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摘要：抗体药物偶联物（ADCs）是一种将化疗药物与抗体结合以增强其对肿瘤的靶向输送的疗法，代表了癌症治疗中的一项重大进步。ADCs结合了抗体的精确靶向能力和化疗的强大细胞杀伤效果，允许在最小化对健康组织损害的同时增强对肿瘤的细胞毒性。在这里，我们提供了ADCs当前临床概况的概述，重点介绍了11种美国食品药品监督管理局（FDA）批准的产品，并讨论了超过500项正在研究新型ADCs的活跃临床试验。我们还讨论了与ADCs临床转化相关的一些关键挑战，并强调了克服这些障碍的新兴策略。我们的讨论将为未来开发更安全、更有效的ADCs提供有用的指导，以用于更广泛的适应症范围。 本综述旨在提供当前抗体药物偶联物（ADCs）的临床概况概述，ADCs是一种新兴的靶向癌症治疗方式。我们讨论了FDA批准的ADC产品，并强调了基于它们的适应症、抗体类型、靶点抗原和有效载荷的多样化新型调查ADCs在活跃的临床试验中，同时也概述了ADC开发中的挑战。总的来说，本综述提供了对ADCs在临床中当前状态的理解，同时促进了改进ADC开发的研究计划。 1.引言 癌症长期以来一直是全球性的挑战，被认为是全球第二大死亡原因，占死亡总数的六分之一。传统的治疗方法——手术、放疗和化疗——几十年来一直是癌症管理的基石。然而，它们的效果受到多种因素的阻碍，例如癌症诊断时的阶段（限制了手术的可行性）、对健康细胞、器官和组织的损害（放疗和化疗的后果），以及药物抗性的产生（化疗的挑战）。此外，这些治疗倾向于关注癌症的位置或组织学特征，而不是特定的分子变化。最近在分子和肿瘤生物学方面的进展已经将癌症治疗从这些广泛的方法转变为更个性化和精确的治疗。受到Paul Ehrlich的“魔法子弹”概念的启发，新的癌症治疗选择旨在通过针对癌症的特定分子标记来最小化毒性。包括单克隆抗体（mAbs）和小分子抑制剂在内的靶向疗法已经改变了乳腺癌、结直肠癌、肺癌和消化道肿瘤等多种癌症的管理，提高了传统化疗的效果。 抗体基础疗法的基础是在20世纪60年代奠定的，当时发现了肿瘤抗原的表达，并在19世纪末发展了抗体。单克隆抗体（mAbs）在诊断和治疗血液恶性肿瘤和实体瘤方面已被证明是有效的。它们通过靶向肿瘤相关抗原发挥作用，要么抑制细胞生长和血管生成，要么刺激对肿瘤的持久免疫反应。这导致了抗体药物偶联物（ADCs）的创造，它们将mAbs的靶向方法与化疗的细胞杀伤能力相结合，从而节省健康组织，因此在癌症治疗中代表了重大进步。 在过去几十年中，ADCs的临床研究活动日益增加。迄今为止，美国食品药品监督管理局（FDA）已经批准了11种ADCs，其他监管机构也批准了两种。许多ADCs正在进行临床研究，有望扩大可治疗癌症的范围。正在进行的试验还在探索使用批准的ADCs的最有效治疗组合。在这篇综述中，我们提供了ADCs的临床概况概述。我们讨论了ADCs的设计考虑和作用机制，突出了批准的产品，并回顾了涉及批准和新型调查ADCs的500多项活跃的临床试验。我们还讨论了ADCs临床转化的挑战，并为未来更有效和更安全的ADCs的发展提供了展望。 2.关键组成部分和ADCs的作用机制 2.1.关键组成部分 ADC由一个抗体通过化学稳定的连接物与细胞毒素有效载荷结合而成。虽然这听起来很简单，但这些组成部分理想属性的复杂性已经影响了ADC研究的进展。在这里，我们讨论了与每个ADC组成部分设计相关的关键考虑因素。 2.1.1.抗体 通常使用具有特定抗原表位特异性的单克隆抗体来配制ADCs。抗体可以被视为促进有效载荷特异性输送到肿瘤细胞的驱动力。抗体组分通常推荐的特性包括：(i) 对癌细胞抗原的高选择性超过健康细胞，以及 (ii) 对目标的高结合亲和力。其他理想特性包括结合后的强保留、低免疫原性和最小的交叉反应性。早期的ADCs使用小鼠单克隆抗体配制，由于免疫原性降低了效果而存在问题。然而，新一代的ADCs采用人源化抗体，免疫激活的风险较低。 设计抗体组分的一个关键方面是选择抗原靶标。理想情况下，靶标应该只在肿瘤细胞上表达。然而，一个更现实的目标是识别一个 (i) 在肿瘤细胞上高表达且在健康细胞上低表达的目标，最小目标抗原阈值为>10,000拷贝/细胞，(ii) 在肿瘤细胞表面展示，最小化脱落以实现有效的抗体结合，并且 (iii) 具有被内化的能力以帮助ADC进入细胞。在ADCs中使用的已知抗原超过50种，批准的ADC产品中常见的抗原包括HER2、Trop2、B细胞成熟抗原（BCMA）、Nectin4、CD19、CD22、CD30、CD33和CD79b。最近，研究的重点也转移到了肿瘤细胞之外的抗原识别上。在肿瘤微环境中表达的抗原，如基质、血管、细胞外基质和肿瘤基质上的抗原，有潜力扩大ADCs的目标抗原范围。此外，这些区域表达的抗原较不易发生突变，可能防止药物抗性的发展。 ADC中抗体的大小也很重要。免疫球蛋白G（IgG）抗体（IgG1、IgG2、IgG3、IgG4）通常在ADCs中使用。由于其在血清中的丰富性和强大的效应功能，IgG1是最常用的亚型，而由于其在血液中的半衰期短，IgG3很少使用。虽然IgG抗体在血清中最为常见，但它们的大尺寸通常限制了通过血管和肿瘤组织的渗透。为了克服这一点，新型ADCs通过去除可结晶片段（Fc）段来形成小型化抗体。这使得ADCs更适合实体瘤，但也带来了半衰期减少的问题。 在ADCs的设计中，仔细平衡抗体的结合亲和力和内化能力是很重要的。通常，更高的结合亲和力会导致抗体的快速内化。然而，在实体瘤的情况下，ADCs的快速内化主要只发生在肿瘤边缘。这是因为结合位点屏障导致ADCs在实体瘤的血管附近被困住，阻碍了它们向远处肿瘤细胞的渗透。 除了使有效载荷的输送成为可能，抗体还发挥一些细胞毒性功能，如抗体依赖性细胞毒性（ADCC）、抗体依赖性细胞吞噬作用（ADCP）和补体依赖性细胞毒性（CDC），这将在后面的章节中进一步讨论。 2.1.2.连接物 连接物是影响ADCs稳定性、有效载荷释放、药代动力学（PK）、毒性和整体治疗效果的重要组成部分。大多数最新的ADCs进步归功于药物-连接物技术的进步。理想的ADC连接物应该在循环中足够稳定以防止过早释放药物，同时也足够敏感以响应目标部位的释放刺激。 ADC连接物通常被广泛分类为可裂解或不可裂解。可裂解连接物可以是化学裂解连接物（如腙或二硫键基）或酶裂解连接物（如糖苷酸或肽键基）。当ADCs被内化到目标细胞时，这些连接物通过几种机制如质子溶解、硫醇还原、蛋白酶解或碳水化合物水解而降解，导致细胞毒素有效载荷的释放。这种裂解发生在肿瘤细胞的内体-溶酶体室中。由于负责这些连接物裂解的刺激并不完全局限于肿瘤细胞，这些连接物也容易受到血液或肿瘤微环境中的化学物质和酶的影响，增加了系统毒性的风险。 相反，不可裂解连接物通过在内体/溶酶体中酶解抗体来释放有效载荷。连接物仍然与有效载荷以及一些氨基酸残基结合，这限制了有效载荷在细胞中的扩散，从而降低了系统毒性。这些连接物对生理环境的敏感性较低，导致血浆稳定性增加和特定药物释放。然而，连接物和氨基酸残基的持久存在可能影响有效载荷的功能；因此，只有能够耐受化学修饰的小分子才适合这些连接物。 ADC连接物的其他考虑因素包括其长度和疏水性。越来越多的证据表明，较短的连接物通过抗体提供的立体屏蔽改善了ADCs的稳定性。同时，亲水性连接物增加了ADCs的溶解度并改善了药代动力学，并且对于疏水性有效载荷的ADCs更有益。 2.1.3.有效载荷 ADCs配制有高效力的有效载荷，具有皮摩尔或纳摩尔IC50，以确保细胞毒性效果。早期的ADCs使用了传统的化疗药物；然而，由于到达目标部位的有效载荷量有限（1%-2%），这些中等效力药剂的效果并不理想。新一代批准的ADCs部署了更有效的有效载荷，它们抑制细胞分裂所必需的微管或对细胞DNA造成损伤。这些药剂的效力超过了传统化疗100到1000倍。这类针对微管的药剂的例子包括基于Dolastatin10的auristatin类似物和maytansinoids，常用的DNA损伤有效载荷包括Calicheamin类似物（诱导DNA双链断裂）、Duocarmycin类似物（促进DNA烷基化）和拓扑异构酶1抑制剂（导致DNA插入）。这些有效载荷需要有细胞内靶标，因为它们被设计为在肿瘤细胞内释放。可以在其他地方发表的最新综述中找到对ADC有效载荷的全面回顾。 除了高效力之外，ADC有效载荷还应展示几个其他关键特性，包括在系统循环中的稳定性、在内体/溶酶体中的抗降解性、最小免疫原性、相对较低的分子量，以及适合与连接物结合的化学基团。此外，需要适当有效载荷的疏水性，以平衡溶解度，成功结合到ADC，并具有良好的细胞穿透性，同时防止快速清除。 2.2.作用机制 图1提供了ADCs作用机制的概述。静脉注射后，ADCs在全身分布并在肿瘤中积累。ADCs的循环由抗体组分的长半衰期促进，而它们在肿瘤内的积累是由抗体的片段抗原结合（Fab）段与抗原靶标的结合驱动的。mAbs的大尺寸限制了ADCs通过肿瘤血管的扩散，导致只有一小部分（每克肿瘤0.0003%-0.08%31）的给药剂量的最终在目标部位积累，强调了需要高效力的有效载荷。抗体与其靶标的结合触发了ADC的内化，这可以通过clathrin介导的内吞作用（CME）、caveolar介导的内吞作用或胞饮作用发生。随后，ADC被打包进早期内体，它成熟并与溶酶体融合，其中有效载荷在内体/溶酶体降解ADC后被释放。连接物的类型决定了内化后有效载荷释放机制。不可裂解连接物需要ADC定位在溶酶体中进行蛋白水解，而可裂解连接物的有效载荷释放是由细胞内刺激（如pH敏感性、蛋白酶敏感性或谷胱甘肽敏感性）触发的，绕过了溶酶体运输的需要。 一旦有效载荷释放到细胞质中，它通过微管抑制或DNA损伤破坏细胞功能，导致癌细胞死亡。这是ADCs的主要作用机制。除了增强有效载荷向目标细胞的输送外，一些ADCs可以显示旁观者杀伤效应，其中释放的有效载荷渗透通过细胞膜，扩散到并杀死邻近的肿瘤细胞。此外，CDC、ADCC和ADCP是增强ADC效果的额外机制。这些机制是通过抗体的Fc区域与效应免疫细胞上存在的新生儿Fc受体的相互作用介导的。在ADCC中，Fc区域与FcƔ受体的相互作用激活了自然杀伤（NK）细胞等免疫细胞，它们释放细胞毒素分子（例如，穿孔素和颗粒酶）。ADCP涉及巨噬细胞在类似的相互作用后吞噬癌细胞。然而，这些Fc介导的作用也可以通过导致ADCs被免疫细胞隔离，导致非靶标毒性来降低ADC的效力。然而，这些效应功能主要与IgG1相关，因为IgG2和IgG4在介导Fc依赖性活动方面效果较差。此外，ADC的另一个作用机制是其抑制下游信号通路。这特别观察到在肿瘤发生途径上游的抗原靶标，其中抗体结合防止了受体的二聚化。 图 1 抗体药物偶联物（ADCs）作用机制的示意图。使用BioRender创建。Fc，可结晶片段。 3.FDA批准的ADC产品 目前，有11个ADC产品获得FDA批准，另外两个由其他监管机构（NMPA和PMDA）批准。另外两个ADC（Moxetumomab pasudotox和Belantamab mafodotin-blmf）之前曾获得FDA批准，但由于临床使用有限或未能达到主要疗效终点而被撤回。所有批准的产品均通过静脉注射给药，旨在治疗特定类型的癌症。每个批准产品的关键信息在表1中进行了总结。 3.1.批准用于血液癌症的ADC 迄今为止，已有七个ADC获得FDA批准用于治疗血液癌症，其中两个由于临床疗效或使用有限而被撤回。Mylotarg®（Gemtuzumab Ozogamicin，GO）是首个获准用于治疗急性髓性白血病（AML）的ADC，其特征是骨髓造血功能不良。GO最初在2000年被批准用于AML，但后来因未能证明临床效益和过度的致命毒性而自愿撤出市场。在GO批准之前，AML的标准治疗是7 + 3方案，涉及7天的阿糖胞苷治疗，随后是3天的柔红霉素治疗。36,37 GO在2017年重新获得批准，新的数据显示在剂量调整后对2岁及以上患者的CD33+ AML的安全性和有效性。它由一个与DNA损伤的calicheamicin通过共价连接的人源化抗CD33 IgG4 mAb组成。该连接物是酸可裂解的，并能够在髓母细胞的内体/溶酶体中释放有效载荷。该治疗不被认为是强化的，因此适合老年患者和有合并症的患者。在法国的3期试验中（ALFA-0701试验），对280名患者的GO显示出对新诊断的AML患者有优越的无事件生存期，并且对3325名成人患者的荟萃分析也显示了总体生存率的提高。然而，Mylotarg®带有肝毒性的黑框警告，其他警告包括严重出血风险和输注相关反应。 ADCETRIS®（Brentuximab vedotin）是治疗难治性或复发性经典霍奇金淋巴瘤（cHL）患者的标准治疗。它在2018年最近被FDA批准，并由一个人抗CD30 IgG1抗体通过可裂解的缬氨酸-瓜氨酸连接物与单甲基auristatin E（MMAE）共价连接。一旦与CD30+癌细胞结合并被内化，连接物就会通过内体/溶酶体蛋白酶裂解以释放MMAE，后者通过凋亡诱导细胞死亡。Brentuximab vedotin也已报告在CD30表达低的疾病中活跃，这是由于旁观者效应，其中游离的MMAE扩散并杀死相邻的癌细胞。在其批准之前，cHL的前线治疗涉及化疗药物的组合：多柔比星、博来霉素、长春新碱和达卡巴嗪，但这种治疗方案与高达40%的患者的复发相关。3期ECHELON-1试验显示，用brentuximab vedotin替代该治疗方案中的博来霉素，可以提高III期和IV期cHL患者的无进展生存期，长期随访显示这种益处是持续的。然而，ADCETRIS®带有进行性多灶性白质脑病的黑框警告。 Besponsa®（Inotuzumab ozogamicin）是唯一获准用于治疗复发或难治性B细胞前体急性淋巴细胞性白血病（R/R ALL）的ADC。它是一个通过丁酸易裂解连接物与人源化抗CD22 IgG4抗体共价结合的calicheamicin。在这种情况下，细胞毒性仅在释放后由有效载荷介导，其有效性因此取决于有效的内化和对calicheamicin的敏感性。Inotuzumab ozogamicin已被报告与挽救化疗相比改善了临床结果。INO-VATE 3期试验显示，Inotuzumab ozogamicin比标准治疗化疗有更高的反应率。Inotuzumab ozogamicin在R/R ALL患者中的总体反应率为60%-80%。 Polivy®（Polatuzumab vedotin-piiq）在2019年获得FDA加速批准，用于治疗R/R弥漫性大B细胞淋巴瘤（DLBCL），与苯达莫司汀和利妥昔单抗（BR）联合使用。Polatuzumab vedotin-piiq的2期试验显示，在用Polatuzumab vedotin与BR联合治疗的移植不合格的R/R DLBCL患者中，完全缓解（CR）率更高，死亡风险降低了58%。Polatuzumab vedotin由一个人抗CD79b IgG1 mAb与MMAE通过蛋白酶可裂解连接物链接而成。这种配方使用工程化半胱氨酸（THIOMABs）实现与MMAE的高效和均匀结合。 Zynlonta®（Loncastuximab tesirine，SG3199），由一个人抗CD19 IgG1抗体与吡咯苯并二氮杂环（PDB）二聚体细胞毒素共价结合而成，是另一种获准用于治疗DLBCL的ADC。在内体/溶酶体裂解后，SG3199在细胞的DNA内形成链间交联，导致细胞死亡。SG3199还表现出旁观者杀伤效应。2023年7月，由于FDA对这种ADC的暂停，出于对过度致命毒性的担忧，Zynlonta®的进一步临床试验被终止。 LUMOXITI®（moxetumomab pasudotox-tdfk）最初在2018年被批准用于治疗成人R/R毛细胞白血病。这种ADC由一个靶向CD22的抗体的Fv片段与免疫毒素共价结合而成。一旦释放，免疫毒素通过催化伸长因子-2的二磷酸腺苷-核糖化，诱导凋亡。LUMOXITI的批准基于一个3期研究，该研究表明高达90%的循环CD19+ B细胞在治疗第8天被耗尽。尽管这项研究报告了普遍可接受的耐受性概况，但由于临床使用不足，LUMOXITI在2023年被撤出市场。 Blenrep®（Belantamab mafodotin-blmf）在2020年被批准用于治疗成人R/R多发性骨髓瘤。Belantamab mafodotin-blmf是首个获得批准的抗BCMA抗体的ADC，也是首个带有微管抑制剂单甲基auristatin F（MMAF）有效载荷的ADC。其批准基于DREAMM-2全球试验，该试验显示总体反应率为31%。然而，接受Belantamab mafodotin-blmf治疗的患者中有77%出现眼部毒性，导致FDA对此产品进行黑框标记。2020年，GSK宣布由于在DREAMM-3确认性临床试验中未达到主要终点，Blenrep®从美国市场撤回。 3.2.批准用于实体瘤的ADC 迄今为止，已有六个ADC获得FDA批准，另外两个由其他监管机构批准用于治疗实体瘤。Kadcyla®（Adotrastuzumab emtansine）是FDA批准的首个用于治疗HER2阳性转移性乳腺癌的ADC。Adotrastuzumab emtansine（T-DM1）由一个名为曲妥珠单抗的人源化抗HER2 IgG1抗体组成，该抗体于1998年被引入用于治疗HER2+乳腺癌。高达25%的乳腺癌患者表现出HER2过度表达，这与预后不良有关。然而，在曲妥珠单抗治疗下，有相当一部分患者没有反应或经历了复发。Adotrastuzumab emtansine是曲妥珠单抗和微管抑制剂maytansinoid的组合，通过不可还原的硫醚连接物链接。抗体的内体/溶酶体降解导致释放maytansinoid，引起凋亡。还有由于HER2下调、HER2二聚体抑制、免疫反应激活和ADCC导致额外的抗体介导的细胞毒性。各种临床研究表明，接受Ado-trastuzumab emtansine治疗的患者在总生存期和生活质量方面有所改善。尽管T-DM1在结果上有所改善，但对初始反应者中观察到的药物抗性发展存在担忧。Kadcyla®还带有FDA黑框警告，包括肝毒性、心脏毒性、肺毒性和胚胎-胎儿毒性。 Padcev®（Enfortumab vedotin-ejfv）是首个用于治疗转移性尿路上皮癌（UC）的ADC，这是一种具有不良预后的侵袭性癌症。Enfortumab vedotin-ejfv（EV）由一个完全人源化的抗Nectin-4 IgG1抗体与MMAE链接而成。Enfortumab vedotin-ejfv基于1期和2期试验结果，在2019年获得FDA加速批准，表明EV在UC患者中具有高反应率、疾病控制率和改善的总生存期。在2期（EV-201）试验中，90%的入组患者有转移性内脏疾病，显示EV导致44%的总反应率和12%的完全缓解率。3期（EV-301）试验涉及608名患者，证明了EV与单一化疗相比具有优越的疗效。这促进了EV在2021年获得FDA批准，用于治疗两个成人UC人群，包括之前接受过PD-L1抑制剂和基于顺铂的化疗的患者，以及不适合基于顺铂的化疗的患者。Padcev®带有FDA黑框警告，警告严重的皮肤反应。 Enhertu®（Fam-trastuzumab deruxtecan-nxki，T-DXd）是首个获得批准用于HER2低表达乳腺癌的ADC，占HER2阴性乳腺癌的约40%-50%。T-DXd由一个人源化抗HER2 IgG1抗体与通过稳定的四肽连接物连接的拓扑异构酶-1抑制剂exatecan衍生物（DXd）组成。与曲妥珠单抗emtansine一样，有效载荷在癌细胞内释放。然而，T-DXd的抗体药物比（DAR）为8，即使在HER2表达低的肿瘤中也能有效地输送DXd。T-DXd在2019年获得FDA加速批准，用于治疗不可切除或转移性乳腺癌患者。这一适应症的扩展覆盖了所有表达HER2的肿瘤，允许药物使用的灵活性。其初步批准基于2期试验，表明总反应率为60.3%。经过3期试验表明在无进展生存期和总生存期方面有显著改善，T-DXd在2022年获得FDA的常规批准。基于DESTINY-Gastric01试验，TXd在2021年也获得批准，用于治疗先前接受过基于曲妥珠单抗的方案的局部晚期或转移性HER2阳性胃腺癌或胃食管结合部腺癌患者。同样在2022年，基于DESTINY-Lung02试验的结果，T-DXd获得FDA批准，用于治疗不可切除或转移性的HER2过表达或HER2突变的非小细胞肺癌成人患者。Enhertu®带有FDA黑框警告，与间质性肺病、肺炎和胚胎-胎儿毒性的风险有关。 Trodelvy®（Sacituzumab govitecan）是唯一获准针对TROP2作为其抗原的ADC。它在2020年首次获得批准，用于治疗至少接受过两次转移性疾病治疗的成人转移性三阴性乳腺癌患者。2021年，它还获得了治疗转移性尿路上皮癌的批准。Sacituzumab govitecan由一个人源化抗TROP2 IgG1抗体通过可水解的腙连接物与SN-38（一种拓扑异构酶-1抑制剂和伊立替康的活性代谢物）链接而成。除了在内化的细胞内具有DNA损伤效应外，由于其高膜渗透性，SN-38还表现出旁观者效应。2023年，Sacituzumab govitecan获得FDA扩展批准，用于治疗激素受体阳性和HER-2/NEU阴性的转移性乳腺癌患者，带有中性粒细胞减少症和腹泻的黑框警告。 Tivdak®（Tisotumab vedotin-tftv [TV]），是首个在2021年获得批准的针对组织因子（TF）的ADC，用于治疗成人复发或转移性宫颈癌。大约10%-20%的早期疾病患者和70%的局部晚期疾病患者在诊断后2年内复发。这些患者中只有一小部分对治愈性治疗有反应，需要更多针对性的治疗选择。TV，一个人源化IgG1抗体通过蛋白酶可裂解连接物与MMAE共价结合，在2期临床研究中展示了临床意义和持久的抗肿瘤活性，79%的接受治疗患者的靶病变减少。由于innovaTV 201和innova TV 204试验中有50%以上的患者出现与眼睛相关的不良效应，Tivdak®带有FDA黑框警告，警告眼部毒性。 ELAHERE™（mirvetuximab soravtansine-gynx）是另一个首次用于治疗成人叶酸受体-α（FRα）阳性、铂类耐药的上皮性卵巢、输卵管或原发性腹膜癌的ADC。适用于对基于铂的化疗没有反应且已经接受过其他类型化疗的患者，它具有一个嵌合抗FRα IgG1抗体与通过可裂解的二硫键连接的maytansine衍生物（DM4）共价结合。在内体/溶酶体裂解后，DM4导致细胞周期停滞和凋亡。DM4还表现出旁观者杀伤效应。ELAHERE™也带有FDA黑框警告，警告眼部毒性。 4.活跃的临床试验中的ADCs 自2000年第一个ADC获得批准以来，持续的努力集中在设计具有改善疗效和降低毒性的新型ADC上。这些努力在目前活跃试验中的ADC数量上得到了体现，这只是所有ADC研究的一小部分。我们在clinicaltrials.gov上进行了搜索，以识别已批准和新型调查ADC的活跃临床试验。对于与已批准ADC相关的试验，我们通过在“其他术语”类别中输入每个已批准ADC的药物名称进行搜索，同时检查“干预性研究”，处于活跃状态（“尚未招募”、“招募中”、“邀请注册”和“活跃，未招募”）。对于与新型ADC相关的试验，我们使用关键词“antibody drug conjugate OR antibody-drug conjugate OR ADC OR ADCs OR antibody drug conjugates OR antibody-drug conjugates”在clinicaltrials.gov的“其他术语”类别中进行搜索，并检查“干预性研究”，处于活跃状态（“尚未招募”、“招募中”、“邀请注册”和“活跃，未招募”）。所有收集的试验然后手动筛选，只包括专注于携带pan-cytotoxic载荷的IgG基ADC的试验。我们的搜索截至2023年10月，共识别出551个活跃的临床试验。在这里，我们讨论这些活跃的试验，并强调与批准产品相比，活跃试验中调查ADCs出现的新趋势。表2和表3分别展示了已批准ADC和新型调查ADC的代表性活跃试验。 4.1.疾病适应症的范围 大量的ADC相关活跃试验针对的是实体瘤，其中乳腺癌是最受研究的适应症，共有140项试验。图2提供了ADC相关活跃临床试验所涉及的适应症范围的概览。这些试验中的大多数（64%）旨在扩大当前已批准产品的临床应用。这些试验中的ADC与市场上的产品具有相同的组分，但在所研究的适应症范围上有所不同。大约36%的试验集中在尚未批准的新型ADC上（见图2）。当比较两组感兴趣的试验——针对新型ADC的试验与已批准ADC相关的试验时，可以注意到新型ADC的试验明显倾向于实体瘤应用，实体瘤应用约占试验的90%。图2详细列出了已识别的活跃ADC相关试验的疾病适应症细分。另一个值得注意的观察是抗原靶标的转变，第二组（针对新型ADC的试验）展示了比第一组（已批准ADC相关的试验）更广泛的抗原靶标多样性（见图3）。抗体和药物有效载荷组分在新型ADC的试验中也呈现出更广泛的多样性，这些都有助于这组试验所覆盖的更广泛的疾病适应症范围。这种多样化可能是由于对癌症中靶标表达模式理解的不断增长所驱动的。 图 2 活跃临床试验中的抗体药物偶联物（ADCs）概览。(a) 市场上已批准的ADCs（FDA批准了11种，其他监管机构批准了2种），展示了它们的疾病适应症范围。(b) 活跃临床试验中ADCs的阶段和疾病范围。(c) 对ADC试验的深入分析，显示基于新ADC产品（左侧）与基于已批准ADCs（右侧）的试验比例，按阶段和适应症进行分析。 4.2.抗体的范围 抗体是ADC的重要组成部分，因为它决定了目标特异性，从而增强了有效载荷的靶向细胞毒性效果。此外，抗体组分影响ADC的血浆浓度、免疫原性和免疫功能，并且还可以有助于直接或间接的细胞毒性效果。IgG是ADC中最常用的抗体，其中IgG1亚类最为普遍（见图3）。大约70%（383项试验）的活跃临床试验使用IgG1，主要是人源化的，可能的原因是它在血清中的含量丰富，与其他亚类相比，与IgG结合的Fc-gamma受体的结合亲和力高，从而增强了抗体依赖性细胞毒性和吞噬作用。其次是IgG4，占活跃试验的15%。图3详细列出了活跃ADC试验中使用的抗体亚型细分。此外，还有三项试验涉及IgG2亚类的ADC。 图 3 活跃临床试验中使用的抗体药物偶联物（ADCs）的抗体范围。基于单克隆抗体（mAb）的同种型，对新ADC试验（右侧）与已批准ADC试验（左侧）进行比较。每个同种型进一步分析（条形图），以显示不同临床试验阶段的靶标抗原范围。 4.3.靶标抗原 抗原选择对ADC的有效性和安全性至关重要，因为ADC携带高效的细胞毒素有效载荷，需要精确输送以最小化非靶向毒性。抗原选择的关键考虑因素包括：(i) 目标在肿瘤细胞上的独有或主要表达以实现选择性，(ii) 靶标抗原在肿瘤细胞表面的表达而不是它们的分泌，这可能导致非特异性药物释放，(iii) 目标触发ADCs细胞内吞作用的能力，对有效载荷输送至关重要。 目前，FDA和其他监管机构批准的ADC针对血液恶性肿瘤和实体瘤的11种不同抗原。活跃的临床试验中，约80%（447项试验）集中在已批准产品中使用的这些已建立的抗原上；表2详细列出了这些信息。试验中的主要抗原靶标是HER2（32%）、CD30（14%）和TROP2（9%）。然而，在针对新型ADC的试验中发现了更多新型抗原靶标，新型靶标约占总活跃试验的20%（104项试验）。图4详细列出了活跃ADC试验中使用的这些新型靶标的细分。追求新型靶标是扩大ADCs到实体瘤的主要驱动力，因为这些新型靶标的使用可能有助于减少ADC对正常组织的毒性。虽然这些抗原大多数是肿瘤相关而不是肿瘤特异性的，但也从典型的肿瘤细胞抗原扩展到了肿瘤微环境和血管中的抗原。 图 4 活跃的抗体药物偶联物（ADC）聚焦临床试验中的抗原靶标范围。(a) 条形图显示了针对已知抗原的新研究性ADC和已批准ADC的试验数量。(b) 树状图显示了针对实体瘤或血液瘤的新ADC试验中新颖抗原靶标的范围。 4.3.1.活跃临床试验中的新型靶标——血液癌症抗原 血液癌症比实体瘤更容易接近。这解释了为什么大多数用于治疗血液癌症的ADC中的抗原通常与肿瘤和非肿瘤细胞有关，因为ADC可以直接接触到患病细胞。此外，这些靶标在造血干细胞和非造血组织上不存在，允许血细胞的持续补充，并分别减少细胞毒性。用于治疗血液癌症的批准ADC制剂中使用的经典抗原包括CD19、CD22、CD30、CD33、CD79b和BCMA，其他地方有详细的综述。有相当一部分ADC相关活跃临床试验（32%）针对这些抗原，旨在扩大已批准ADC的适应症或通过与其他化疗药物（例如，多柔比星、环磷酰胺、吉西他滨）或免疫疗法（例如，pembrolizumab、nivolumab、rituximab）的组合提高其疗效。目前，有18项新的ADC试验（占总活跃试验的3%）专注于血液肿瘤，其中14项针对新型抗原。表3可以找到这些抗原在临床试验中的具体范围。这些抗原包括针对淋巴瘤的CD74、CD20、CCR7和CD25；针对白血病的CD71、CD123、CD25和CD38；以及针对骨髓瘤和轻链淀粉样变性的CD38。这些抗原广泛表达在免疫细胞（例如，B细胞、T细胞、NK细胞、树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞）、红细胞系细胞和其他组织中。 4.3.2.活跃临床试验中的新型靶标—实体瘤抗原 与血液癌症抗原不同，实体瘤抗原不具有谱系特异性，大多数是肿瘤相关抗原。这意味着这些抗原主要在肿瘤细胞中过度表达，但也可能在健康细胞中以较低水平表达，引发了对非靶向毒性和降低肿瘤内药物输送的担忧。因此，识别在健康组织中表达有限的靶标对于提高ADCs的治疗有效性至关重要。FDA批准的针对实体瘤的ADCs所针对的经典抗原包括HER2、TROP2、TF、nectin-4和FRα。目前，有32个新型实体瘤抗原正在针对新型调查ADCs的临床试验中进行研究，如B7家族蛋白、EGFR、HER3、间充质-上皮转化因子（c-MET）、AXL、Claudin-18.2和NaPi2b，占活跃试验的15%。关于这些新抗原及其相关试验的更多细节见图4和表4。 4.4.活跃临床试验中有效载荷和连接物的多样性 由于ADCs对肿瘤细胞或组织的特异性，可以最小化与亲本化疗药物相关的非靶向效应。目前批准的ADCs使用的是DNA损伤和微管抑制有效载荷，如auristatins、maytansinoid、camptothecin和calicheamicin，这些药物在亚纳摩尔浓度下就有效。这些有效载荷由于高细胞毒性，不适合单独系统给药。ADCs是重新利用因非靶向毒性而受限的小分子药物的有价值工具。ADCs在活跃临床试验中适应症的持续扩展也反映了新有效载荷纳入调查ADCs的情况。在针对新型ADCs的200项活跃临床试验中，大约四分之一涉及新有效载荷。图5提供了当前ADC试验中有效载荷的细分，其中微管抑制剂占这些有效载荷的51%。auristatins（抑制微管蛋白聚合）以81项试验为主，可能归因于它们有利的生化特性。拓扑异构酶抑制剂，通过DNA插入引起DNA损伤，在ADC试验中是第二大有效载荷类别，共有44项试验。在调查ADCs中探索的一些新有效载荷的例子包括DNA烷基化类—duocarmycin（10项试验）、PBD二聚体和吡啶并苯并二氮杂环（7项试验），以及单胺吲哚苯并二氮杂环（7项试验）。这些分子被称为高效的抗肿瘤剂。这些有效载荷的详细化学特性可以在其他地方发表的最新综述中找到。 ADC中的连接物显著影响ADC的安全性和有效性。在ADC设计中，理想的连接物应该足够稳定以防止过早的药物释放，同时对实现位点特异性药物释放敏感。ADC主要设计有可裂解或不可裂解的连接物。可裂解连接物对TME中的pH变化、谷胱甘肽/二硫苏式异构酶或蛋白酶有反应，而不可裂解连接物依赖于ADCs的内体/溶酶体降解来释放药物。反映在批准的ADC产品中的偏好，可裂解连接物在当前临床试验中的新型调查ADCs中受到青睐（见图5）。这类可裂解连接物的例子包括谷胱甘肽敏感的二硫键连接物、蛋白酶敏感连接物（苯丙氨酸-赖氨酸、缬氨酸-瓜氨酸）和酸敏感腙连接物。 图 5 抗体药物偶联物（ADC）聚焦的活跃临床试验中的有效载荷和连接体多样性。饼图显示了新ADC试验（左侧）和已批准ADC试验（右侧）中的药物作用（第一层级）、类别（第二层级）以及有效载荷（第三层级）。 5.ADCs临床转化的挑战和展望 ADCs背后的原理很简单。然而，开发有效的ADC是具有挑战性的。迄今为止，使用人源化抗体、高效力有效载荷和高度稳定连接物等改进已经推动了更有效ADC的开发，许多有希望的候选药物正在进行临床试验。 ADCs开发中的一个重要挑战是优化药物载荷。这包括确定最佳DAR和实现均匀的药物结合。DAR是影响ADCs药代动力学、稳定性和有效性的重要属性。不同研究表明，为了优化其有效性，需要将一定数量的药物单元链接到每个mAb上。然而，更高的DAR并不一定意味着更好的有效性。虽然结合了大量有效载荷的ADCs在体外显示出增加的效力，但几项体内研究表明高DAR与毒性和聚集性之间存在负相关。DAR为4的ADC显示出与DAR为8的ADC相当的体内抗肿瘤活性，进一步降低到DAR为2的活性得到了提高。通常推荐平均DAR为四，因为更高的DAR值增加了血浆清除率和抗体聚集，降低了ADCs的治疗指数。然而，与这一普遍建议相反，许多新型ADCs的DAR高于4，在临床试验中显示出有希望的结果。例如，XMT-1536是一种针对实体瘤中SLC34A2/NaPi2b的基于dolaflexin的ADC，其DAR高达15。尽管这与典型的DAR建议相矛盾，但有效载荷是auristatin F的前药，表现出显著的旁观者细胞毒性，提高了其抗肿瘤效力。一旦在肿瘤内代谢，auristatin F变得对细胞膜不渗透，进一步降低了系统性药物暴露量，提高了整体耐受性。因此，这种前药方法在提高ADC效力方面具有潜力，其整体药代动力学特性与低DAR的其他临床研究ADCs相当。 早期批准的ADCs基于随机/异质性将有效载荷结合到抗体上。这种方法已被证明对ADCs的治疗指数产生负面影响。异质性可能意味着每个ADC包含高于名义DAR的物质量和/或ADCs含有未结合和超载的抗体。因此，当前的研究重点是实现具有相同药物附着位点的同质ADCs。这一目标技术上具有挑战性，取决于连接物与mAb的结合方法。最常见的结合方法是通过赖氨酸侧链胺或半胱氨酸硫醇基团。这导致了一个由不同DARs、在不同位点连接的不同物种组成的混合物（>100种），每种物种都显示出不同的体内药代动力学和效力模式。可以使用纯化来消除不同DARs的物种，但这仍然留下了一个在不同位点附着有效载荷的异质混合物，导致ADC生产批次间的变化。 此外，有效载荷的附着位点和偶联技术也会影响ADCs的药代动力学和稳定性。有效载荷的偶联可能引起物理和化学不稳定性。例如，在半胱氨酸偶联中，mAb的自由半胱氨酸残基上的链间二硫键被还原。这些半胱氨酸在维持抗体结构中起着重要作用，这种干扰增加了不稳定性的风险。为了克服这些挑战，一种新兴的方法是使用位点特异性附着策略。这种方法涉及将有效载荷偶联到单独最小化疏水有效载荷的密度和溶剂可及性的位点。研究表明，虽然DAR为8的ADC在体内仅实现了轻微的肿瘤抑制，但使用位点特异性ADC（DAR仍为8）却实现了卓越的肿瘤抑制，表明位置很重要。这需要研究mAbs以找到显示出与未偶联抗体相当的血浆暴露的特定位点，从而提高ADCs的治疗有效性。 或者，另一种新兴策略是采用其他偶联方法。一些在临床试验中的新型ADC采用了新颖的偶联方法。SKB264，一种针对TROP-2的ADC，采用了一种新的偶联策略，允许通过共价磺代嘧啶-CL2A-碳酸酯连接物在减少的链间二硫键上偶联七到八个有效载荷。这种策略提高了ADC的稳定性，并将其在小鼠中的血浆半衰期增加到最多57小时。与TRODELVY（一种批准的针对TROP-2的ADC）相比，相同剂量的SKB264显示出改善的抗肿瘤效力和减少的不良效应。STI-6129，另一种新型ADC，正在进行六项临床试验，利用这种二硫键重新桥接方法实现五个duostatin分子对anti-CD38 mAb的位点特异性偶联。使用这种策略，STI-6129显示出与未偶联抗体相当的内化率。其他改善偶联的策略包括在mAbs的战略点引入额外的半胱氨酸基团以保留固有的半胱氨酸。ADCT-602和IMGN632，分别包含经过半胱氨酸工程改造的anti-CD22 mAB98和anti-CD123 mAb，是这种策略的显著例子。这种修饰保留了抗原结合和特异性，并产生了均匀的偶联物。因此，选择正确的位点可以改善药物载荷并减少清除。其他研究表明，赖氨酸偶联可能比位点特异性半胱氨酸偶联更有益，这突出了在ADC开发中需要逐案优化偶联方法。 在临床试验中，还有一些采用其他位点特异性偶联策略的值得注意的ADCs。ARX-788，一种带有amberstatin的抗HER2 ADC，DAR为1.4，使用基于非天然氨基酸技术的不可裂解连接物。这产生了具有高血清稳定性的均匀ADC，在临床前研究中优于T-DM1。同样，ADCT-601利用N-糖基化位点通过可裂解连接物将SG3199偶联到anti-AXL mAb上。 影响ADCs开发和临床应用的另一个显著挑战是抗药性的发展。具有多种作用机制的优势也使ADCs面临抗药性问题，因为抗药性可能在这些步骤中的任何一步发生。ADCs的抗药性可能与抗原相关、与有效载荷相关或与肿瘤细胞相关。 与抗原相关的抗药性可能是由于抗原表达减少或抗原外细胞域的截短形式，导致抗体与细胞表面的结合减少。已经表明，使用抗HER2 trastuzumab-maysansinoid ADC（TM-ADC）的几个月治疗导致了对TM-ADC的16倍抗药性和对其他trastuzumab ADCs的交叉抗药性，部分原因是HER2表达减少。对于Brentuximab Vedotin的抗药性，也报告了抗原（CD30）的下调趋势。肿瘤异质性和抗原的基因组变化也可能导致肿瘤不同部分的抗原表达不同，导致治疗失败。这种抗药性通常通过转换为其他ADCs或标准护理化疗来克服。 与有效载荷相关的抗药性主要是由于肿瘤细胞上药物外排泵的过度表达。外排泵，如MDR1，也称为渗透性糖蛋白1，是许多小分子药物发展抗药性的原因，同样也影响ADCs。过度表达ABC转运蛋白被报告为对T-Dxd、T-DM1、gemtuzumab ozogamicin和抗CD33-calicheamicin ADC的抗药性负责。克服这种抗药性的策略包括多样化有效载荷，这占了ADC试验中新有效载荷的数量（见图4）。将微管抑制剂DM1替换为拓扑异构酶抑制剂被报告为有效克服T-DM1抗药性，从基于auristatin的ADCs转换为基于蒽环素的ADCs也显示出类似的效果。其他策略包括优化DAR和偶联技术，以及开发更多亲水性ADCs，因为MDR1对疏水化合物有更高的偏好。 癌细胞的遗传不稳定性使它们能够不断开发机制来逃避治疗。与肿瘤细胞相关的抗药性机制涉及转运途径的变化、溶酶体功能障碍和凋亡信号途径的改变。有效的ADCs内化对其作用机制至关重要（见图1），主要通过CME发生。使用如洞穴介导的内吞作用等替代途径可能导致ADCs在洞穴素-1（CAV1）包被的囊泡中积累，减少溶酶体共定位，从而降低整体疗效。有报道称，尽管某些T-DM1抗药性细胞系中HER2表达仍然正常，但细胞内转运、溶酶体pH和蛋白酶活性却异常。溶酶体pH增加和蛋白酶活性紊乱导致细胞内完整ADC的积累。这在需要完全水解抗体才能释放有效载荷的ADCs中尤为明显。因此，转换为使用只需要一个蛋白酶事件的连接物可能有助于克服这种抗药性机制。其他策略包括使用具有替代裂解机制的ADCs，使用纳米粒子和其他药物稳定溶酶体pH，以及最近，使用双药ADCs和双特异性ADCs。利用这些抗药性机制的见解，一些在临床试验中的新型ADCs具有新的设计以提高其有效性。值得注意的是，基于trastuzumab的SYD985和DS-8201a ADCs在克服T-DM1对HER2阳性乳腺癌的药物抗药性方面显示出前景。这些第二代ADCs采用了更有效的细胞毒素有效载荷，并从共价连接物转变为可裂解连接物。SYD985目前在5项活跃试验中，使用valine-citrulline连接物结合的duocarmycin衍生有效载荷，其细胞毒性不依赖于细胞周期。与需要完全降解抗体才能释放有效载荷的T-DM1不同，SYD985的有效载荷通过cathepsin介导的其连接物裂解而释放。另一个例子是DS-8201a，它包含一个通过稳定的叔丁氧羰基-甘氨酸-甘氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸连接物结合到trastuzumab的拓扑异构酶抑制剂DXd有效载荷。DS-8201a可以绕过T-DM1抗药性，因为DXd对p-糖蛋白的影响具有抗性，稳定的连接物允许最多八个药物分子的结合，增强了其细胞毒性。此外，由于有效载荷的高膜渗透性，两种ADCs都表现出显著的旁观者细胞毒性。 双特异性双特异性ADCs是克服与肿瘤细胞相关的ADC抗药性的新兴策略。这些ADCs旨在具有不同的纳米抗体，可以同时识别不同的靶标或相同的靶标但不同且不重叠的表位。这有助于改善内化、溶酶体转运和随后的ADCs降解。一个著名的例子是M1231，一种针对MUC-1和EGFR的首创双特异性ADC，与单特异性mAbs相比，在细胞内化和溶酶体转运方面显示出更高的效率。通过识别不同的表位，这种策略有助于克服由于抗原下调引起的抗药性。此外，结合两种抗体的特异性也可以通过阻断疾病进展/或启动ADCC或CDC的中心靶标来提高ADCs的效力。有报道称，使用双特异性ADC METxMET-M114在肺癌中过度表达的MET上，比仅仅阻断MET功能提供了更多的益处，并且有潜力克服对MET选择性酪氨酸激酶抑制剂的获得性抗药性。许多其他研究表明了双特异性ADCs的潜力，表明这确实可能是ADC开发的未来方向。 然而，值得注意的是，双特异性抗体的运作需要一定数量的抗原表达，因此在该阈值以下会限制其功能。 另一种应对ADC抗药性问题的新兴策略是结合了多种药物治疗的概念，但避免了多种药物方案的复杂性。这涉及使用双药ADCs。这些ADCs通常由具有不同理化特性或作用机制的有效载荷组成，通过同一连接物连接到mAb上。通过结合MMAE和MMAF，Levengood等人137报告了3:5的治愈率，相比之下，仅使用MMAF达到的治愈率为1:5。同样，另一项研究设计了一个使用点击化学基础连接物的MMAE和MMAF双ADC，这允许有效控制DAR并实现更有效的肿瘤杀伤。类似地，有研究表明，携带MMAE和PBD二聚体的双ADC可以通过不同机制实现肿瘤杀伤。以这种方式设计的ADCs已被报道与单药制剂相比具有增加的疗效，并代表了ADC开发的未来方向。 6.结论 自ADCs最初获得批准以来，其在临床上的采用激增归功于它们比传统细胞毒性疗法更优越的治疗有效性。ADCs已成为某些对传统化疗无反应的血液和实体瘤的主要治疗选择，突显了它们在靶向具有可识别标记的癌症方面的潜力。目前，有500多项临床试验正在探索众多新型ADCs，预示着未来几年将在更广泛的适应症范围内增加ADC批准的数量。从现有ADCs的临床使用中获得的见解促进了下一代ADCs的创造，这些ADCs承诺提高疗效并减少不良效应。包括新靶标的发现、偶联技术的改进、DAR的优化和细胞毒素剂的多样化在内的创新，将显著改善ADCs的药代动力学和安全性概况。尽管面临诸如药物抗性和肿瘤异质性等挑战，ADC技术持续的进展为克服这些障碍提供了乐观的前景。 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。

摘要:癌症的特征是无限的增殖和转移，传统的治疗策略通常会导致药物抗性的获得，从而突出了对更个性化治疗的需求。mRNA疫苗通过转录和翻译将外源性目标抗原的基因序列传递到人体细胞中，刺激身体产生针对编码蛋白的特定免疫反应，从而使身体能够获得针对这些抗原的免疫保护；这种方法可能被用于个性化癌症治疗。自近期冠状病毒大流行以来，mRNA疫苗的开发取得了实质性进展并得到了广泛采用。在当前的综述中，讨论了mRNA疫苗的开发、它们的作用机制、影响其功能的因素以及疫苗当前的临床应用。重点放在mRNA疫苗在癌症中的应用，旨在突出这种新颖且有前景的治疗方式的独特进展和剩余挑战。 1.引言 癌症仍然是对人类健康构成严重威胁的疾病，其发病率持续上升。近年来，新发病例数和癌症相关死亡人数呈显著上升趋势。癌症的发生是一个多因素、多步骤和复杂的过程，其病因尚未完全明确；然而，人们普遍认为它与吸烟、感染、职业暴露、环境污染、不健康饮食和遗传因素等多种因素密切相关。随着生命科学和技术的快速发展，我们对肿瘤的理解更加深入。寻找更有效的治疗方法以提高癌症患者的生存率，仍然是医学研究的核心话题。 mRNA疫苗是一种核酸制剂，可以通过特定的递送系统，通过转录和翻译的方式，将外源性目标抗原的基因序列传递到细胞内，转录的蛋白刺激身体产生特定的免疫反应，从而使身体获得免疫保护。mRNA疫苗是在灭活疫苗、减毒活疫苗、亚单位疫苗和病毒载体疫苗之后的新一代疫苗。随着基于RNA的技术不断进步，这种创新的治疗模式预计将取代传统疫苗，并可能有能力解决与小分子和抗体疗法相关的问题。除了在传染病中的应用，mRNA疫苗还为包括癌症、罕见病和神经系统疾病在内的疾病提供了更有效和持久的治疗机会。mRNA疫苗不仅一次覆盖多种肿瘤抗原，还通过同时递送人类白细胞抗原（HLA）-I和HLA-II分子，激活更广泛的T细胞反应，从而实现更全面的多角度攻击。因此，mRNA疫苗具有显著的抗癌潜力。目前，全球有数十项与mRNA肿瘤疫苗相关的临床试验正在进行，包括（但不限于）黑色素瘤、胰腺癌和结直肠癌，某些试验中，mRNA疫苗与其他肿瘤免疫药物联合使用。最近开发的mRNA-4157疫苗，已被美国食品药品监督管理局（FDA）宣布为“突破性疗法认定”，并被欧洲药品管理局纳入“优先药品”计划，预计将成为首个上市的mRNA肿瘤疫苗。 本文综述了癌症的当前治疗方法以及mRNA疫苗的开发和现状。在此基础上，还讨论了mRNA疫苗在肿瘤治疗中的价值。 2.癌症治疗  癌症是全球主要的公共卫生问题。根据美国癌症协会发布的最新全球癌症数据，预计2023年美国将有1,958,310例新癌症病例和609,820例死亡。在不同类型的癌症中，前列腺癌、肺癌、支气管癌和结直肠癌几乎占男性所有病例的一半（48%），其中仅前列腺癌就占所有诊断的29%。对于女性，乳腺癌、肺癌和结直肠癌占所有新诊断癌症的52%，其中乳腺癌（BCa）单独占女性癌症的31%。在预计的癌症死亡中，男性中肺癌、前列腺癌和结直肠癌死亡人数最多，女性中肺癌、乳腺癌和结直肠癌死亡人数最多（图1A）。 图1. (A) 不同性别癌症的基本流行病学特征。(B) 肿瘤疫苗的主要类型。 由于医学方法的不断进步，治疗癌症的方法越来越多。根据癌症的类型和阶段以及患者的具体情况，选择合适的治疗可以显著延长生存时间并提高生活质量。癌症的治疗方法主要包括手术、化疗、放疗和免疫疗法。然而，单一的治疗方法对癌症的治疗是不够的，简单的治疗方案增加无法达到目标。因此，需要合理和全面地使用各种方法来更好地控制和消除肿瘤；即，应尽可能采用当前的综合多学科方法。 随着疫苗接种因数字时代的新兴创新而得到推广，接种具有个体肿瘤突变的患者可能成为癌症的第一种真正的个性化治疗。所有能够刺激身体产生对抗肿瘤发生病原体因素的制剂或激活特定免疫以对抗癌症的免疫逃逸效应并治疗肿瘤的疫苗都可以称为肿瘤疫苗。预防性疫苗与传统疫苗类似，主要针对与癌症直接相关的病原体微生物，如人乳头瘤病毒（HPV）和乙型肝炎病毒（HBV）。此外，还有针对已经患有癌症的患者的疗效疫苗，这些疫苗通过主要针对肿瘤中存在的“自身抗原”的免疫反应，促进持久的免疫记忆和长期的抗肿瘤反应的建立。 目前，肿瘤疫苗的主要类型如下：i）全细胞疫苗；ii）树突状细胞（DC）疫苗；iii）蛋白质或多肽疫苗；iv）核酸疫苗，包括DNA疫苗和RNA疫苗（图1B）。 3.mRNA疫苗概述  mRNA疫苗的历史  在2019年冠状病毒（COVID-19）大流行期间，mRNA疫苗作为几家制药公司用于创建疫苗的尖端技术而受到关注。值得注意的是，第一个进入I期临床试验的潜在疫苗是mRNA疫苗。Brenner等人在1961年首次将mRNA识别为中枢神经系统中的中介遗传元素。Malone等人在1989年发现，当mRNA被包裹在阳离子脂质{N-[1-(2,3-二油酰氧基)丙基]-N,N,N-三甲基氯化铵}中时，可以成功转染并表达在各种真核细胞中，这是mRNA基药物概念首次被构想出来的时候。20世纪90年代，mRNA疫苗研究蓬勃发展，临床前试验被应用于包括传染病和癌症在内的一系列疾病。1990年，首次成功进行mRNA体内表达的努力是直接注射体外转录的mRNA足以将mRNA引入小鼠骨骼肌细胞。这证明了mRNA疫苗的可行性。1992年，Jirikowski等人发现，将编码催产素和抗利尿激素的mRNA注射到遗传突变的糖尿病小鼠中，可以在注射后几小时内短时间内治愈病情。Martinon等人在1993年报告了一种体外生成的mRNA疫苗，编码流感病毒的核蛋白以激活小鼠的细胞毒性T细胞。Boczkowski等人在1996年首次发现，用mRNA脉冲的DC是触发T细胞反应的可行方法。Zhou等人在1999年展示了mRNA疫苗对抗癌症的潜力，通过直接将糖蛋白100 mRNA包裹在日本血凝病毒脂质体中注射到脾脏，导致黑色素瘤小鼠模型中肿瘤生长受限和生存时间延长。随着研究的进展和实验程序的改进，mRNA疫苗的安全性、有效性和工业制造能力在过去几十年中不断提高。目前，几种mRNA疫苗正在临床环境中进行测试，或随时可用，以对抗癌症和几种传染病，包括寨卡病毒、巨细胞病毒、流感病毒、偏肺病毒和副流感病毒。为了满足及时有效疫苗的需求，自全球严重急性呼吸综合征（SARS）CoV-2大流行以来，核酸疫苗的研究和开发激增。此外，mRNA疫苗的市值已增长至数十亿美元，预示着mRNA基药物，特别是mRNA疫苗的未来发展充满希望（图2）。 图2. mRNA疫苗的研究历史及肿瘤治疗进展。 mRNA疫苗的机制 mRNA疫苗的制造涉及几个相对复杂的步骤。首先，需要设计并合成所需的mRNA序列；该序列通常包括编码目标抗原或其他治疗蛋白的核苷酸序列，并且应包含适当的5'端帽和3'端尾序列以提高mRNA的稳定性和翻译效率。通过体外转录，合成相应的mRNA，体外转录系统通常由RNA聚合酶、缓冲溶液、核苷三磷酸、锌离子和辅助因子组成，以促进转录。将DNA模板与体外转录系统的其他组分混合，构成含有合成mRNA所有必要组分的反应混合物。然后将这个反应混合物放入适当的反应管中，并在适当的条件下进行体外转录反应。在这个反应过程中，RNA聚合酶识别DNA模板并利用它合成mRNA。合成的mRNA需要被纯化和修饰，以去除杂质并提高稳定性，某些mRNA疫苗可能还需要被包裹在脂质体中以提高其稳定性并促进体内细胞摄取。脂质体通常由磷脂和胆固醇等成分组成，可以在水相中形成具有脂质双层结构的微小脂质囊泡。可以添加表面活性剂（如聚乙二醇）以提高脂质体的稳定性和细胞摄取效率。合成的mRNA与脂质体混合形成脂质体-mRNA复合物。这些复合物可以通过内吞作用机制转染到目标细胞中，细胞膜形成内陷以将脂质体-mRNA复合物带入细胞内。内吞的囊泡将脂质体-mRNA复合物包裹在内体中，然后与细胞质中的其他细胞器融合，并将它们的内容物释放到细胞质中。脂质体-mRNA复合物的内容物释放到细胞质后，mRNA分子被细胞内的核糖体识别并翻译（图3）。 图3. mRNA疫苗的生产过程和主要结构。ORF（开放阅读框）、UTR（非翻译区）、PEG（聚乙二醇）。 一部分外来mRNA逃避了普遍存在的核糖核酸酶的破坏，并被个别细胞特有的自然过程（如发育中的树突状细胞的巨胞饮作用）内化为内体途径，由内体释放到细胞质中。宿主细胞的翻译机制将mRNA翻译成抗原蛋白。信号肽决定了编码蛋白一旦产生后的最终位置。这些可能是为了将蛋白质定位到宿主细胞内的适当细胞器而重组创建的，或者它们可能是原始蛋白质序列固有的。作为替代方案，这种编码的蛋白质可能通过其分泌影响附近细胞的功能，如果它被释放到血液中，它也可以影响远处的器官。细胞质中的蛋白酶分解对细胞重要的抗原蛋白，产生抗原肽表位。内质网是抗原肽表位转移、装载到主要组织相容性复合体（MHC I）类分子上并向CD8+细胞毒性T细胞展示的地方。为了获得更强力和持久的免疫反应，需要将蛋白质产品引导到抗原呈递细胞（APCs）中的MHC II类装载区。这可以通过向mRNA添加编码路径信号的序列来实现。一旦产生的抗原肽表位装载到MHC II分子上，就诱导了抗原特异性的CD4+ T细胞反应，并且装载的MHC II肽表位复合物出现在细胞表面（图4）。此外，通过一种称为交叉启动的过程，被DCs摄取的外来抗原也可以被处理并装载到MHC I类分子上。这允许设计、体外生产和递送任何所需序列到任何类型的细胞。当mRNA作为外来基因的载体时，由于其自我佐剂效应，它可能表现出与mRNA病毒相似的某些特征。APCs可以在翻译前识别mRNA，这种识别触发了模式识别受体的激活，包括Toll样受体（TLR）3、TLR7和TLR8。TLR3、TLR7和TLR8可以检测单链和双链（ds）RNA链，而短的和长的dsRNA丝可以在细胞质中被视黄酸诱导基因I（RIG-I）和黑色素瘤分化相关蛋白5检测。因此，可能会激活I型干扰素（IFN-I）途径，可能会产生趋化因子和促炎细胞因子，并可能激活APCs，所有这些都可能触发强大的适应性反应。 图4. mRNA疫苗的一般作用机制示意图。MHC（主要组织相容性复合体）、TCR（T细胞受体）、PFN（穿孔素）、GzmB（颗粒酶B）。 mRNA疫苗的优势 mRNA肿瘤疫苗平台提供了其他癌症疗法所没有的独特优势。与传统的放疗和化疗不同，它们容易受到药物抗性的影响，mRNA疫苗允许同时覆盖多种抗原，从而克服了癌症治疗中的疫苗抗性。mRNA疫苗和免疫检查点抑制剂（ICIs）的结合可以在逆转抗性途径中发挥作用。因此，预计mRNA疫苗将是ICIs的有用辅助手段，两者的结合可能允许为患者实施精确和个性化的治疗。此外，传统的癌症治疗可能会对正常人体细胞造成重大损害，而mRNA疫苗可以更精确地针对肿瘤细胞。此外，mRNA表达的短暂性质确保了抗原刺激是暂时的，有效地降低了慢性炎症或自身免疫反应的可能性。与其他肿瘤疫苗平台相比，mRNA疫苗具有高度的免疫原性，能够刺激患者更广泛的免疫反应。 尽管mRNA肿瘤疫苗显示出临床潜力，但其经济价值也值得注意。作为一种新疗法，mRNA疫苗在方便性和生产成本方面优于其他细胞和基因治疗产品。市场上的其他基因/细胞疗法，如嵌合抗体受体T细胞免疫疗法（CAR-T），目前的价格为数百万美元，这对患者和社会构成了重大的经济负担。这是因为CAR-T需要为患者进行一系列过程，如细胞提取、修改、体外培养和重新输注，并且很难扩大生产规模，因此很难降低单一产品的成本。相比之下，mRNA疫苗是直接体外转录的。mRNA疫苗的合成和生产步骤是标准化的，允许产品的快速和大规模生产，这将导致产品的重大成本优势。因此，预计mRNA疫苗将为经济能力较弱的癌症患者提供福音，因此在当前的医疗环境中具有重要的经济潜力。 鉴于多种优势，mRNA技术比DNA甚至传统疫苗更具吸引力。体外转录（IVT）合成消除了对细胞的需求以及随之而来的监管障碍，使mRNA生产无疑比大规模蛋白质生产和纯化更容易、更快、更清洁，与传统的疫苗方法形成对比。抗原设计的准确性允许更快地响应新出现的大流行和流行病风险，及时有效地应对。mRNA之所以精确，是因为它只产生特定的抗原并触发定制的免疫反应，与减毒或灭活疫苗不同。mRNA可以通过结合模式识别受体触发和/或促进适应性免疫反应，无需佐剂，而亚单位疫苗需要佐剂来引发免疫反应。核酸疫苗受到HLA类型的限制较少，比肽疫苗更有可能引发更广泛的T细胞反应，因为它们可以编码全长肿瘤抗原，这允许APCs同时交叉呈现或呈现多个表位，具有I类和II类患者特异性HLA。 以下描述了mRNA疫苗相对于DNA疫苗的优越之处。由于DNA疫苗无法工作的核膜屏障被移除，因为只有mRNA需要在细胞质中转录，而DNA必须在细胞核中翻译。因此，有丝分裂和非有丝分裂细胞都可能成功转染mRNA疫苗。此外，mRNA很少整合到基因组DNA中，也不会经历插入突变。第三，由于mRNA被生物过程迅速分解，并且在2-3天后不留痕迹，编码抗原的生产只是暂时的。mRNA疫苗平台的灵活性也有助于生产，因为它允许标准化生产，因为对编码抗原的修改不会改变mRNA主干的物理/化学属性。第四，与其他平台相比，由于生产基于体外无细胞转录过程，因此病毒污染物和细胞衍生杂质的安全问题较少。此外，RNA疫苗通常比DNA疫苗引发更强的免疫反应。这一点的原因尚不完全清楚，但一些理论包括低表达DNA感应机制、不同的核酸感应模式识别受体的表达、DNA进入人类细胞的传递效率低下，以及DNA需要穿过细胞和核膜并在细胞核中转录才能成功转染细胞。 mRNA疫苗的潜在限制 尽管当前SARS-CoV-2 mRNA疫苗的成功促进了癌症mRNA疫苗的研究，但在以下章节中讨论了mRNA疫苗在癌症应用中仍然存在限制。 苛刻的保存条件。mRNA是一个不稳定的分子，由于核糖上的羟基存在，容易被环境中的生物核酸酶裂解。它可以在冷冻保存时保持稳定活性，但对于经济欠发达地区来说，存储成本太高。载体基保护剂如脂质纳米颗粒（LNPs）只能将mRNA疫苗保存最多3个月。Cichlidin也能保护mRNA免受酶促降解，但可能使其更难翻译，影响mRNA疫苗的效力。 单独使用时相对较低的抗肿瘤效果。由于mRNA疫苗的稳定性差、蛋白质的生产周期相对较短、肿瘤细胞的异质性以及晚期肿瘤的免疫微环境通常高度免疫抑制，单独使用mRNA疫苗很难在质量上提高抗肿瘤效果。因此，癌症mRNA疫苗的临床研究进展有限。 缺乏长期实验结果。癌症mRNA疫苗的临床试验目前正在进行，通常处于早期开发阶段。特别是个性化癌症mRNA疫苗的临床试验报告结果仍然有限，且治疗效果在患者之间差异很大。癌症mRNA疫苗的长期试验结果仍然缺乏，因此将其作为癌症常规治疗的路线图还很长。有报道称mRNA疫苗可能与某些罕见的致命血栓事件有关，因此mRNA疫苗接种的安全性也值得长期观察。总之，必须监测癌症治疗中mRNA疫苗的长期疗效和副作用。 监管挑战和伦理考虑。针对个体化新抗原的mRNA疫苗的开发和生产针对个人的基因组数据，因此疫苗可能带来监管和批准挑战。 影响mRNA疫苗的因素 尽管mRNA疫苗有所有的好处，它们的基本特性仍然对它们在癌症治疗中的使用施加了某些限制。例如，mRNA和细胞膜的负电荷使mRNA分布更具挑战性。皮肤和血液中含有胞外核糖核酸酶，这些酶容易分解mRNA。由于其固有的免疫原性，mRNA可能通过激活下游与干扰素相关的途径触发先天免疫。矛盾的是，这种固有的免疫原性促进了mRNA的降解，降低了抗原表达，尽管它可能被用作佐剂样效应来增加免疫反应。体外转录产品中经常发现dsRNA污染物。dsRNA可能通过增强I型干扰素的产生，进一步限制了mRNA的翻译并加强了先天免疫的激活。为应对这些问题，已经开发了几种技术来推进mRNA疫苗的科学。 mRNA疫苗的递送系统。众所周知，mRNA的半衰期约为7小时，没有递送系统的情况下其吸收很差。此外，mRNA是一个天然不稳定的分子，容易被内切核酸酶、3'外切核酸酶和5'外切核酸酶分解。将mRNA疫苗应用于癌症的最大挑战之一是在没有足够高的翻译水平的情况下，将mRNA送入足够数量的细胞。这需要高度针对性和有效的mRNA递送机制。迄今为止，已确定的癌症mRNA疫苗的递送载体包括LNPs、聚合物载体、肽载体、DC载体、细胞外囊泡载体和混合载体。 最发达、有前景且广泛使用的mRNA非病毒递送方法之一是LNP。它由四种组分组成，共同作用以包裹和保护脆弱的mRNA核心：胆固醇、辅助磷脂、阳离子或可电离脂质和聚乙二醇（PEG）化脂质。胆固醇用作稳定剂以增加LNP稳定性，可电离阳离子脂质可以促进mRNA的自主聚集形成约100纳米的颗粒，并通过电离在细胞质中释放mRNA，PEG可以延长LNP复合物的半衰期。天然磷脂支持纳米颗粒形成脂质双层结构。目前，有LNP-mRNA癌症疫苗正在进行临床试验，例如mRNA-4157。 mRNA疫苗的纯化。体外转录的mRNA产品主要是目标mRNA、非目标mRNA、核苷酸、寡核苷酸和蛋白质的组合。通常使用色谱法将目标mRNA从系统中的其他mRNA杂质中分离出来，而沉淀和提取技术则用于消除mRNA中的常见杂质。dsRNA可能通过增强I型干扰素的产生，而dsRNA是RNA病毒基因组复制中间体的模拟物。因此，通过纯化体外合成的mRNA产品，可以有效地减少mRNA疫苗对I型干扰素免疫反应，同时提高mRNA的翻译效率。在IVT期间，可以通过在更高温度下生成RNA或降低Mg2+含量来减少dsRNA物种。Engel等人检查了dT25共轭寡核苷酸亲和支持树脂（dT25-OAS）的纯化特性；由于其非常高的结合能力，dT25-OAS是大规模mRNA纯化的合适替代品。 mRNA疫苗的分子稳定化。提高蛋白表达通常涉及修改序列和/或结构以提高mRNA稳定性（增加半衰期）和翻译的技术。方法包括延长聚(A)尾、改变5'帽、设计非翻译区（UTR）和开放阅读框（ORF）序列模式以及改变特定的核苷酸序列。这些变化导致蛋白质的大量生产延长了一段时间，从几分钟到超过1周。PERSIST-seq，一个基于RNA测序的平台，最近被创建，用于全面表征各种mRNA库的细胞内mRNA稳定性。该平台已经并继续使mRNA药物增强的计算试验成为可能。 5'帽修饰。5'帽是一种保护结构，可以触发mRNA翻译，防止外切酶切割，并控制前mRNA剪接和核输出等功能。先天免疫系统使用5'帽来区分内源性RNA和外源性RNA。关于体外mRNA加帽，有两种标准方法。第一，通过在mRNA转录系统中加入正常的帽类似物m7GpppG结构，可以完成mRNA加帽和体外转录。第二，在第一次体外转录后，甲基转移酶将Cap 0甲基化为Cap 1以进行mRNA加帽。体外转录中用于mRNA加帽的最常用技术是使用帽类似物进行加帽。现在已经开发了几种帽类似物。在m7G内部的核糖部分改变的抗反向帽类似物（ARCAs）是最常报道的帽类似物。为了提高mRNA的质量，最近还开发了对ARCA结构的额外改变。例如，基于ARCA的磷修饰通过增加mRNA对eIF4E的亲和力，可能通过减少其对脱帽酶的敏感性并提高翻译效率来增加mRNA稳定性。在ARCA中插入一种新型化学改变的帽类似物可以增加mRNA的半衰期，防止它被mRNA脱帽酶2脱帽。2018年，‘CleanCap’，一种共转录加帽技术，被创造为另一种帽类似物。与传统的第一代帽类似物（如mCap和ARCA）相比，它们在较低的效率和反应产率下具有Cap 0结构，这要高效得多。 5'和3'-UTR的优化。mRNA编码区的上游（5'-UTR）和下游（3'-UTR）区域包括mRNA序列的非编码部分或UTR。UTR具有多种功能，包括控制mRNA稳定性、亚细胞定位、翻译效率和mRNA从细胞核输出。通过UTR优化，通常可以增加体内的mRNA表达水平，因此UTR是癌症mRNA疫苗设计的的关键部分。 ORF的密码子优化。ORF区域是mRNA的编码区，因此其翻译速率无疑非常重要。因此，通过选择该区域内的正确密码子，可以最大化mRNA的总翻译效率。为了实现序列优化的目标，使用的方法要么是选择高度表达的蛋白质共有的最佳密码子对，要么是保持目标细胞中高度表达的蛋白质自然存在的每种密码子的相同百分比。此外，为了加快翻译速度，ORF中不常见的密码子通常被替换为具有增加的转运RNA（tRNA）丰度的密码子。在这种情况下，可以确保在生产外来mRNA和/或使用宿主密码子增加高度表达基因的翻译时，具有足够的tRNA水平。为了控制翻译延伸速率，可以优化ORF的鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）含量。另一种与更高GC含量直接相关的密码子优化技术是尿嘧啶枯竭。RIG-I可以识别富含尿嘧啶的区域，当它被激活时，蛋白质表达可能完全停止。 聚(A)尾修饰。在mRNA构建的3'端是一个被称为聚(A)尾的聚腺苷酸区域。它对mRNA的酶稳定性和翻译都很重要。为了控制翻译效率，它特别与几种聚腺苷酸结合蛋白结合，并与mRNA序列5'端的7-甲基鸟苷帽（m7Gppp）合作。根据早期研究，聚(A)尾在控制mRNA的稳定性和翻译效率方面至关重要。发现较长的尾巴可以在多种细胞类型中增加蛋白质表达水平。另一方面，根据Lima等人的研究，较短的聚(A)序列可能会促进这种封闭循环形状以实现有效翻译。总之，为了最大化mRNA的翻译效率，应该根据不同的细胞类型修改聚(A)序列的长度。 修饰核苷酸。某些mRNA核苷酸在mRNA成熟期间经历转录后修饰。可以使用这些天然存在的修饰核苷酸（如5-甲基胞嘧啶和伪尿嘧啶）合成IVT mRNA。当IVT mRNA具有如伪尿嘧啶等修饰核苷酸时，表现出更好的翻译效率和稳定性。这被假设是因为核苷酸防止TLR、RIG-I和RNA依赖性蛋白激酶R（PKR）被激活，使IVT mRNA对细胞质TLR（如TLR3、TLR7和TLR8）以及RIG-I和PKR不可检测。然而，有建议称，未修饰的mRNA疫苗可以帮助免疫系统识别肿瘤细胞，在这种情况下，不需要修改癌症mRNA疫苗。 佐剂。佐剂是一类物质，无论是天然的还是人造的，都能被免疫系统轻易识别并用来增强预期的免疫反应。注射其相应的佐剂可以提高对抗原的免疫反应，即使mRNA疫苗本身具有自我佐剂效应。目前，向mRNA中添加佐剂是一个热门的研究课题。 一种名为TriMix的mRNA佐剂由三种免疫调节分子组成：CD70、CD40配体和活性TLR-4。对III期或IV期黑色素瘤患者进行TriMix mRNA治疗，连同额外的肿瘤抗原mRNAs，这导致持久的临床缓解和增强的免疫反应。最近建立了一种用于c16-r848的mRNA疫苗NP技术的佐剂脉冲。这种技术显著提高了ova特异性CD8+的扩增，这使得激活的T淋巴细胞能够穿透体内的肿瘤床，而在没有佐剂的mRNA疫苗NP中没有观察到这一点。RNActive（curevac Ag）疫苗平台和RNAdjuvant是其他流行的佐剂。此外，某些mRNA递送载体，如精蛋白和阳离子脂质，可能增强佐剂的效果。Pam2Cys是一种合成的中性脂肪酸，可以通过TLR2/6途径发出信号，已被证明能触发体液和细胞应用免疫反应，这使其成为一个有前途的候选佐剂。最近的一项研究将Pam2Cys整合到mRNA-LNP中以提高mRNA疫苗的效力。在使用这种疫苗的预防性和治疗性肿瘤模型中，CD4+和CD8+ T细胞依赖的抗肿瘤反应显著增强，同时记忆抗肿瘤反应也得到了建立。因此，Pam2Cys在开发未来的癌症mRNA疫苗中具有重要价值。 4.mRNA疫苗在传染病中的应用  mRNA疫苗主要用于治疗癌症和传染性疾病。目前，约有140项临床研究正在评估mRNA疫苗治疗各种疾病。自我复制或复制RNA疫苗和非复制mRNA疫苗是已经评估的两种主要类型的RNA疫苗。复制体是自我复制的mRNA，由RNA病毒产生，其结构病毒蛋白被替换为编码RNA聚合酶和抗原的mRNA。因此，这些mRNA增强了免疫原性并延长了蛋白质表达，从而提高了效率。 自我复制的mRNA有两种ORFs，一种编码目标抗原序列，另一种编码病毒复制机制，与传统的非复制IVT mRNA的“成熟”真核mRNA不同。这允许细胞内长期RNA扩增。非复制mRNA疫苗的递送机制可能进一步被识别，因为它可以直接注射到一系列解剖区域或通过体外装载DCs。虽然现在有几种机会使用自我复制的mRNAs来预防传染病，但其作为癌症疫苗的使用主要限于临床前研究，并且只有少数临床研究已经进行。 由病毒感染引起的疾病。基于核酸的疫苗通过在免疫期间在体内表达疫苗抗原，模仿病毒感染来诱导体液和细胞毒性T细胞反应。这一好处对于消除感染或细胞内病原体至关重要，需要强烈的体液和细胞免疫反应来提供有效的保护（图5）。 图5. mRNA疫苗在治疗多种疾病方面展现出巨大潜力。NSCLC（非小细胞肺癌）、HIV（人类免疫缺陷病毒）、HSV（单纯疱疹病毒）、SARS-CoV-2（严重急性呼吸综合征冠状病毒2）。 引起流感的病毒。避免流感的最有效方法是接种疫苗。与传统疫苗相比，编码流感病毒效应蛋白（s）的保守区域的mRNA疫苗可能诱导产生特定抗体，改善预防和理想的治疗效果。此外，由于开发过程更快，mRNA疫苗对新型流感病毒的开发更简单。这表明mRNA疫苗可以作为管理流感的快速和适应性工具，无论是季节性还是大流行性。 人类免疫缺陷病毒（HIV）。在首次使用裸露的mRNA（ihivarna）结合新的HIV免疫原序列（HTI免疫原）进行的人类临床试验中，使用DC激活方法（trimix：CD40配体（CD40L）+ CD70 + 编码组成性活性TLR4（CATLR4）RNA）和疫苗接种，疫苗安全且耐受性良好。它迅速增加了外周CD4 T细胞中的HIV-1 DNA和RNA，并触发了适度的HIV特异性T细胞反应。激活性佐剂trimix和来自HIV-1结构蛋白的16个保守片段（GAG、pol、Vif和Nef）组成了HTI trimix。它编码了一个强大的激活信号和一个高效的HIV重组抗原，使其成为mRNA基治疗HIV-1的有前途的新型疫苗候选物。根据临床前的发现，它可能成功刺激T细胞，成熟DC的释放和抗病毒细胞因子的释放（特别是IFN-γ）。HTI-TriMix的I期和IIa期临床研究在2019年底完成。IIa期研究中的HIV-1阳性个体在0-2周和4周接受了三次疫苗接种，这是通过超声引导使用腹股沟淋巴结确定的。 单纯疱疹病毒（HSV）。最近开发了一种针对HSV-2病毒颗粒上发现的C、D和E糖蛋白的三价疫苗。在HSV-2侵袭后，疫苗可以保护动物免受生殖器感染和随后的病毒脱落。此外，疫苗产生了交叉反应性抗体，中和了HSV-1并提供了对HSV-1感染的保护。因此，这种疫苗为生殖器HSV-1和HSV-2感染提供了强大的保护，并且是适合人体测试的候选疫苗（图5）。 黄病毒。许多黄病毒，如寨卡病毒、波瓦桑病毒、登革病毒和蜱传脑炎病毒，已使用mRNA疫苗进行治疗并预防感染。对寨卡病毒的mRNA疫苗引起了极大的兴趣。Richner等人创建了一个包含野生型或突变型ZIKV结构基因的LNP包裹的修饰mRNA疫苗，以评估小鼠的免疫原性和保护。在I/II期人类临床研究中，一个类似的疫苗称为mRNA-1893，在10或30微克剂量的初次加强免疫后，导致超过90%的血清转化（图5）。 COVID-19。对COVID-19的mRNA疫苗引起了极大的兴趣。迄今为止，已经生产了几种疫苗，包括mRNA-1273、BNT162、ARCT-021和cvncov疫苗（cv07050101）。mRNA-1273和BNT162b2 COVID-19疫苗几乎相同的94至95%的疫苗效力，以及它们快速的开发和测试周期一年，是科学和医学领域的显著成就。 在开发中的mRNA疫苗中，目前只有针对COVID-19的mRNA疫苗上市。根据已公布的临床数据，COVID-19 mRNA疫苗提供了高水平的保护和安全性。接种mRNA疫苗后，接种者产生的中和抗体水平显著高于那些从COVID-19中康复且未接种疫苗的人，并且表现出增强的免疫反应和记忆。mRNA COVID-19疫苗为16岁及以上个体提供了95%的整体保护，并且能够有效地对20多种病毒变体产生反应。大多数接种mRNA COVID-19疫苗的患者中没有发现临床意义上的安全问题。在一小部分接种新冠mRNA疫苗的人中观察到心肌炎，特别是在年轻男性接种第二剂疫苗后发病率最高。 由细菌感染引起的疾病。针对细菌和寄生虫抗原种类的mRNA疫苗开发尝试有限，其中许多仍处于临床前测试阶段。 Maruggi等人检查了表达A组链球菌抗原（GAS）和无乳链球菌（GBS）的自我放大mRNA疫苗的有效性和免疫原性。自我放大mRNA载体能够有效地产生两种原型细菌抗原：GBS的2a型菌毛骨干蛋白和双突变的GAS溶血素O。在感染GAS和GBS的小鼠中，自我放大mRNA疫苗产生的抗体反应能够持续提供保护。Jawalagatti等人开发了一种创新策略，用于创建可口服的mRNA疫苗。 5.mRNA疫苗在各种肿瘤中的应用  大约25年前，首次展示了基于mRNA的癌症疫苗的可行性。从那时起，mRNA疫苗在癌症治疗中的应用已在多项临床前和临床研究中进行了探讨。到目前为止，只进行了少数几项mRNA癌症疫苗的临床研究。大多数试验集中在急性髓系白血病（AML）、多发性骨髓瘤、间皮瘤、胶质母细胞瘤、恶性胶质瘤和肾细胞癌，以及胰腺癌、黑色素瘤、乳腺癌（BCa）、非小细胞肺癌、前列腺癌、卵巢癌和结直肠癌的mRNA疫苗，并且仍处于早期阶段（I和II）（图5）。Moderna和默克夏普多美公司宣布，2023年7月，首个mRNA个性化癌症疫苗（mRNA-4157）和抗程序性细胞死亡1（PD-1）单克隆抗体（Keytruda）的组合疗法进入了III期临床试验。这是首个进入III期临床试验的mRNA癌症疫苗。表I总结了mRNA疫苗治疗癌症的临床试验。 胰腺癌。越来越多的数据表明，胰腺癌的肿瘤内和肿瘤间异质性，特别是与免疫微环境和基因改变有关，与治疗抵抗性相关。传统的癌症治疗方法通常会导致获得性抵抗，强调了需要针对性、个性化的护理。在患有胰腺导管腺癌的患者中，最近使用辅助定制的mRNA新抗原疫苗autogene cevumeran的I期临床研究表明，疫苗刺激了T细胞活性，这可能与疾病的复发延迟有关。在临床试验中，19名患者中有16名在接受了Atezolizumab治疗后接受了cevumeran治疗；接受mRNA疫苗的16名患者中有8名产生了持续产生IFNγ的T细胞易位，证明了mRNA疫苗的免疫持久性。对疫苗有反应的受试者的中位无复发生存期（RFS）在中位随访时间为18个月时尚未达到。反应者的RFS明显高于非反应者。因此，可以得出结论，Atezolizumab（一种抗PD-L1单克隆抗体）与mRNA疫苗结合，诱导了广泛的T细胞活性，并延迟了胰腺癌的复发。Kang等人表明，在进行手术切除并有延迟复发风险的胰腺导管腺癌（PDAC）患者中，个性化的mRNA新抗原疫苗autogene cevumeran（BNT122）与Atezolizumab和mFOLFIRINOX（PDAC手术后的标准辅助化疗方案）结合使用，诱导了显著的T细胞活性。 结直肠癌。针对结直肠腺癌的mRNA疫苗有限。一个重大困难是从几种疫苗候选中筛选出可能适合特定类型癌症的mRNA疫苗。Liu等人确定的潜在mRNA疫苗候选物包括靶向抗原血栓蛋白2、卵泡抑素样3、肌钙蛋白T1、大囊泡、胶原蛋白三螺旋重复含1和NADPH氧化酶4。该研究还描述了CRC的异常基因表达模式和突变景观。结果可能有助于确定适合免疫治疗的CRC患者，并为创建mRNA癌症疫苗提供理论基础。 黑色素瘤。为了开发mRNA疫苗并确定合适的疫苗接种人群，Ping等人分析了黑色素瘤中的潜在肿瘤抗原。他们的分析揭示了蛋白酪氨酸磷酸酶受体类型C、唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素11（SIGLEC11）、环状寡腺苷酸激活的单链核糖核酸酶和单链脱氧核糖核酸酶1、白细胞免疫球蛋白样受体亚家族B成员1和ADAM样解刀蛋白1可能是黑色素瘤mRNA疫苗的抗原靶标，为黑色素瘤mRNA疫苗的开发奠定了基础。根据Sittplangkoon等人的研究结果，在黑色素瘤模型中，未修饰的mRNA疫苗可能导致产生IFN-I或触发下游信号级联反应，这两者对于引发强效的抗肿瘤T细胞反应至关重要，这些反应调节肿瘤的发展和转移。最近的一项临床研究结果显示，实验性疫苗mRNA-4157/V940结合pembrolizumab可能作为高危黑色素瘤治疗的辅助治疗。与单独使用PD-1抑制剂治疗的患者相比，接受这种组合治疗的个体在手术后复发风险显著降低。 乳腺癌（BCa）。Li等人确定了可能适合mRNA疫苗接种的BCa患者群体以及用于创建抗BCa mRNA疫苗的潜在BCa相关抗原。总共鉴定出三种肿瘤相关抗原：CD74、干扰素调节因子1和蛋白酶体激活亚单位2。这些抗原经常出现突变、扩增或上调，并且与免疫细胞浸润和预后相关。具有B类免疫亚群的患者的肿瘤微环境（TME）可能对mRNA疫苗反应良好。在前列腺腺癌（PRAD）免疫亚型2和3组的患者更有可能从免疫接种中受益，PRAD mRNA疫苗的潜在抗原，包括Kelch样家族成员17、肉碱棕榈酰转移酶1B、IQ基序含有GTP酶激活蛋白3、Lck相互作用跨膜适配器1、YjeF N-末端结构域含有3、卷曲螺旋结构域含有180、MutS同源物5和钙粘蛋白EGF LAG七次跨膜G-型受体3。 肝细胞癌（HCC）。北京协和医学院医院正在进行针对肿瘤抗原mRNA治疗疫苗ABOR2014（IPM511）的首次人体临床试验。该疫苗编码了在HCC患者中经常上调的近20种HCC抗原。该研究旨在评估IPM511单独使用以及与PD-1抑制剂治疗结合使用在经过一线标准治疗后病情进展的晚期HCC患者的安全性、耐受性和初步疗效。该研究目前正在进行中，尚未公布结果，主要研究者表示，IPM511在使用这种方法治疗的第一位患者中已经显示出安全性和临床可行性。 食管癌。最近报道了一项针对晚期食管鳞状细胞癌的个性化mRNA癌症疫苗结合PD-1抑制剂治疗的研究。参与研究的患者首先使用来自病变组织的全转录组测序进行新抗原筛选。开发了一种针对这些新抗原的个性化mRNA癌症疫苗。随后，患者接受了mRNA癌症疫苗与PD-1抑制剂的组合治疗，患者获得了部分缓解；治疗方案的安全性在可控范围内。因此，mRNA疫苗可能是晚期食管癌患者有效的治疗策略。 6.mRNA疫苗在肿瘤治疗中的功能性实现  mRNA疫苗的免疫治疗  癌症现在可以通过免疫治疗有效治疗，鉴于早期临床结果积极，FDA已经授权越来越多的免疫疗法。癌症免疫治疗的基础是免疫系统识别和消除癌细胞的能力。随着近年来针对增强对恶性肿瘤的免疫反应的多类药物的出现，这一研究领域迅速扩大。这些包括各种疫苗接种方法、采用T细胞治疗、免疫检查点抑制剂和细胞因子。 肿瘤抗原。肿瘤相关抗原（TAAs）和肿瘤特异性抗原（TSAs）是两类由mRNA编码的抗原，传统上一直是免疫治疗的靶标。鉴于免疫记忆，专门针对TAAs或TSAs的疫苗可能会针对并杀死表达抗原上调的癌细胞，并提供持久的治疗反应。 TAAs。TAA对肿瘤细胞并不独特。虽然它们也可能存在于健康组织和细胞中，特别是在胚胎组织中，这些抗原在肿瘤中的表达显著升高。Conry等人开发了第一种mRNA癌症疫苗；这种疫苗表明，用编码癌胚抗原（CEA）的mRNA免疫的小鼠在受到CEA表达肿瘤细胞挑战时显示出抗CEA抗体反应。自从这一初步发现以来，TAA研究受到了显著关注，并取得了积极的临床研究结果。Huang等人在胆管癌中鉴定了三种肿瘤抗原，包括CD247、Fcγ受体Ia和转录域相关蛋白，这些抗原与改善的预后和抗原呈递细胞的浸润有关。这些抗原可能作为针对胆管癌的mRNA疫苗的潜在候选物。然而，TAA免疫方法确实存在一些缺点。TAA通常不在恶性细胞中发现。此外，由于并非所有发现的TAA都能诱导抗肿瘤免疫反应，选择TAA可能具有挑战性，疫苗开发成本高昂。肿瘤本身可能会下调TAA，允许在专注于特定抗原时逃脱。最后，TAA也可能存在于正常组织中，针对它们的疫苗可能会引起外周和中枢耐受反应，这可能导致疫苗效力差或针对正常组织的自身免疫。 肿瘤特异性抗原（TSAs），也称为新抗原，是肿瘤细胞因体细胞随机变化而独有的抗原，因此不存在于正常组织和细胞中。肿瘤特异性突变是癌症免疫治疗的诱人靶点，这些突变可能导致新抗原的产生，从而允许开发定制疫苗，因为这些突变的抗原在健康组织中不表达，因此可以被T细胞识别。基于新抗原的疫苗接种相对于基于TAA的疫苗具有以下特点，突显了它们的优势。由于新抗原仅由肿瘤细胞产生，它们只能触发特定于肿瘤的T细胞反应，限制了对非恶性组织的伤害。新抗原提供了通过逃避T细胞对自身表位的中央耐受来引发针对肿瘤的免疫反应的潜力。此外，由于这些疫苗增强的新抗原特异性T细胞反应的持久性，可能提供长期防止疾病复发的保护，并提供超出治疗的免疫记忆。为了使患者对转移性胃癌产生免疫，Cafri等人最近将经过验证和表征的新抗原和预测的新表位以及驱动基因突变结合到一个单一的mRNA构建中。开发的疫苗证明是安全的，并且产生了针对预期新表位的T细胞反应，这些新表位在免疫之前尚未被发现。尽管取得了进展，使用新抗原仍然面临几个挑战；这些障碍源于生物学和技术因素，包括潜在抗原和HLA分子的多态性，对我们对不常见HLA等位基因的HLA结合基序的理解存在差距，以及肿瘤的异质性。 mRNA疫苗的肿瘤抗原递送方法 mRNA转染的DC疫苗。DC可以转染表达肿瘤抗原的mRNA和总肿瘤mRNA，然后可以将其传递给宿主并启动免疫反应。将转染TAA mRNA或总mRNA的DC皮下应用于带瘤小鼠已被证明可以诱导T细胞免疫并抑制已建立肿瘤的生长，这也支持了这两种不同转染方法的可行性。接受顺铂治疗转移性去势抵抗性前列腺癌的患者，当Kongsted等人转染表达多种TAA的DC时，没有出现不良反应；约50%的研究参与者表现出免疫反应。现在正在进行一项针对肺癌患者的1期临床试验，评估MIDRIXNEO，这是一种针对肿瘤新抗原的定制mRNA加载的树突状细胞疫苗。 直接注射。有几种方法可以直接将编码肿瘤抗原的mRNA注入宿主体内。局部细胞，如APC，吸收mRNA并将其转移到细胞质中进行翻译。通过淋巴结内注射是传递肿瘤抗原的最常见方法之一。2012年对29名晚期黑色素瘤患者的1期研究开始了；这项试验的未发布数据显示，淋巴结内mRNA注射是安全和可行的（NCT01684241）。编码酪氨酸酶、前黑素体蛋白、MAGE家族成员A3（MAGE-A3）、MAGE-C2和肿瘤中优先表达的黑色素瘤抗原以及TriMix mRNA在静脉内注射时耐受性良好。在另一项1期临床研究中，研究了针对III期和IV期黑色素瘤患者的新抗原特异性mRNA疫苗的淋巴结内递送，该疫苗由针对患者的20种突变组成（NCT02035956），这表明可以利用个体突变。 通过皮肤给药。通过皮肤可能实现由mRNA表达的肿瘤抗原的给药。小鼠通过基因枪将编码增强型绿色荧光蛋白和黑素细胞自身抗原TRP2的IVT mRNA注射到皮肤上。这成功地引发了针对抗原的细胞免疫，对B16肺转移和诱导类似白癜风的毛发脱色起到了保护作用。在一项涉及21名转移性黑色素瘤患者的1/2期临床试验中，将编码六种与黑色素瘤相关抗原的mRNA通过皮内注射，使用精蛋白凝聚的裸mRNA，安全且成功地注射到4名可评估患者中的2名。此外，在7名可测量疾病的患者中，有1名对疫苗表现出完全反应。 通过鼻内给药。通过mRNA编码肿瘤抗原的粘膜途径可以有效地引发全身免疫反应和局部粘膜免疫。通过鼻内递送可以达到鼻相关淋巴组织，这是一个有利的位置，可以促进抗原内化，以促进对癌细胞的保护反应。在侵袭性刘易斯肺癌模型中，Mai等人通过腹腔内免疫小鼠，使用阳离子脂质/精蛋白复合物携带编码角蛋白19的mRNA，这减缓了肿瘤的发展并引发了强大的细胞免疫反应。 通过静脉内给药。Sahin等人研究了编码四种非突变肿瘤相关抗原的黑色素瘤fixvac（bnt111）静脉内脂质体RNA（rna-lpx）疫苗。rna-lpx疫苗是一种成功的免疫治疗方法；针对疫苗抗原实现了强大的CD4+和CD8+ T细胞免疫，伴随着有利的临床反应。在某些反应者中，抗原特异性细胞毒性T细胞反应是持久的，并且常常记录采用T细胞治疗。 mRNA编码的免疫调节剂。肿瘤免疫疗法，也称为主动非特异性免疫疗法，是最早使用免疫系统调节剂的医学领域之一。体外靶细胞转染，或静脉内或肿瘤内递送，是体内通过mRNA产生免疫调节剂的主要方法。由于细胞因子，免疫系统的细胞可以在短距离内进行通信，细胞因子是先天和适应性免疫的重要调节剂。为了刺激癌症患者的免疫系统，细胞因子疗法已成为一种重要的治疗手段，并且是当前临床癌症研究的主要课题。mRNA编码细胞因子基免疫疗法的目标是以最少的毒性和系统暴露从递送重组蛋白中增加TME中的细胞因子数量。 鉴于其强烈的促炎特性，IL-12是癌症免疫疗法的一个有希望的选择。IL-12信号诱导1型T辅助细胞（Th1）分化、CD8+细胞获得细胞毒性活性以及激活IFN-γ的产生，所有这些都改善了吞噬功能和局部炎症。T细胞转染mRNA产生由p35和p40亚基组成的单链IL-12（scIL-12）是研究的主题之一。在同源和异种移植小鼠模型中，scIL-12表达T细胞的肿瘤内注射导致注射和远处肿瘤病变的完全排斥。通过与4-1BB配体（4-1BBL）mRNA共电穿孔，进一步增强了T细胞的抗肿瘤效果。已经显示，新型肿瘤内IL-12 mRNA治疗可以刺激Th1 TME转化和强大的抗肿瘤免疫。此外，在对检查点抑制剂有抵抗力的小鼠肿瘤模型中，将免疫检查点抑制剂与IL-12 mRNA结合使用，增加了抗癌反应，增强了总生存期（OS）和肿瘤退缩。 已经验证了多种mRNA编码不同细胞因子的免疫治疗效果。Hotz等人在肿瘤内给药后检查了编码四种细胞因子的mRNA，IL-12、IFN-α、IL-15 sushi和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子。这些细胞因子可能促进免疫记忆的发展，并具有强大的抗癌作用。Hewitt等人表明，在各种TME中，直接肿瘤内给药编码这些细胞因子的mRNA产生了强烈的抗癌反应。 肿瘤免疫疗法除了细胞因子外，还涉及mRNA编码的刺激配体和受体。免疫系统从刺激配体和受体接收炎症信号，这些信号可用于癌症免疫治疗。通过暂时为细胞提供刺激受体，mRNA可用于暂时激活强大的炎症信号。虽然这些免疫刺激剂不被视为癌症疫苗，但它们通常与其他免疫治疗方法（如检查点阻断调节剂）联合使用，以增强体液和细胞反应。一些研究表明，使用编码共刺激分子的mRNA电穿孔后，DC的免疫刺激活性显著增加，包括CD83、肿瘤坏死因子受体超家族成员4（也称为OX40）和4-1BBL。Trimix mRNA是一种由三个mRNA分子组成的mRNA基佐剂，编码CATLR4、激活刺激因子CD40L和共刺激分子CD70，该佐剂于2016年创建。Loomis等人表明，通过肌肉注射连接的体外转录mRNA-TLR7激动剂，可以在体内增强抗原特异性的细胞介导和体液反应。TriMix mRNA单独使用（TriMix mRNA加TAA mRNA，或自体单核细胞衍生的mRNA共电穿孔的树突状细胞与编码CD40配体、CD70和组成性激活的TLR4的mRNA，称为TriMixDC-MEL）以及与ipilimumab检查点抑制剂（一种阻断CTLA的单克隆抗体）联合使用，都能引发强大的免疫反应，从而带来有希望的临床反应和延长无病生存率（NCT01676779和NCT01302496）。这些II期研究是针对III/IV期黑色素瘤患者进行的治疗。 mRNA编码的抗体。自从首个抗体被批准用于癌症治疗以来，肿瘤学领域以越来越快的速度开发了基于抗体的治疗方法。因此，现在有几种获批的抗体和正在进行临床审查的其他候选物。Thran等人展示了mRNA在体外产生各种抗体和抗体类型的能力。此外，编码肿瘤抗体的mRNA可能引发强大的抗肿瘤免疫。 抗体在肿瘤治疗中的参与可以通过以下方法分类：i) 抗体在结合目标受体后，可能通过诱导凋亡信号或去除关键的生长信号，促进肿瘤细胞的直接死亡。ii) 通过附着于癌细胞特异性抗原，激活免疫介导的细胞死亡，诱导补体依赖性细胞毒性（CDC）或抗体依赖性细胞介导的细胞毒性（ADCC）。iii) 阻断免疫检查点，涉及阻止PD1或CTLA4抗体，重新激活针对癌细胞抗原的T细胞反应，并触发免疫介导的细胞死亡。iv) 直接与癌细胞结合的T细胞，启动免疫介导的细胞死亡。 单克隆抗体（mAb）、mAb片段和工程变体（如二价抗体、三价抗体、小抗体和单域抗体）是参与肿瘤免疫治疗的抗体类别。单克隆抗体和双特异性抗体都经过了广泛的研究和使用。 首个获得癌症治疗许可的mAb，利妥昔单抗，靶向CD20并诱导CDC，以及较小程度的ADCC。它用于治疗慢性淋巴细胞性白血病和非霍奇金淋巴瘤。在体外前B细胞淋巴瘤模型中，编码这种mAb的mRNA是有益的。由于曲妥珠单抗抑制激酶活性、下游信号和人表皮生长因子受体2（HER2）/Erb-B2受体酪氨酸激酶2受体二聚体化，癌细胞饿死并最终死亡。通过与癌细胞上的诱导凋亡受体结合的拮抗性抗体，如肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体受体和抗体-药物偶联物，尤其是向癌细胞传递有毒有效载荷，也可能诱导直接肿瘤细胞死亡。当使用靶向肝脏的LNP配方鞘内给药时，从血清中检索到编码mRNA的曲妥珠单抗，并表现出ADCC。在HER2/neu阳性乳腺癌异种移植模型中，这种方法增加了存活率。通过将抗程序性细胞死亡配体1（PD-L1）mAb表达的自放大RNA注入小鼠肿瘤，可以促进转染细胞中PD-L1 mAb的翻译和CD8+ T细胞向肿瘤的浸润。尽管mAbs在癌症方面有多个积极的例子，但较差的组织穿透限制了完整抗体在肿瘤质量上均匀分布的能力。因此，已经努力修改抗体的结构，产生了具有改善的组织穿透性的新型抗体片段。抗体片段的发现在双特异性抗体（BsAbs）的研究中极大地帮助了，并被用作创建这些抗体的构建块。世界上第一个同时结合两种抗原的抗体是在1960年代由Nisonoff等人通过使用适度的再氧化方法将两个兔多克隆抗体血清的抗原结合片段结合起来创建的。 BsAbs相对于常规mAbs的一个可能好处是它们能够同时靶向两个不同的位点，并在一定程度上绕过肿瘤药物抗性。然而，由于BsAbs的血清半衰期很短（仅几个小时），它们必须不断使用输液泵给患者施用。克服这个限制的一个可能方法是使用mRNA直接在患者中产生治疗性抗体。 最近的一项研究强调了一种成功的双特异性靶向方法；一种临床上批准的LNP封装mRNA表达C-C基序趋化因子配体2（CCL2）和CCL5（bisccl2/5I），可以双特异性结合和中和。这显著促进了TAM向抗肿瘤M1表型的极化，并降低了TME中的免疫抑制。BisCCL2/5i与PD-1L抑制剂联合使用已被证明在小鼠模型中，原发性肝癌的胰腺、结直肠和肝脏转移中实现长期存活。Wu等人描述了使用mRNA编码具有消融Fc免疫学效应功能的BsAb。该抗体，也称为XA-1，靶向人PD-L1和PD-1。与直接用于癌症的抗体治疗不同，这项工作表明，使用XA-1 mRNA LNPs治疗可以有效地通过肝细胞产生内源性治疗性BsAbs。 mRNA编码的抗原受体。通过产生转基因T细胞受体（TCRs）或CARs，由于mRNAs的短暂性质，已经有可能为naïve T细胞提供肿瘤选择性。编码CARs或TCRs的mRNA已被证明具有价值；生成CARs或TCRs的短暂表达可以防止细胞因子释放综合征的发展，这是慢性T细胞激活的负面后果。CAR-T细胞作为最有前途的癌症过继免疫治疗方法引起了相当大的兴趣。 CAR-T治疗中，从患者体内提取免疫T细胞，通过体外基因改造，赋予其识别癌细胞表面的“嵌合抗原受体”（CAR）。这些改造后的细胞在实验室中扩增后，再输回患者体内。通常，细胞外的TAA特异性抗体结合域与细胞内的T细胞信号区域融合，形成嵌合受体。几乎每种肿瘤相关抗原都可能成为CAR-T细胞的靶标。然而，CAR-T治疗中也存在一些风险，包括针对非肿瘤组织的毒性。体外转录的mRNA CAR-T细胞作为一种安全的治疗方案正在兴起，因为它们可以避免针对性的抗肿瘤毒性。大多数研究使用mRNA电穿孔的CARs，这是一种实用且可扩展的方法，能够在不损害细胞产品活性的情况下实现淋巴细胞转染率超过90%。CAR表达在T细胞表面大约持续7天，并且在遇到目标细胞后内化的CARs不会恢复。然而，体外转录mRNA方法也有其缺点。包括较差的肿瘤浸润、当T细胞数量有限时制造困难、重复注射CAR-T细胞时副作用的风险，以及mRNA重定向T细胞的短寿命，导致编码蛋白的表达持续数天。最重要的是，电穿孔有各种缺点，可能严重影响生成的CAR-T细胞的质量。实际上，脉冲电场的应用可能会不可逆转地破坏细胞质膜的完整性。在存活的转染细胞中，可能会观察到转基因表达减少、异常的基因表达谱和较差的活性。实际上，研究表明，与未修饰和未纯化的mRNA相比，使用化学修饰的1mΨ mRNA和/或进一步纯化以去除dsRNA的mRNA，小鼠T细胞电穿孔的CAR编码mRNA显示出显著降低的检查点分子（PD-1和淋巴细胞激活基因3）上调。这赋予了免疫沉默的mRNA转染T细胞更大的杀伤力，即使在细胞的CAR表达消失后也能持续。当前结果必须在mRNA CAR-T细胞的生产中考虑，以满足临床试验的目标，目前正在进行mRNA CAR研究，针对血液和实体肿瘤恶性肿瘤。 目前，mRNA CAR-T细胞受到极大关注，并在肿瘤治疗研究中显示出有希望的结果。使用mRNA CAR-T细胞治疗血液恶性肿瘤已经看到了有利的临床前和临床结果。主要靶标包括CD19、CD37、CD33和CD123。已经进行了针对淋巴瘤和白血病的mRNA CAR-T细胞治疗的临床前研究。针对霍奇金淋巴瘤的CD19方法和针对复发/难治性急性髓系白血病的CD123方法都在临床研究中进行了测试。这两项研究表明mRNA CAR-T治疗是安全的。Jetani等人最近提出了一种新的mRNA CAR-T细胞治疗方法，他们确定了siglec-6作为AML中CAR-T细胞的新靶标。Lin等人创建了一种新的CD8+ CAR-T细胞产品Descartes-08，用于治疗多发性骨髓瘤；该产品初步显示出持续的反应和强大的治疗指数。间皮瘤、卵巢癌、结直肠癌、乳腺癌和黑色素瘤是已经研究了mRNA CAR-T治疗的实体恶性肿瘤。 组合疗法-免疫疗法和mRNA疫苗。mRNA治疗与另一种治疗方式的结合可能在肿瘤治疗中显示出巨大潜力。肿瘤抗原与免疫调节剂之间的相互作用是当前研究的主要焦点。 早期研究表明，将TAA和IL-12 mRNA转染到成熟的DC中可以增强TAA特异性CTLs，这可能被用来触发由NK效应细胞和CTLs介导的针对肿瘤的免疫反应。通过测试编码HLA-II类靶向信号（DC-LAMP）、黑色素瘤相关抗原、CD40配体、CATLR4和CD70融合蛋白的mRNA，证明了使用trimixdc Mel的细胞免疫疗法的安全性和免疫原性。在研究的IV剂量水平下，看到了具有持久疾病控制的抗肿瘤效果。 最近，在转移性肾细胞癌的3期研究中使用了Sunitinib和rocapuldencel-T。通过电穿孔自体免疫，使用成熟的单核细胞衍生的DCs制备的放大肿瘤RNA和CD40L RNA，并没有提高接受组合治疗的患者的总生存期。然而，与总生存期相关的免疫反应得到了增强。 mRNA疫苗的蛋白质疗法 诱导癌细胞死亡的方法。通过使用mRNA疗法，可以使得癌细胞产生一种致命的细胞内蛋白，导致细胞自我毁灭。Van Hoecke等人通过宫内传递编码混合谱系激酶结构域样蛋白的mRNA，导致肿瘤生长停滞和诱导坏死性肿瘤细胞死亡。 蛋白质替代疗法。IVT mRNA在蛋白质替代疗法中的使用是基于产生可以激活或抑制细胞途径的外来蛋白，以及补充缺失或表达不足的蛋白质。自1992年首次用于蛋白质替代的临床前评估以来，IVT mRNA注射已被用于针对几种蛋白质。 鉴于它们的可及性，肝脏、肺和心脏是IVT mRNA基于蛋白质替代治疗的主要靶标。然而，其他组织和器官，如皮肤、眼睛的背面或鼻腔，也被视为潜在的靶标。罕见和遗传性疾病是这种治疗方式的主要目标。疾病引起的下调蛋白与遗传异常有关，并由治疗性IVT mRNA编码。 IVT mRNA作为蛋白质替代疗法正在作为癌症治疗的一种方式进行研究。然而，这是非常困难的，因为它需要反复给药，有时甚至是全身分布，以及靶向mRNA表达。据我们所知，目前在蛋白质替代领域还没有开始使用IVT mRNA的临床试验。 在96%的高级别浆液性卵巢癌患者中存在肿瘤蛋白（TP53）的突变。由TP53基因表达的p53蛋白识别并修复细胞中的DNA损伤，并在损伤无法修复时诱导细胞死亡，从而避免异常细胞的增殖，防止癌症的发生。当TP53基因突变时，表达的突变p53蛋白失去了其致癌效应。在最近的一项研究中，一个团队合成了编码正确p53蛋白的mRNA，并将其装载到脂质体中进行传递，从而允许mRNA在癌细胞中表达功能性p53蛋白。经过上述mRNA治疗后，来自患者的卵巢类器官开始萎缩和死亡，小鼠模型中的原发性肿瘤和转移瘤几乎完全消失。这些发现表明，基于IVT-mRNA的蛋白质替代疗法可能重新激活癌细胞中的致癌蛋白，因此可能成为癌症治疗的宝贵治疗选择。 基因编辑的mRNA疫苗。mRNA技术表达可编程核酸酶，如锌指核酸酶、转录激活因子效应物核酸酶和成簇的规则间隔短回文重复序列（CRISPR）-CRISPR相关内切酶（Cas）9系统，允许基因编辑作为一种潜在的治疗手段。通过向细胞基因组提供特定部位的变异，例如纠正有害突变或引入保护性变化，这些基因组工程技术允许替换或修改基因表达。CRISPR-Cas9由Cas9核酸内切酶和单导向RNA（sgRNA）组成，是一种广泛使用的基因编辑工具。CRISPR-Cas9治疗可用于永久性地消除癌细胞存活基因，避免了重复给药的需要，从而提高治疗效果。癌细胞或T细胞被转染了封装在脂质纳米颗粒（LNPs）中的Cas9 mRNA和sgRNA。mRNA在细胞质中翻译以产生Cas9蛋白，然后与sgRNA复合形成对特定DNA序列有亲和力的核糖核蛋白。接下来，核糖体复合物转移到细胞核以破坏肿瘤存活基因。当这种情况发生在T细胞中时，PD-1和内源性TCR基因被敲除以在肿瘤细胞中诱导凋亡。Ling等人使用针对E6或E7致癌基因的Cas9 mRNA和gRNA治疗宫颈癌。结果表明，这种方法不仅有效地敲除了致癌基因，还逆转了免疫抑制微环境以实现抗肿瘤效果。 再生医学 再生医学的目标是通过重新建立或恢复其正常功能来替代、再生或恢复受损或被破坏的组织、器官或细胞。调节细胞生物活性的蛋白质，如细胞分裂、迁移和分化以及生长因子、细胞因子和转录因子，对再生过程至关重要。将体外转录mRNA转染到体细胞中表达转录因子，是传统的体细胞重编程和转分化的有吸引力的替代方法。在再生医学中使用体外转录mRNA的主要目标是增加1型糖尿病患者分泌胰岛素的能力。使用细胞和间充质干细胞工程进行肿瘤治疗尚未得到广泛关注。已经证明，使用前列腺素E2受体拮抗剂从干细胞中诱导出具有转移干细胞特性的干细胞外泌体，并用于癌症治疗和再生医学。干细胞外泌体可以降低肿瘤抗性。是否可以使用mRNA疫苗表达具有转移干细胞特性的干细胞外泌体用于癌症治疗，这是一个考虑点。 7.结论和未来展望  由于新型抗肿瘤药物和疗法的不断发展，癌症患者的生存几率有所提高；然而，包括肿瘤药物抗性、剂量毒性等问题在内的一些问题，不断带来新的困难。与标准治疗方法相比，大多数恶性肿瘤的生物治疗旨在通过刺激自身免疫和阻断关键信号转导来预防肿瘤生长和发生。人们对于mRNA基技术的长期效果缺乏一些担忧；研究人员正试图使用mRNA治疗挑战目前的疾病治疗方法。 自从Wolff等人证明体外转录的mRNA可以在活细胞中产生蛋白质以来，mRNA疫苗在几个应用中已显示出成功。作为一种有前途的新型平台，基于mRNA的疫苗需要克服冷链保存的限制，并提供更好的适应性、有效性、简便性和可扩展性，以及降低成本。mRNA疫苗在传染病方面已显示出益处，癌症是mRNA技术的预定目标。在未来2-4年内，使用定制癌症疫苗的几项积极的临床研究应该完成。 在肿瘤治疗中使用组合mRNA治疗似乎有着有希望的前景。包括手术、放疗和化疗在内的目前肿瘤治疗方法效果很好。作为一种新型生物治疗，mRNA治疗需要额外的临床试验，以提供一个更好的整合计划，然后才能有效地纳入当前程序。此外，mRNA技术可以与免疫疗法结合使用；目前，大多数研究集中在免疫调节剂上。由于其独特的优势，mRNA也预计将取代ILs、IFNs和细胞集落因子等重组蛋白药物。由于体外转录mRNA在基因编辑技术中减少误差的能力，肿瘤基因治疗可能会取得进展。假设通过将目标基因引入载体来完成肿瘤基因治疗，mRNA治疗最终可能会降低遗传家族性肿瘤的流行率。因此，更广泛的癌症患者可能会从这些新解决方案中受益。 未来对癌症mRNA疫苗的研究应该集中在治疗性和预防性疫苗的开发上。个性化mRNA疫苗为对当前治疗无反应的肿瘤，如胰腺癌，提供了新的治疗策略。此外，mRNA技术可以用来开发针对癌症重要原因的病毒的疫苗，如HPV和HBV。研究表明，在动物研究中，HPV mRNA疫苗比HPV重组蛋白疫苗和HPV DNA疫苗对肿瘤更有效，支持使用mRNA技术开发预防肿瘤的预防性疫苗的未来，这将在临床试验中进一步评估。 此外，mRNA疫苗的灵活性、适应性和快速生产能力将为未来预防和治疗传染病和癌症提供激动人心的可能性，这将有助于减少全球疾病负担。 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。

病毒和细胞外囊泡（EV）共享许多特性。细胞用于制造、包装和释放EV的机制同样被病毒利用来实现其复制、组装和释放。病毒可能通过增加EV的产生或操控EV来传播其遗传物质或蛋白质，而EV则可能携带免疫调节分子和病毒抗原，从而激活抗病毒免疫反应，对调节病毒感染具有关键作用。这种相互作用是极其复杂的，它不仅揭示了EV和病毒在多种疾病发展中的相关性，还为联合治疗提供了新的视野。本文将概述病毒与EV的相互关系，并讨论近五年来在病毒-EV治疗工程方面的主要进展。 多细胞生物依赖细胞间的通讯来调控其生理学的多个方面。这种通讯定义了细胞生长和行为的微环境，对于集体防御病原体至关重要。大多数细胞间通讯是通过生物活性分子的运输实现的，这些分子可以通过被动扩散或通过载体如EV来运输。EV是细胞分泌的膜囊泡，具有不同的大小、成分和来源，能够通过传递生物活性分子来诱导受体细胞产生生理变化。EV中包含的生物分子种类繁多，根据其来源组织、免疫状态和细胞环境的不同而异，目前通过ExoCarta、Vesiclepedia和EVpedia等在线数据库进行记录。 EV的来源多样，包括多泡体（外泌体）、质膜（微泡）以及其他细胞器，如自噬体。微泡的直径通常在50至1000纳米之间，通过肌动蛋白-肌球蛋白网络的ATP依赖性收缩从质膜释放。外泌体是直径在30至150纳米之间的EV，最初在多泡体内形成，随后在多泡体与质膜融合后释放。与外泌体不同，微泡的分泌依赖于特定的细胞信号通路。微泡和外泌体的膜组成有许多共同特征，包括四跨膜蛋白、磷脂酰丝氨酸脂质、细胞粘附蛋白和细胞内运输蛋白。受体细胞对它们的摄取遵循相似的途径和机制。自噬体衍生的EV则是自噬体非经典加工的结果，它们通过与内体或多泡体融合，或直接与质膜融合来释放。 EV在免疫反应中发挥着重要作用，它们可以携带抗原和免疫刺激因子，激活针对病原体和肿瘤的免疫反应，同时通过排出有害物质如细胞质中的核DNA来维持细胞稳态。在妊娠、干细胞分化和损伤修复中，EV也扮演着关键角色。例如，脂肪间充质干细胞分泌的EV对控制细胞增殖、迁移和凋亡至关重要，并且在血管生成、神经再生和免疫反应中也发挥着重要作用。尽管许多EV调节的信号通路对细胞稳态和宿主免疫有益，但在某些情况下，EV也可能传播或加剧病理状况，如携带与神经退行性疾病相关的错误折叠蛋白，或促进肿瘤进展和炎症反应。 EV与病毒之间的联系非常紧密。病毒可以利用EV途径来促进其生命周期的各个方面，包括进入宿主细胞、排出以及调节宿主的免疫反应。同时，EV也可以作为警告宿主细胞病毒感染并激活抗病毒反应的工具。病毒和EV之间的相互作用对病毒的发病机制具有重要影响。例如，通常用于警告周围细胞病毒感染并激活抗病毒反应的EV，可能被某些病毒劫持，从而降低邻近细胞的免疫反应，使它们更易感染。 在这篇综述中，我们将重点讨论过去十年来关于EV和病毒相互作用的发现。我们将首先描述EV的生物合成途径，并探讨病毒如何为了自身利益而利用或操纵这些途径。接着，我们将研究EV在病毒传播和发病机制中的作用，以及EV、病毒和免疫系统之间的相互关系。最后，我们将关注EV在病毒相关疾病中的作用，并探讨将病毒和EV结合作为治疗方法的有前景的策略，特别是针对肿瘤的治疗。 病毒和 EV 相互交织的细胞内途径 EV生物合成途径 EV 由细胞多泡体 (MVB) 中包含的腔内囊泡 (ILV) 分泌。生物合成途径始于内体成熟为 MVB，此时膜货物招募诱导内体膜内部出芽和 ILV 形成的因子。这些货物可能包括蛋白质、核酸、代谢物和脂质。根据货物类型及其与EV包装复合体的相互作用，货物的吸收由不同的机制控制。 将蛋白质包装到 EV 中取决于翻译后修饰（主要是泛素化，在某些情况下还包括苏素化），以及与插入 MVB 内的脂质和蛋白质的特定相互作用。泛素化蛋白的摄取已被广泛研究，并由运输（ESCRT）机制所需的内体分选复合物介导。泛素化蛋白与 ESCRT-0 相互作用，后者招募 ESCRT-I，包括 TSG101 亚基。ESCRT-I 依次招募 ESCRT-II 和 -III。总而言之，ESCRT 机制在液泡蛋白分选相关蛋白 4 (VPS4) 的帮助下介导 MVB 的内陷和 ILV 的分裂。然后需要去泛素化来对 EV 内的蛋白质进行分类（图 1 A）。在某些情况下，SUMO 化还介导 ESCRT 机制对蛋白质的摄取。例如，Kunadt等人研究表明，α-突触核蛋白的苏酰化对于其与 ESCRT 复合物的相互作用以及将其包装到 EV 中是必要的。 图 1. 病毒和 EV 使用相互交织的生物发生途径。( A ) EV生物合成途径：从MVB形成到EV释放。EV 的形成需要 ESCRT 复合体将 ILV 中的货物内化到 MVB 内，Rab-GTPases-11、-27 和 -35 将 MVB 运输到质膜，以及 SNARE 复合体用于 MVB 与质膜融合并释放 ILV，成为EV。MVB 膜中的泛素化货物招募 ESCRT-0，ESCRT-0 又招募 ESCRT-I、-II 和 -III，介导膜内陷。ESCRT-III 复合物在 VPS4 的帮助下形成细丝诱导 ILV 建模和断裂。( B ) 病毒劫持 EV 生物合成途径。( B1 )HAV衣壳进入MVB，在EV中分泌并形成“准囊膜”病毒。HAV 病毒衣壳结构域 VP2 和 VP1pX 招募 ALIX、ESCRT-III 和 VPS4 进入 MVB。MVB 与质膜融合后，准囊膜的 HAV 被释放。有囊膜病毒SARS - CoV-2、HCMV 和HBV也进入MVB ，在那里它们获得病毒囊膜。( B2 ) HIV 通过劫持 ESCRT 复合物获得其囊膜。HIV 囊膜蛋白 (Env) 招募与二聚化病毒 RNA 相关的 Gag 和 Gag/Pol 多蛋白。然后，Gag p6 结构域从质膜招募 ESCRT 复合物、ALIX 和 VPS4 以及芽。( B3 )HSV-1通过劫持ESCRT复合物逃离细胞核。插入内核膜的 HSV-1 病毒核包络复合物 (NEC) 会招募 ESCRT-III 和 VPS4 并在核囊膜内出芽。然后，含有HSV-1衣壳的囊泡与外核膜融合，并在胞质溶胶中释放HSV-1衣壳。HSV-1 随后通过在反高尔基体囊泡内出芽，然后通过胞吐作用获得病毒囊膜。( B4 )祖先逆转录转座子Arc蛋白募集ALIX并被分泌。Arc 编码衣壳 GAG 结构域，该结构域自组装成包含 Arc mRNA 的病毒样衣壳。衣壳可能会招募 ALIX，从而增强质膜的出芽以及含有 Arc 衣壳和 mRNA 的 EV 的分泌。 蛋白质可以通过不依赖于ESCRT复合体的非经典途径被分选入EV中。例如，ALIX能够绕开ESCRT-0、ESCRT-I和ESCRT-II，直接在多泡体（MVB）内结合并运输未泛素化的货物。此外，ALIX还能被细胞质蛋白Syntenin招募，后者与MVB膜上的Syndecan结合，形成多聚糖-蛋白复合物，通过部分ESCRT独立途径促进内体小泡（ILV）的形成。同时，蛋白质还可以通过鞘脂依赖性、ESCRT独立机制被包装进ILV。MVB膜含有鞘脂，可被中性鞘磷脂酶-2（n-SMase-2）水解生成神经酰胺，神经酰胺的插入可诱导MVB膜形成负曲率，进而形成ILV。神经酰胺进一步转化为1-磷酸鞘氨醇（S1P），可增强S1P受体的活性，参与ILV内货物的分类。 与蛋白质相比，核酸如何被包装进EV的过程尚不完全清楚，但可能涉及多种机制。miRNA等小RNA分子根据RNA结合蛋白识别的序列基序被包装进EV，这些RNA结合蛋白包括异源核糖核蛋白A2B1（hnRNPA2B1）、突触结合蛋白结合胞质RNA相互作用蛋白（SYNCRIP）、Argonaute2、Y-Box结合蛋白1（YBX-1）、MEX3C、主要穹窿蛋白（MVP）和La蛋白。这些RNA结合蛋白与MVB膜蛋白如Caveolin-1（Cav-1）、n-SMase-2和VPS4相互作用，促进miRNA进入MVB。例如，苏酰化的hnRNPA2B1可结合特定miRNA序列（GGAG），然后被招募到MVB。在细胞应激时，Cav-1从质膜小窝重新定位到MVB，导致hnRNPA2B1被吸收。基因组DNA（gDNA）和线粒体DNA（mtDNA）也可能被分选进MVB。受损的gDNA可通过微核被转运出细胞核，最终释放到细胞质中。同样，在细胞应激时，mtDNA可能渗漏到细胞质中，然后被MVB吸收。 四跨膜蛋白在EV生物合成中也起着重要作用。这些蛋白参与多种生理过程，如细胞迁移、粘附和信号传导。多种四跨膜蛋白，如CD63、CD9和CD81，位于MVB内，支持蛋白质和核酸货物的运输、选择和分类到ILV，以及受体细胞对EV的摄取。例如，CD63在微核膜上被发现，可促进gDNA从微核分选到ILV。 一旦货物被包装进ILV，MVB要么与溶酶体融合被降解，要么移动到质膜并在那里通过SNARE复合物调节的过程释放ILV到周围环境中，形成EV。MVB向质膜的转运由Rab GTP酶介导，Rab-11和Rab-35介导不依赖于ESCRT的MVB分泌，而Rab-27在依赖于ESCRT的途径中发挥作用。其他Rab蛋白如Rab31也被发现参与EV生物合成，通过独立于ESCRT的途径促进ILV的货物摄取，并抑制MVB与溶酶体的融合。 分泌的EV可在多种体液中发现，如血液、尿液、唾液等，其在体内的半衰期受多种因素影响。一些研究表明，EV在小鼠体内的半衰期可能很短，静脉注射后30分钟内可检测到。EV可扩散到同一组织中的周围细胞，也可分布到远处组织。EV对特定细胞类型的选择性由产生它们的细胞决定，甚至可能影响它们在特定器官中的积累。基质内因素也影响EV的流动性和分布。EV通过EV相关跨膜分子被特定受体细胞内化，如ICAM-1、整合素等。EV的内化机制包括膜融合、网格蛋白介导的内吞作用等，受EV纯度、尺寸、丰度和局部环境等因素影响。 病毒劫持 EV 生物合成途径 病毒已经采取了劫持EV生物合成机制的策略，以帮助其生命周期的各个阶段。RNA 和 DNA 病毒都可以通过使用 ESCRT 复合物和 Rab-GTP 酶获得病毒囊膜。有囊膜病毒在进入 MVB 时可以获得病毒囊膜，如人类巨细胞病毒 (HCMV)、人类疱疹病毒 6 (HHV-6)、SARS-CoV-2、登革热病毒 (DV) 和乙型肝炎病毒 (HBV) 中所观察到的那样。例如，HBV 大乙型肝炎表面蛋白 (LHB) 劫持 Rab5B，导致其从内质网转运至 MVB。在那里，LHB 招募 HBV 衣壳和 TSG101 并在 MVB 内出芽。然后，HBV 劫持 Rab7a 和 Rab27，从而增强 MVB 成熟并与质膜融合。 无囊膜病毒也会劫持 ESCRT 复合体，并在 EV 内分泌其病毒颗粒或病毒基因组，正如在甲型肝炎病毒 (HAV)、戊型肝炎病毒 (HEV)、肠道病毒 71 (EV71) 和蓝舌病毒中观察到的那样 。这些所谓的准囊膜病毒可以避免免疫识别并增强其对不同细胞类型的趋向性，同时以非溶细胞方式离开细胞。HAV 衣壳招募 ESCRT-III、VPS4 和 ALIX，使病毒衣壳在 MVB 内向内出芽，并随后在 EV 内释放。HEV 蛋白 pORF3 与 TSG101 相互作用，导致病毒衣壳募集并将其包装到 MVB 中，然后再进行 HEV-EV Rab27a 依赖性分泌。EV71 衣壳和 RNA 也在 EV 内部以非裂解方式释放。最后，蓝舌病毒包装到 EV 中是由非结构病毒蛋白 NS3 介导的，NS3 是与 TSG101 相互作用所必需的并允许在 MVB 内摄取（图 1 B1）。 此外，一些病毒还劫持 ESCRT 和 Rab-GTPase 蛋白以在不进入 MVB 的情况下完成其复制周期。首先，病毒招募 ESCRT 复合物来获得病毒囊膜。例如，人类免疫缺陷病毒 (HIV) 招募 ESCRT-I、-II、-III、ALIX 和 VPS4 从质膜中出芽（图 1 B2）。同样，黄热病病毒 NS3 蛋白通过结合 ALIX 介导内质网 (ER) 内的病毒出芽，从而可能招募 ESCRT 复合物。其次，一些在细胞核内形成衣壳的病毒通过劫持 ESCRT 复合物到达细胞质。例如，插入内核膜内的单纯疱疹病毒 1 (HSV-1) 核包络复合物 (NEC) 会募集 ESCRT-III 并结合成熟的衣壳。这允许 HSV-1 衣壳以 ALIX、TSG101 和 ESCRT-II 独立的方式在核膜内内部出芽。然后病毒衣壳通过与外核膜融合而释放到胞质溶胶中。HSV-1 随后通过在跨高尔基体囊泡内出芽获得最终的囊膜，并通过胞吐作用分泌（图 1 B3）。其它病毒也会劫持 Rab-GTP 酶来运输其病毒物质，例如带有 Rab10 的流感病毒 (IAV)，或增强其复制周期，如丙型肝炎病毒 (HCV) 和 Rab27a 所观察到的。最后，病毒可以劫持 ESCRT 机制，形成病毒复制酶复合物。例如，番茄丛状突瘤病毒 p33 复制蛋白劫持 VPS4、ESCRT-I 和 ESCRT-III，并介导过氧化物酶体内病毒 RNA 基因组的排序，病毒在过氧化物酶体内复制并免受细胞免疫监视。 来自病毒感染细胞的 EV 有助于促进健康细胞的感染 EV 在病毒传播和健康细胞的感染性中发挥着重要作用。许多病毒通过胞外囊泡将传染性颗粒或遗传物质传递到周围细胞。这可以为囊膜病毒和非囊膜病毒提供一层外衣，使其免受免疫监视，同时允许病毒传播，如前文所述 HCMV、HHV-6、SARS-CoV-2、DV、HBV、HAV、HEV、EV71 和蓝舌病病毒。例如，含有病毒样颗粒的 DV-EV 将病毒转移到未感染的蚊子细胞中。此外，病毒-EV还运输可以诱导受体细胞主动感染的病毒基因组。来自人类pegivirus感染受试者的血清含有EV样颗粒，其将pegivirus RNA基因组转运至受体T细胞、B细胞、NK细胞和单核细胞，并介导这些细胞内病毒RNA的主动复制（图2A）。 图 2. 病毒-EV 增加受体细胞对病毒的摄取。( A ) 病毒-EV 增加受体细胞的病毒摄取和主动感染。有囊膜 [HCMV、HHV-6、Sars-CoV-2、DV、HBV] 和无囊膜 [HAV、HEV、EV71、蓝舌病毒] 病毒均分泌在病毒 EV 内，并诱导受体细胞主动感染。病毒基因组在病毒 EV 内的运输也可以诱导受体细胞的主动感染 [Pegivirus]。此外，病毒-EV可以在其表面呈现PS，从而增强其对受体细胞的摄取[HAV、EBV、寨卡病毒、HIV、柯萨奇病毒B3、鼻病毒、脊髓灰质炎病毒。病毒-EV 还以不依赖于受体的方式诱导受体细胞的主动感染，如含有病毒基因组和蛋白质、病毒衣壳和蛋白质或与宿主 miRNA 和蛋白质相关的病毒 RNA 的病毒-EV 所观察到的那样 [EV71 、HCV、HBV、SFTS 病毒]。( B ) EV 介导的病毒感染性增强。一些病毒-EV 在受体细胞之间转移病毒受体，增加这些细胞对病毒的摄取[Sars-CoV-2、HIV]。其它含有病毒基因组、病毒 RNA 和蛋白质以及宿主粘附蛋白（ICAM-1 及其受体 LFA-1，整合素）的病毒 EV 增强病毒的细胞间传播 [HTLV-1] 。含有宿主粘附蛋白、抗原呈递受体、细胞因子和病毒 RNA 的病毒 EV 不会直接导致感染，而是以非病毒受体的方式增强病毒传播 [HIV-1]。病毒-EV 还可以通过抑制病毒复制来增强潜伏感染 [HSV-1]。( C ) EV 介导病毒在宿主之间的传播。单一病毒-EV可以运输和递送多种病毒颗粒至受体细胞，从而增强病毒感染[脊髓灰质炎病毒、鼻病毒、柯萨奇病毒B3、诺如病毒、轮状病毒。其中一些病毒-EV介导病毒粪口传播[诺如病毒、轮状病毒]。蚊子产生的病毒 EV 含有病毒基因组、病毒 RNA 和蛋白质，并呈递 PS [寨卡病毒] 或人类 CD63 四跨膜蛋白直系同源物，诱导哺乳动物细胞主动感染。 一些病毒改变 EV 的脂质和蛋白质组成，以增加新细胞的结合和摄取。例如，HAV、肠道病毒、EBV、寨卡病毒和HIV感染的细胞会分泌富含PS的EV。HAV-EV 富含 PS 和胆固醇。PS 结合 HAV 细胞受体 1 (HAVCR1) 并介导内吞作用，而胆固醇则结合 NCP1 内体蛋白并融合内体和 EV 膜，从而在细胞内释放 HAV 衣壳和基因组。同样，肠道病毒（脊髓灰质炎病毒、人鼻病毒和柯萨奇病毒 B3 (CVB3)）被包装在富含 PS 的类自噬体细胞器内，PS 以病毒受体依赖性方式介导病毒进入。在潜伏感染期间，由于 PS 与 DC 上的 TIM-1 受体结合，含有病毒 miRNA 的 EBV-EV 被受体 DC 摄取。同样，感染 EBV 的淋巴瘤细胞分泌含有病毒 miRNA 和 PS 的 EV，并由单核细胞整合（图 2 A）。 EV 的独特组成还可以允许以不依赖于受体的方式摄取病毒并改变病毒向性，正如在 EV71、HCV、HBV 和血小板减少综合征 (SFTS) 病毒严重发烧中所观察到的那样。包含病毒基因组的 EV71-EV 由受体细胞以不依赖于受体的方式整合，因为病毒受体的敲低并不意味着受体细胞会摄取病毒。同样，HCV-EV包含病毒RNA和宿主miR-122和Ago2蛋白，这两者都是HCV复制时劫持的宿主因子。这些 HCV-EV 以不依赖于受体的方式诱导肝细胞主动感染。事实上，针对 HCV 糖蛋白 E1 或 E2 或参与 HCV 进入细胞内的宿主蛋白（SB-RI、ApoE、CD81）的抗体的存在并不会削弱病毒感染。SFTS-virus-EV 含有病毒 NS 蛋白和病毒颗粒，并以不依赖于病毒受体的方式诱导受体 HeLa 细胞的主动感染，正如缺乏抗 SFTS 病毒抗体的作用所表明的那样。此外，尽管 HBV 对肝细胞具有趋向性，但 HBV-EV 仍含有 HBV DNA、RNA 和蛋白质，可被自然杀伤 (NK) 细胞整合（图 2 A）。 EV还通过将病毒靶向宿主受体转运至通常不高水平表达它们的细胞来增加细胞对病毒感染的易感性。例如，EV在未感染的内皮细胞之间运输 SARS-CoV-2 病毒受体 ACE2和四跨膜蛋白 CD9。CD9 促进 ACE2 在受体细胞表面聚集，从而增强其对 SARS-CoV-2 感染的敏感性。同样，HIV-1 病毒受体 CCR5 在微粒内转移到外周血单核细胞 (PBMC)，但也转移到不内源表达 CCR5 的内皮细胞，从而允许 HIV-1 感染内皮细胞（图 2 B）。 含有病毒RNA的病毒EV也可以促进受体细胞的感染。HIV 感染的单核细胞衍生的巨噬细胞分泌含有 HIV-1 RNA、潜在的 HIV 逆转录酶、宿主细胞因子（白细胞介素 (IL) -3、-4、-8、-17、瘦素、肿瘤坏死因子 α (TNF- α))、抗原呈递受体和粘附因子（HLA、CD14、CD74、CD44R5、Fc 受体、纤连蛋白和半乳糖凝集素-3），并具有特定的脂质成分 (PS)。这些 HIV-1-EV 通过不依赖 CD4 的网格蛋白介导的内吞作用控制受体 T 细胞的感染。Narayanan等人研究表明，T 细胞系分泌的 HIV-1-EV 含有病毒 TAR RNA、Gag 和 Gp160 蛋白以及宿主 miRNA 机械蛋白。HIV-1-EV 转移 TAR RNA 通过下调 Bim 抑制细胞凋亡，从而促进 HIV-1 感染受体 Jurkat T 细胞。此外，人类 T 淋巴细胞病毒 1 型 (HTLV-1)-EV 含有病毒 RNA 和蛋白质，但也含有以下粘附蛋白：CD45、ICAM-1及其受体 LFA-1。这些 HTLV-1-EV 不会主动感染受体 T 细胞，而是增强受体细胞之间的细胞间接触。已知 CD45 和 ICAM-I/LFA-1 分别支持病毒生物膜和病毒突触的形成，从而促进病毒感染。病毒EV还可以促进潜伏感染并增强病毒在宿主之间的传播。例如，HSV-1-EV 包含控制 HSV-1 复制的病毒 miRNA（miR-H28 和 -H29），并下调 IFN 基因刺激剂 (STING)，这是一种激活抗病毒先天免疫的细胞质 DNA 传感器（图2B）。 病毒-EV 通过包装多个病毒颗粒来增强病毒颗粒的转移。这种包装能够将多种病毒基因组和蛋白质转移到受体细胞，从而提高细胞抗病毒免疫反应的存活率并增加整体感染性。在脊髓灰质炎病毒、人鼻病毒和柯萨奇病毒 B3 (CVB3) 的自噬体衍生的 EV以及诺如病毒的 MVB 衍生的 EV 和轮状病毒的质膜衍生的 EV中观察到了这一点（图 2 C）。 病毒EV增强宿主之间的病毒传播 EV 中病毒颗粒的封装通过在宿主之间提供安全传输来提高病毒传播率。例如，当诺如病毒和轮状病毒在EV内部受到保护时，它们在通过粪便和胃肠道时不会被降解。这改善了这些病毒的主动粪口传播。另一个例子是 DV，它在节肢动物（白纹伊蚊和埃及伊蚊）的EV内传播到哺乳动物宿主。感染 DV 的蚊子细胞分泌的 EV 含有病毒 RNA（全长病毒基因组、病毒衣壳 mRNA）和蛋白质（病毒糖蛋白 E 蛋白），可促进蚊子细胞、小鼠细胞、人类皮肤角质形成细胞和血液内皮细胞的主动感染。有趣的是，这些 DV-EV 富含一种含有四跨膜蛋白结构域的蚊子糖蛋白 Tsp29Fb，它是人类 CD63 的推定直系同源物。Tsp29Fb 与 DV E 蛋白的相互作用对于节肢动物 DV-EV 被人类受体细胞摄取和主动感染是必需的。感染寨卡病毒的蚊子细胞分泌含有PS、病毒糖蛋白E蛋白和病毒RNA的EV，介导蚊子和哺乳动物细胞（猴内皮Vero细胞、人单核细胞、内皮血管细胞）的主动感染（图2C） 。 细胞根据祖先逆转录病毒序列产生 EV 生殖细胞的逆转录病毒感染导致宿主基因组的长期修饰，其中原病毒成为内源性逆转录病毒。内源性逆转录病毒与长末端重复（LTR）反转录转座子非常相似，因为它们都编码gag样、pro样和pol样基因，进行逆转录并整合到宿主基因组中。这些发现表明这两个元素之间存在潜在的共同祖先。有趣的是，一些 LTR 逆转录转座子还介导病毒样颗粒的形成，从而实现细胞间的生理通讯。 例如，哺乳动物基因 PEG10 和神经元基因 ARC 都是编码 GAG 类似物的 LTR 逆转录转座子。它们在分泌到 EV 中之前自我组装并封装自己的 mRNA。PEG10 基因编码衣壳、核衣壳、蛋白酶和逆转录酶 GAG 结构域。Segel等人研究表明，侧翼目的基因与 mPEG10 的非翻译区域允许在 EV 中运输目的 mRNA 并在组织内转移，这可用于基因治疗递送。ARC 基因编码衣壳 GAG 结构域，该结构域封装 Arc mRNA 并在分泌到 EV 中之前劫持 ALIX。然后，这些 EV 可以靶向神经元细胞，Arc mRNA 在神经元细胞中积极翻译。有趣的是，Arc 通过控制长期抑制和增强所需的蛋白质的合成来调节突触可塑性。因此，这种 Arc mRNA 在神经元之间的转移可能在哺乳动物的认知功能中发挥了原始作用（图 1 B4）。 此外，通过 EV 转移逆转录因子可以增强肿瘤发生。肿瘤细胞分泌富含人内源性逆转录病毒 (HERV) 元件（例如 Alu 和 LINE-1）的 EV，这些元件可促进受体细胞的肿瘤发生。例如，皮肤T细胞淋巴瘤分泌含有编码合胞素-1的HERV W元件的EV。EV 接收后，合胞素-1 介导受体细胞之间的膜融合，并可以改善细胞之间肿瘤信号的传递。 原文：C.Moulin, M.J.F.Crupi, C.S.IIkow, et al., Extracellular Vesicles and Viruses: Two Intertwined Entities. International Journal of Molecular Sciences, 2023. 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。