRNA如何被免疫细胞识别    
主要组织相容性复合物    Major Histocompatibility Complex, MHC    分子在不同物种叫法不同    小鼠是H-2复合物    人是HLA复合物    一般常说的MHC就是指H-2复合物或者HLA复合物    成分比较复杂    人鼠基本不同源    细胞通过蛋白酶体将外来抗原    如mRNA    分解后通过MHC分子呈现在细胞表面    相当于一面旗子    被体内免疫细胞巡视    免疫细胞不认识的则会被攻击    从而产生免疫反应    MHC是免疫系统三种主要抗原识别分子    TCR/BCR/MHC    之一    具有丰富的多态性    上面图片中你也可以找到这3种分子    
 
MHC分子分为I类分子和II类分子    区别在于呈递的抗原和激活的免疫细胞不同    I类分子主要识别内部抗原    可以激活CD8+T细胞    II类分子识别外部抗原    可以激活CD4+T细胞    从而激活不同的免疫反应。
MHC限制性是什么     
T细胞受体    TCR    在识别APC    抗原提呈细胞    或者靶细胞上的MHC分子所提呈的抗原肽时    既要识别抗原肽    也要识别自身MHC分子的多态性部分    此现象即MHC限制性    MHC restriction      指T细胞在识别Ag递呈细胞传递的抗原信息时    必须先识别递呈细胞上的MHC抗原类型    如Th细胞识别MHC-Ⅱ类分子    而CTL细胞只识别MHC-Ⅰ类分子    之后才获取抗原信息的现象。
HLA复合体是迄今为止所知人类多态性最丰富的遗传系统    HLA系统的多态性与TCR/BCR库的多样性不同    其表现在种群内的同个体之间    某种意义上    是种群为了应对各种病原体入侵而形成的一个储备库    显然    其多样性不在个体内的淋巴细胞克降水平    而在种群内的个体水平    HLA等位基因频率在种群内的不同人种    不同民族    不同地域存在差异    
HLA-A2.1在白人和西班牙人族群中都是最常见的    相应研究也最多    The Allele Frequency Net Database   (AFND)   提供每个基因座每个等位基因在多种种族出现的频率查询    感兴趣的可以查下。
mRNA疫苗有什么优势    
DNA是多数物种包括人类和病毒的遗传物质    转录成mRNA后翻译成蛋白质    在体内行使功能。之前一般使用灭火的病毒DNA作为疫苗    相对于DNA作为疫苗,mRNA具有独特的优势    
首先,mRNA本身不具备感染性    能整合入宿主细胞的基因组中    且在其完成蛋白的翻译后会自发降解,不存在感染或基因突变的风险;
其次,mRNA不需要进入细胞核    仅需完成一次跨膜使抗原的表达更加迅速;
再次,mRNA通过设计,合成的方法即可完成体外的大规模生产,产业化周期短,有利于传染病的防控。
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关键词:
分子,蛋白,抗原,疫苗,通过

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