什么是mRNA疫苗?如何开发和研制?
教材研究:疫苗的种类在教材中只说明了三类,即减毒疫苗、灭活疫苗,代谢产物,其中,代表产物的疫苗范围广,如重组蛋白疫苗也应该包括在内,以前听说过基因疫苗,随着时代发展,现在还有mRNA疫苗等。那么,什么是mRNA疫苗?
传统的疫苗通常建立在整个病毒株的基础之上,包括减毒疫苗、灭活疫苗,也有基于病毒蛋白亚单位的重组蛋白疫苗。
一、为什么会开发mRNA疫苗?
虽然这些传统疫苗在许多疾病的预防上起到了重要作用,但是面对急性暴发的传染病,例如,此次的新型冠状病毒,传统疫苗的研发和生产周期太长,难以满足控制疫情的需要,因此我们需要更加有效、更加通用的疫苗开发平台,而mRNA疫苗就是破局的一个潜在方案。
二、开发mRNA疫苗原理
早在1990年代,科学家将体外转录的mRNA注射到小鼠体内,发现其可在小鼠体内表达,产生相关蛋白且具有剂量依赖性,并能够诱导免疫反应,这也就是mRNA疫苗的雏形。
当编码抗原蛋白的mRNA被注射进人体后,能够在体内合成抗原蛋白,从而引起人体免疫反应对抗病原体感染,即为mRNA疫苗。
三、mRNA疫苗种类及开发机制
现在主要的mRNA疫苗包括两类:能自我扩增和非复制型的RNA疫苗。
1.自我扩增RNA疫苗
通常是基于甲病毒属(27个成员病毒,均由媒介昆虫传播)基因组,其中编码RNA复制机制的基因是完整的,用编码抗原蛋白的mRNA代替了原病毒的结构蛋白编码基因。
这类RNA疫苗能够在体内自我扩增,很少的量就可以引起较强的免疫反应。
2.非复制型的RNA疫苗
在体外转录好的一段编码抗原蛋白的完整mRNA,包括5’和3’的未翻译区,5’端有帽结构(UTRs,一种调控序列),3’有Poly(A)尾,用于稳定mRNA和促进转录;同时mRNA还有多种碱基修饰来提高mRNA的稳定性,最后利用纳米脂质体等递送技术将mRNA递送至细胞内,从而翻译抗原蛋白,引发免疫反应。
mRNA疫苗的关键技术:RNA的修饰与递送
虽然mRNA可以发挥疫苗的作用在1990年代就被发现,但是随后的发展并不顺利,mRNA的稳定性和药物递送是需要面临的主要问题。
因为裸露的mRNA很容易受到体内RNA切割酶的攻击,mRNA也需要被高效地递送至细胞内从而进行翻译,发挥功能。
四、mRNA疫苗在理论上相较于传统疫苗的优势
1.安全性:
mRNA并不会感染或者整合进基因组,因此不会带来感染或突变的风险。
2.有效性:
有多种修饰方式能够使mRNA更佳稳定,翻译效率更高;同时递送方式的发展能够使mRNA快速递送到细胞内从而发挥功能。
2.生产的便捷性:
现在的体外转录技术能够非常快速、廉价地大规模生产RNA疫苗,相较于传统疫苗5-6个月的生产周期,mRNA疫苗有望在40天内完成疫苗样品的生产制备,因此有望更好地应对突发的传染病疫情。