論文標(biāo)題：Opportunities and Challenges in the Delivery of mRNA-Based Vaccines（提供基于 mRNA 的疫苗的機(jī)遇和挑戰(zhàn)）

期刊：Pharmaceutics

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

發(fā)表時(shí)間：28 January 2020

DOI：10.3390/pharmaceutics12020102

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近些年來(lái)，基于信使RNA (mRNA) 的藥物作為一種新型治療手段，被廣泛用于臨床治療，包括傳染病疫苗設(shè)計(jì)、癌癥免疫療法、治療性蛋白質(zhì)替代療法和遺傳病治療等方面。然而，mRNA作為大分子，其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易被核酸酶降解，且會(huì)激活免疫系統(tǒng)，使得將mRNA成功轉(zhuǎn)化為藥物變得困難重重，因此開(kāi)發(fā)穩(wěn)定的遞送系統(tǒng)顯得尤為重要。來(lái)自哥本哈根大學(xué)的Aneesh Thakur教授團(tuán)隊(duì)在Pharmaceutics 上發(fā)表的文章，帶我們回顧了基于mRNA治療劑遞送系統(tǒng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，特別是非病毒遞送系統(tǒng)，同時(shí)介紹了mRNA疫苗的臨床現(xiàn)狀和發(fā)展前景。

mRNA疫苗的基本藥理

基于核酸的疫苗，即DNA和RNA疫苗，在安全性、有效性、誘導(dǎo)B細(xì)胞和T細(xì)胞反應(yīng)和特異性方面與傳統(tǒng)疫苗相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)DNA疫苗在傳遞到細(xì)胞核過(guò)程中，具有整合到宿主基因組中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致插入性的致突變。而mRNA疫苗只針對(duì)細(xì)胞質(zhì)傳遞，規(guī)避了基因組整合的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1. mRNA疫苗的作用機(jī)制。

增強(qiáng)mRNA穩(wěn)定性的手段

由于mRNA的不穩(wěn)定性，直接使用未修飾的mRNA用作疫苗非常困難，因此須對(duì)其進(jìn)行修飾。圖二介紹了體外轉(zhuǎn)錄mRNA常用的修飾手段，包括延長(zhǎng)poly (A) tail、修飾5cap、未翻譯區(qū)域 (UTRs) 工程和開(kāi)放讀取幀 (ORF) 的序列模式，與已修飾核苷酸結(jié)合。成熟的mRNA的ORF分別編碼起始密碼子和停止密碼子標(biāo)記的蛋白質(zhì) (活性產(chǎn)物)，側(cè)翼是UTRs，理想情況下由5cap和poly (A) tail組成。經(jīng)過(guò)修飾的mRNA不會(huì)產(chǎn)生劇烈的免疫系統(tǒng)反應(yīng)，并且可以產(chǎn)生更強(qiáng)的免疫力。

圖2. 體外轉(zhuǎn)錄mRNA的結(jié)構(gòu)和常用的修飾手段。

那么如何將mRNA疫苗成功遞送至細(xì)胞呢？如果直接肌肉注射裸mRNA，表皮最外層的角質(zhì)層會(huì)阻礙其局部吸收。雖然將水溶性聚合物或糖輔料組成的微米大小的針片/陣列與裸mRNA結(jié)合，能有效改善皮膚滲透性，但裸mRNA在血漿中的半衰期較短，容易發(fā)生核糖核酸酶降解，仍然難以進(jìn)入細(xì)胞。利用病毒/非病毒載體來(lái)介導(dǎo)mRNA傳遞，可以改善這一問(wèn)題。可是使用病毒載體會(huì)暴露與基因組整合相關(guān)的關(guān)鍵缺陷，并可能導(dǎo)致宿主產(chǎn)生排斥反應(yīng) (免疫原性和細(xì)胞毒性)，因此用于傳遞mRNA的非病毒載體應(yīng)運(yùn)而生。

劑型發(fā)展

非病毒載體可進(jìn)一步分為聚合物傳遞系統(tǒng)、脂質(zhì)傳遞系統(tǒng)和脂質(zhì)-聚合物雜化系統(tǒng)。聚合物載體可以極大地改善mRNA的體外轉(zhuǎn)染效率，但由于其多分散性和體內(nèi)降解代謝的問(wèn)題，在臨床上不如脂基傳遞系統(tǒng)先進(jìn)。基于脂質(zhì)或類脂化合物的載體代表了最常用的非病毒基因載體。脂質(zhì)體 (脂質(zhì)體和核酸的復(fù)合物被稱為脂質(zhì)復(fù)合體) 或脂質(zhì)納米顆粒 (LNPs) 由各種合成或自然衍生的脂質(zhì)形成，據(jù)報(bào)道，這兩種載體都能為mRNA疫苗提供有效的遞送保護(hù)[1]。目前研究還發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)-聚合物混合納米粒子 (LPNs) 在體內(nèi)外都能進(jìn)行有效的siRNA遞送[2]。這類混合載體可以改善聚合物載體和脂質(zhì)載體的缺陷，有效遞送mRNA。此外，基于多肽，多肽-聚合物混合載體也可以實(shí)現(xiàn)mRNA的傳遞。

除了利用病毒載體和非病毒載體實(shí)現(xiàn)mRNA遞送，基于mRNA的治療方法也也依賴于mRNA自身的細(xì)胞特異性，mRNA分子可以向靶細(xì)胞傳遞，從而減少所需的mRNA劑量，并減少潛在的脫靶效應(yīng)。

基于mRNA的治療領(lǐng)域涵蓋了蛋白質(zhì)替代治療和基因編輯再到疫苗接種，mRNA疫苗是預(yù)防傳染病和癌癥極具前景的藥物。先進(jìn)的傳遞系統(tǒng)可以克服裸mRNA穩(wěn)定性、細(xì)胞靶向性和翻譯效率差等缺陷，但是受目前研究載體或細(xì)胞傳遞系統(tǒng)的限制，mRNA治療學(xué)的廣泛應(yīng)用仍難以實(shí)現(xiàn)。許多臨床測(cè)試的mRNA疫苗是在沒(méi)有任何遞送載體的情況下研發(fā)的，這表明mRNA疫苗的遞送系統(tǒng)需要得到進(jìn)一步的改進(jìn)。多種劑型的mRNA載體和傳遞系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，將為mRNA在治療和預(yù)防傳染病和癌癥方面開(kāi)拓更廣泛的天地。

參考文獻(xiàn)：

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.

期刊簡(jiǎn)介

Pharmaceutics (ISSN 1999-4923; IF 4.421) 是一個(gè)國(guó)際型開(kāi)放獲取期刊。期刊主題涵蓋了生物制藥、藥物遞送、藥物控釋、藥物制劑、藥物靶向、藥代動(dòng)力學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、藥物遺傳學(xué)、藥物基因組學(xué)、藥效學(xué)等。Pharmaceutics采取單盲同行評(píng)審，一審周期約為12.7天，文章從接收到發(fā)表只需2.7天。

來(lái)源：Pharmaceutics