之前，人们认为mRNA易被普遍存在的RNA酶降解，不稳定，不适合进行药物开发。在过去的30年里，人们努力提高mRNA细胞内的稳定性、翻译效率和吸收。这些优化包括：修饰其非编码元素（5′帽结构，加帽效率，5′-和3′非翻译区域（UTRs），3′ poly(A)尾）和编码区，优化转染和配方技术。在这些进步的基础上，合成的mRNA已经成为一个基因信息的通用传递系统，以诱导细胞产生肽和蛋白质。
mRNA从结构到药物
体外转录 mRNA是用高效的RNA聚合酶(SP6、T7或T3)从线性化的DNA模板合成的。完全加工的mRNA由5个结构元素组成。从5′到3′端包括：（1)帽结构；(2）5′非翻译区(5'UTR)；（3)所需治疗蛋白的编码序列；(4）3′UTR和（5）3′ poly(A)尾。
治疗用mRNA的基本结构（文献2）
外源性mRNA直接通过细胞质膜（如电穿孔）等方式进入细胞。mRNA不进入细胞核，也不融入基因组。翻译发生在细胞质中，从合成mRNA翻译的蛋白质与内源性mRNA翻译的蛋白质没有区别。该蛋白经过翻译后修饰，并通过靶向序列或跨膜结构域进入到亚细胞隔间，如分泌途径、细胞膜、细胞核、线粒体或过氧化物酶体。 最终，该蛋白被降解，并在主要的组织相容性(MHC)复合物上呈现肽。
在细胞进入时，外源性mRNA分子被模式识别受体(PRR)检测到，包括endosomal TLRs（TLR3和TLR7/8TLR7/8)和细胞质核酸传感器(MDA-5和RIG-1)，从而导致I型IFN和促炎症细胞因子释放，提供给mRNA内源性佐剂。
癌症疫苗提供抗原，刺激抗肿瘤特异性T细胞免疫。抗原包括肿瘤相关的自身抗原(TAA)，如分化抗原、过度表达的抗原、肿瘤/睾丸抗原；肿瘤特异性抗原，如病毒和突变的新抗原。各种抗原传递途径，包括病毒载体、DNA、肽、mRNA或DC细胞疫苗。mRNA已经成为一种有吸引力的癌症疫苗形式，因为它提供了抗原传递和先天免疫激活介导的协同刺激。mRNA疫苗编码TSA或TAA的全部或部分序列，而不依赖于表位预测。
mRNA编码的免疫调节剂包括细胞因子以及共刺激配体和受体，这个领域最主要的企业也是Moderna和BioNTech。IL-2参与T细胞分化、增殖、生存和效应功能， 已经被批准用于治疗黑色素瘤和RCC。重组IL-2的主要问题是同时激活Treg且半衰期短，下一代产品集中在选择性激活及延长半衰期。使用mRNA在体内表达IL-2，可延长细胞因子的产生，降低峰值血清浓度，有利于长期的活性。IL-15与IL-2功能相关，同时通过IL-2Rβ和共同γ链(IL-2Rβγ)发出信号，激活T细胞和NK细胞。IL-2对Tregs的发育和稳态至关重要，并支持AICD控制自反应性T细胞，而IL-15延长了CD8记忆性T细胞的生存率。IL-15的血清半衰期较短，接受静脉注射重组IL-15的癌症患者具有剂量限制毒性。为了避免全身暴露于IL-15，用编码IL-15-IL-15Rα融合结构的mRNA在体外转染用于移植CD8 T细胞。IL-12是TH1免疫的一种有效调节分子，在小鼠肿瘤模型中具有显著的抗肿瘤活性。在人类中，IL-12全身给药时的潜在致命毒性有关。一项研究用编码p35和p40亚基组成的单链IL-12(scIL-12)的mRNA转染的T细胞。在同基因和异种移植小鼠模型中，瘤内注射表达scIL-12的T细胞，导致注射和远处肿瘤病变的完全，T细胞与4-1BBL mRNA共电导进一步提高抗肿瘤疗效。MedImmune LLC和Moderna合作的IL-12 mRNA (MEDI1191)正在开展临床1期研究（ NCT03946800，A Study of MEDI1191 in Sequential and Concurrent Combination With Durvalumab in Subjects With Advanced Solid Tumors）。多种mRNA可以很容易地混合起来，制成一种混合药物产品，现在有多个产品进入临床研究。共刺激配体和受体的相互作用为免疫系统提供炎症信号，可用于癌症免疫治疗。mRNA可以用来短暂地为细胞配备刺激受体（CD70, OX40L, CD80, CD86等），使强炎症信号能够短暂地激活。细胞因子mRNA和caTLR4 mRNA、CaCD40mRNA共转染可以增加IFNγ产生，诱导T细胞激活分子(CD25、4-1BB、OX40)的上调，提高了TILs对自体黑色素瘤细胞的细胞毒性。
mRNA还被探索用于提供全IgG抗体或支架，包括工程双特异性抗体片段，并解决药代动力学（如半衰期短、快速清除）以及为加速临床发展而面临的生产挑战（如聚合物）。
异种移植淋巴瘤小鼠模型，编码利妥昔单抗的LNPmRNA比重组抗体诱导了更明显的抗肿瘤作用。
用肝靶向LNP mRNA编码的曲妥珠单抗，在小鼠模型观察到ADCC效应，延长了HER-2/neu阳性乳腺癌异种移植模型的存活率。
杜克大学曾经进行了一项临床研究，NCT01216436，Local Modulation of Immune Receptors to Enhance the Response to Dendritic Cell Vaccination in Metastatic Melanoma。该研究DC细胞转染了GITR-L and anti-CTLA-4 mAb RNA。不过该研究因为PI退休已经终止了。
除上述内容之外，mRNA在CARs/TCRs等领域也有广泛的使用。在此不做赘述。
肿瘤微环境mRNA的应用（文献3）
喵评：mRNA在解决了易降解，半衰期短的问题之后，开始在肿瘤治疗领域显示出潜力。国际上Moderna和BioNTech等在肿瘤疫苗，及IL-2mRNA免疫调节剂开发方面走在了前列，国内也有多家企业布局mRNA疗法。
Thran M,et al. mRNA mediates passive vaccination against infectious agents, toxins, and tumors. EMBO Mol Med. 2017;9(10):1434–47.
Jan D. Beck et al,mRNA therapeutics in cancer immunotherapy, Molecular Cancer (2021) 20:69 （本文由BioNTech攥写）
Van Hoecke et al. mRNA in cancer immunotherapy: beyond a source of antigen,Molecular Cancer (2021) 20:48
