综述|自复制RNA(saRNA)疫苗递送策略新趋势：脂质递送系统篇

2024-06-18

信使RNAsiRNA疫苗寡核苷酸

导读：递送是mRNA疫苗最具挑战性的难题之一。mRNA分子尺寸较大且具有亲水性，这使得其不能轻易地穿过构成细胞膜的疏水性脂质双分子层，因此，mRNA分子进入细胞是一个非常低效的过程。人们为促进mRNA进入细胞，将mRNA与阳离子脂质或聚合物偶联，这些阳离子脂质或聚合物一方面可以中和mRNA的大量负电荷，另外一方面又可以为其提供穿过细胞膜所需的疏水性。尽管这些脂质制剂已经使用了很长时间，但它们的初始组合物并不是最佳的并且对于体内mRNA递送效率相当低。然而，脂质纳米颗粒（LNP）的出现彻底改变了这一领域。目前，LNP 是最先进的递送技术之一，Onpattro 于 2018 年获得批准就证明了这一点，Onpattro 是一种由 LNP 递送的基于小干扰 RNA (siRNA) 的疗法，用于治疗转甲状腺素蛋白淀粉样变性。新冠mRNA疫苗使得LNP技术以前所未有的速度大规模制备，用于新冠mRNA疫苗的LNP 通常由四种成分组成，包括可电离脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇化脂质。新冠自复制RNA疫苗ARCT154由CSL和Arcturus Therapeutics联合开发，并且已经获得日本厚生劳动省的批准用于18岁及以上成年人的初始接种和加强接种。saRNA是一种可在细胞内自我复制的基于甲病毒基因组的特殊RNA分子。与常规mRNA分子相比，saRNA分子存在一些特有的属性。首先，从分子大小来说，saRNA分子要比mRNA长3-4倍；其次，saRNA还编码病毒复制酶。复制酶可以扩增转染细胞中的 saRNA，减少疫苗接种所需的RNA量，并且复制过程中产生的双链RNA可增强适应性免疫的干扰素I反应。为了开发出保护效果更好，安全性更高的自复制saRNA疫苗，我们非常有必要对现有的LNP递送系统进行优化或者探索效率更高的其他递送平台。根据其主要成分和机制，用于saRNA的递送系统分为脂质递送系统和非脂质递送系统两大类。本期文章，菌菌汇总了脂质递送系统与自复制saRNA相关的研究，非脂质递送系统将在下期文章中分享，敬请关注~ 01 脂质纳米颗粒（LNP）早在2012年，Andrew J. Geall等人首次采用LNP递送saRNA，相关研究成果发表在PNAS上：Nonviral delivery of self-amplifying RNA vaccines。在saRNA-LNP制剂配方中，DSPC:胆固醇:PEG-DMG 2000:DLinDMA（可电离阳离子脂质）摩尔百分比为 10:48:2:40，同时，N:P 摩尔比（DlinDMA 上的氮与 RNA 上的磷酸盐）为8:1。采用LNP包封编码呼吸道合胞病毒RSV F蛋白的saRNA，免疫小鼠，RSV F蛋白 saRNA-LNP疫苗可在小鼠体内高效触发F蛋白特异性的血清抗体和细胞免疫反应。 02 纳米结构脂质载体-NLC NLC(Nanostructured Lipid Carrier)系统代表一种水包油乳液（oil in water）和固相纳米颗粒的混合配方，曾经被开发出来用于亲脂性小分子药物的递送。纳米颗粒核心由液体油相，比如三十碳六烯（squalene）和固相脂质（三肉豆蔻酸甘油酯，Dynasan 114）构成。表面活性剂（Tween 80）和阳离子脂质（DOTAP）包围纳米颗粒核心。携带负电荷的RNA分子被阳离子脂质吸附在纳米颗粒表面。 2018年，Neal Van Hoeven在Molecular Therapy发表文章：A Nanostructured Lipid Carrier for Delivery of a Replicating Viral RNA Provides Single, Low-Dose Protection against Zika，他们制备出一种寨卡病毒自复制mRNA疫苗，仅仅接种一针剂量时10ng的疫苗，就可以保护小鼠免于寨卡病毒感染造成的死亡。该疫苗采用高度稳定的纳米结构脂质载体NLC递送系统，并且与samRNA分开贮存，在接种前，可将samRNA和NLC递送系统即时混合，再进行注射。在这项研究中，我们可以看到NLC在25°存放9个月，其粒径大小依然保持不变，包封在颗粒表面的RNA会免于核酸酶的降解。 2022年3月14号，AAHI合作者Corey Casper在Molecular Therapy发表文章：A flexible, thermostable nanostructured lipid carrier platform for RNA vaccine delivery Alana，他们发现液体NLC单独系统在冷藏温度（2-8°）可以存放1年，NLC/RNA冻干体系可以在室温下（25°）存放8个月，在冷藏温度存放21个月，耐温稳定的NLC系统可以极大拓宽mRNA疫苗的运输和存放条件。 2022年3月23号，AAHI合作者Corey Casper在BioRxiv上传文章：A self-amplifying RNA vaccine against COVID-19 with long-term room-temperature stability，他们开发出一款编码Spike 抗原的自复制新冠mRNA疫苗，利用可冻干且耐温的纳米结构脂质载体NLC包封samRNA-Spike 。在小鼠模型中，证实该款疫苗可以刺激机体产生强烈的体液免疫和细胞免疫。最大的特色是，用NLC包封samRNA可极大改善mRNA稳定性，使得samRNA疫苗在室温下存储长达6-8个月，依然具备良好的免疫原性，能够刺激产生高滴度的血清中和抗体。相比于LNP递送系统，NLC系统不需要特殊设计的，具有专利保护的可电离脂质，而是用到商业化的非常容易获得的DOTAP，因此制备简单，产量放大迅速。此外，NLC系统是独立制备的，可以大量贮存，能够与不同长度的RNA即时混合接种，这样在面对不断涌现的变异株时，将会大大加快疫苗研发应对的速度。 03 脂质无机纳米颗粒-LION LION 是一种高度稳定的阳离子角鲨烯乳液，具有嵌入疏水油相中的 15 nm 超顺磁性氧化铁 (Fe O (4) ) 纳米粒子，并含有 DOTAP，可与 saRNA 分子静电缔合在纳米粒子的表面，避免了包封过程。LION可独立制备，因为它在 4°C 下稳定，并且随后可以通过简单的混合步骤便可与saRNA发生结合。 2020年，Erasmus等人在Science Translational Medicine发表文章：An Alphavirus-derived replicon RNA vaccine induces SARS-CoV-2 neutralizing antibody and T cell responses in mice and nonhuman primates，他们开发了一种编码新冠S蛋白的自复制RNA疫苗，采用脂质无机纳米颗粒 (LION) 配制而成，旨在增强疫苗的稳定性、递送和免疫原性。在小鼠中进行基于 VEEV 的 LION-saRNA 疫苗单次肌内免疫和在猕猴的五个不同部位进行单次肌内注射后， LION-saRNA 诱导了强烈的抗体反应。这些抗体中和 SARS-CoV-2 的滴度与从 COVID-19 恢复期的人类中报告的滴度相当。小鼠和猕猴的初免/加强疫苗接种也诱导了特异性的 T 细胞反应。这种LION-saRNA 疫苗还在老年小鼠中诱导了强烈的免疫反应，表明对老年人具有保护的潜力。与目前批准的基于 LNP 的 mRNA 疫苗相比，LION 技术具有多个优势。配方稳定性的提高使得分销和储存变得更加容易，特别是在基础设施不准备维持冷链的国家。saRNA-LION 疫苗已在印度进行临床试验评估，最近在该国获得批准，名称为 HDT-301。这是一个重要的里程碑，因为它是第一个被批准用于人类使用的saRNA 疫苗(EUA)。LION平台的另一个优点是能够快速适应新出现的VOC，甚至适应未来由不同病原体引起的流行病，因为该制剂可以很容易地与其他saRNA分子复合。图片来源：HDT Bio公司官网(一家总部位于西雅图的临床阶段生物制药开发公司,其AMPLIFY疫苗平台是第一个在世界各地获得监管授权的自我复制 RNA ) 增加交叉中和活性的一种策略是设计多价疫苗。这可能需要增加每剂 saRNA 的总量，这可能会损害疫苗的安全性，因为一些使用 LNP 传递的 saRNA 的临床研究已显示出剂量限制性反应原性。在一项生物分布研究中，LNP 递送的 saRNA 被证明可以分布到远处的器官，而 LION 配制的 saRNA 则定位于注射的肌肉和引流淋巴结 (dLN)。结果，接种 LION/saRNA的小鼠表现出仅限于注射部位的先天免疫反应的激活，没有全身炎症或显着的体重减轻。这些结果表明，在 saRNA 的背景下，不同于 LNP 的替代递送平台（例如 LION）可能更适合以较低的反应原性引发最佳免疫。图片来源：A localizing nanocarrier formulation enables multi-target immune responses to multivalent replicating RNA with limited systemic inflammation. 04 鱼精蛋白-LPR 另一种为 saRNA 递送而开发的技术是基于脂质体-鱼精蛋白-RNA (LPR) 纳米粒子。 LPR 纳米颗粒采用自组装方法制备，该方法基于 saRNA 与鱼精蛋白通过静电相互作用缩合，然后进行阳离子脂质体封装和表面聚乙二醇化。 LPR 纳米颗粒经过进一步优化，可有效靶向 dLN，并通过 TLR 信号传导刺激先天免疫。该平台用于在小鼠体内传递编码 RBD 的基于 VEEV 的复制子。给小鼠皮下注射 2 μg LPR-saRNA 会诱导 dLN 中抗原的高表达和延长，并上调多种先天免疫信号通路，例如 IFN-I 和 STING。与 LPR-mRNA 疫苗相比，抗原表达水平显着更高，并且持续至少两周，而非复制 RNA 的情况仅持续四天。图片来源：Self-replicating RNA nanoparticle vaccine elicits protective immune responses against SARS-CoV-2. 05 总结自复制RNA疫苗被视作为mRNA疫苗的下一代革新技术平台，能够以极低的剂量实现更长久的免疫保护效果。自复制RNA相比常规mRNA分子量更大，对于递送系统带来巨大的挑战。本文归纳总结了当前用于saRNA的脂质递送系统的特点和优势，包括LNP、NLC、LION以及LPRP。其中脂质纳米颗粒（LNP）递送系统的有效性已在新冠mRNA疫苗、saRNA疫苗的大规模接种中得到了验证。识别微信二维码，添加生物制品圈小编，符合条件者即可加入生物制品微信群！请注明：姓名+研究方向！版权声明本公众号所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源和作者，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(cbplib@163.com)，我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点，不代表本站立场。