NY-ESO-1 x TLR4

摘要：疫苗是人类历史上最重要的发明之一，已经彻底改变了全球健康。通常，疫苗通过触发先天免疫反应和刺激抗原呈递细胞，引发针对特定病原体抗原的防御性适应性免疫反应。作为关键要素，佐剂通常是作为添加剂使用的化学材料，以增加疫苗的效力和免疫原性。90多年来，佐剂一直是许多人类疫苗中不可或缺的组成部分，通过增强、调节和延长免疫反应来提高其效力。在这里，我们及时并全面地回顾了佐剂的历史发展和当前状态，包括它们的分类、作用机制以及在不同疫苗中的角色。此外，我们对当前的许可流程进行了系统分析，并重点介绍了涉及疫苗佐剂的临床试验中的显著例子。展望未来，我们预测该领域的未来趋势，包括新佐剂配方的开发、创新佐剂的创造以及它们在系统疫苗学和疫苗递送更广泛范围内的整合。文章认为，对生物化学、材料科学和疫苗免疫学的更深入理解对于推进疫苗技术至关重要。这些进步预计将导致未来开发出更有效的疫苗，能够对抗新兴传染病并增强公共卫生。 1.引言：疫苗佐剂的历史 自20世纪初以来，疫苗佐剂研究领域取得了显著进展（图1）。随着传染病的日益流行，免疫接种已成为限制其传播和减少相关伤害的最有效方法。然而，早期疫苗往往证明是无效的，因为纯化的抗原本身无法引发足够强烈的免疫反应。为了克服这一挑战，引入了佐剂的概念。佐剂是添加到疫苗中以增强其免疫原性，从而提高其效力的材料。 图1.疫苗佐剂发展重大事件时间线。这个时间线展示了疫苗佐剂的逐步发展，从RNA和DNA等天然成分演变为合成工程佐剂。 现代佐剂的发展一直是一个缓慢而充满挑战的过程。研究人员旨在创造能够引发强烈免疫反应的同时保持安全性的疫苗。这涉及到选择性地结合明确定义的分子和配方，并探索天然和合成化合物。正如图1所总结的，佐剂的组成随着时间的推移而演变。它已经从早期的天然成分发展到当代的合成化合物。 尽管佐剂开发面临挑战，但目前有超过30种来自不同制造商的许可疫苗含有佐剂。铝盐是最早发现的佐剂，已被发现可以增强针对乙型肝炎、破伤风、白喉、百日咳和人类乳头瘤病毒等疾病的疫苗的免疫反应。铝盐的有效性归因于它们能够在注射部位形成仓库、诱导炎症以及激活树突细胞和T细胞等因素。尽管铝盐在疫苗中使用了七十多年，但其确切的免疫机制仍然不完全了解。 1990年代后期的佐剂发展包括油包水乳液。这些乳液有助于抗原在较长时间内缓慢释放，激活先天免疫系统，并诱导体液和细胞免疫反应。这种乳液的首次使用之一是在Fluad中，Fluad是一种针对65岁以上成人的许可季节性流感疫苗。其他FDA许可的佐剂包括MF59（一种含有角鲨烯、一种可生物降解油和表面活性剂的油包水乳液佐剂，用于流感疫苗）和AS03（由α-生育酚、角鲨烯和表面活性剂组成，用于H1N1流感疫苗和一些大流行流感疫苗）。AS01（一种脂质体和单磷酰脂A的混合物）已在RTS,S/AS01疟疾疫苗和带状疱疹疫苗Shingrix中使用。 尽管许多其他佐剂在临床前模型中显示出高效力，但由于安全或耐受性问题，大多数尚未获得人类使用的许可。此外，包括铝、MF59和佐剂系统AS0佐剂在内的现有佐剂在人类中的作用分子机制仍然不甚了解。 2.佐剂的好处和效果 总体而言，疫苗佐剂在增强疫苗的有效性和可及性以及减轻全球传染病负担方面发挥着关键作用。它们的用途和其他实际应用如下（图2）： 1.缓解有限的疫苗供应：佐剂增强免疫反应，允许较少的疫苗剂量实现完全保护。这减轻了卫生系统的负担，并增加了无法接受多剂疫苗的人的可及性。佐剂还可以降低疫苗中必要的抗原剂量，从而可能减少副作用并增加可用性。例如，重组疫苗在制造上具有显著优势，但通常自身免疫原性较弱。将佐剂与重组大流行流感蛋白结合可以大幅减少实现目标抗体水平所需的抗原量，从而显著增加制造能力。例如，AS03是一种油包水乳液佐剂，已在H1N1流感疫苗等疫苗中使用。它已被证明可以改善免疫反应并允许抗原节约，这意味着可以使用更少的疫苗抗原量，同时仍然产生强烈的免疫反应，这有助于延长现有疫苗供应。 2.促进快速免疫反应：佐剂刺激对疫苗抗原的更强、更持久的反应，提供更好的保护。例如，将AS04佐剂添加到GSK的乙肝抗原Fendrix中，使得三剂方案减少到两剂。例如，Advax是一种基于delta菊粉的佐剂，已被证明可以加速免疫反应。它激活先天免疫系统，并促进细胞因子和趋化因子的产生，这有助于增强适应性免疫反应。 3.扩大抗体反应：佐剂扩大了对具有显著抗原漂移或株变体的病原体的抗体反应，这对于流感、人类乳头瘤病毒（HPV）和疟疾寄生虫等疾病至关重要。例如，MF59是一种已被证明可以增强细胞和体液免疫反应并显著增加抗体滴度和改善抗体反应质量的油包水乳液佐剂。 4.增强抗体反应的幅度和功能性：佐剂不仅增加了抗体反应的幅度，还增加了它们的功能性、亲和力或免疫系统产生的功能性抗体数量。例如，AS04是一种将铝盐与单磷酰脂A（MPLA）结合的佐剂，MPLA是一种Toll样受体4激动剂。AS04已被证明可以增强抗体反应的幅度和功能性。它促进了高质量抗体的产生，包括增加抗体滴度和改善抗体亲和力和亲和力。 5.增强T细胞反应：正在开发新的疫苗候选物以改善T细胞反应，现有的人类使用批准的佐剂未能有效诱导这些反应。目标是更有效地吸引T辅助细胞，以优化抗体反应的质量和持久性，或诱导能够针对和消除细胞内病原体的效应CD4+或CD8+ T细胞。因此，新疫苗可能包括Toll样受体（TLRs）和其他先天免疫受体的激动剂，以促进T辅助细胞反应的产生。这种方法旨在克服传统佐剂的局限性，创造更有效的疫苗，能够提供更持久的保护，对抗更广泛的病原体。通过改善T细胞反应，这些疫苗也可能为免疫系统减弱的个体或对传统疫苗反应不佳的人提供好处。例如，CpG ODNs是含有特定免疫刺激性序列的合成DNA分子，作为Toll样受体9（TLR9）激动剂，已被证明能够通过促进抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞的激活和分化来增强T细胞反应。它们诱导Th1型免疫反应，导致T细胞增殖、细胞因子产生和细胞毒性T细胞活性增加。 6.开发新疫苗：佐剂在开发传统疫苗无效的疾病疫苗中至关重要，增强免疫反应并针对多种病原体株。它们可以增强对疫苗的免疫反应，并帮助针对病原体的多种株。例如，在流感疫苗的情况下，已使用佐剂来创建可以对不同流感病毒株提供更好保护的疫苗。此外，佐剂可用于开发尚未有有效疫苗的病原体引起的疾病疫苗，如HIV或疟疾。开发能够刺激针对这些病原体的强烈和针对性免疫反应的佐剂是一个重要的研究领域。例如，在病毒样颗粒（VLP）佐剂中，VLP是自组装结构，模仿病毒的整体结构但缺乏病毒遗传物质，使其不具传染性。VLP既可以作为抗原也可以作为佐剂。它们已用于新疫苗的开发，以增强免疫反应，提高疫苗效力，并扩大对不同病毒株或亚型的免疫反应。 7.提高安全性：通过增强免疫反应，佐剂可以降低疫苗相关不良事件的风险。这是因为免疫系统能够更好地针对和消除抗原，降低可能导致副作用的过度免疫反应的风险。因此，疫苗中使用佐剂已成为提高疫苗效力、安全性和可及性的重要策略。例如，病毒体是将病毒蛋白（如流感血凝素）纳入其结构的类脂质体颗粒。它们已被用作疫苗中的佐剂以提高安全性。病毒体提供了病毒的抗原特性，但没有传染性遗传物质，降低了疫苗相关不良事件的风险。病毒体佐剂已用于流感和甲型肝炎等疾病的疫苗中。 图2.佐剂的潜在好处。 3.佐剂的类别及其作用机制 在这一部分，我们讨论典型的疫苗佐剂，包括它们的组成、功能机制、在疫苗中的应用以及它们的优点和缺点，以及与它们相关的挑战。铝盐基佐剂。 铝盐基佐剂，通常称为铝佐剂，是最早用于许可的人类疫苗中的佐剂，并且仍然是使用最广泛的佐剂。它们由氢氧化铝、磷酸铝或两者的组合组成，已知能够在注射部位形成仓库，随着时间的推移缓慢释放疫苗抗原，从而产生更强和更持久的免疫反应。它们已被证明能够增强对广泛抗原的免疫反应，包括乙型肝炎、人类乳头瘤病毒（HPV）和肺炎球菌病疫苗中的抗原。由于它们经过验证的安全性记录、广泛增强免疫反应的能力以及制造的便利性，它们仍然是疫苗开发的有吸引力的选择。然而，人们对铝盐可能引起不良反应（如注射部位的局部反应和罕见的过敏反应）的潜力有一些担忧。使用铝盐作为疫苗佐剂的好处通常大于风险。 图3.疫苗佐剂的类型。 铝盐基佐剂的确切作用机制尚不完全了解，但有几种提出的理论（图4a）。铝佐剂之所以受欢迎的一个关键原因是它们能够在注射部位形成仓库。这个仓库随着时间的推移缓慢释放疫苗抗原，为免疫系统提供对抗原的长期暴露。这种长期暴露有助于增强免疫反应，导致更强大和更持久的免疫力。 图4.疫苗佐剂的作用机制。a) 基于铝盐的佐剂。b) 乳液佐剂。c) 基于TLR激动剂的佐剂。 此外，也认为铝佐剂通过在注射部位诱导炎症来激活先天免疫系统。这种炎症被认为是由炎症体激活触发的，炎症体是一种在先天免疫反应中起关键作用的蛋白质复合体。激活的炎症体释放促炎细胞因子，这有助于吸引免疫细胞到炎症部位并激活它们。 铝盐基佐剂还被认为是通过诱导促炎细胞因子（如IL-1β和TNF-α）的释放来激活树突细胞，这些细胞是专门呈递抗原给T细胞的免疫细胞，负责识别和攻击外来入侵者。铝盐基佐剂通过吸引树突细胞到注射部位并激活它们来激活树突细胞。反过来，树突细胞促进效应T细胞的分化，这在诱导免疫中起着关键作用。 铝佐剂还被认为是通过刺激CD4+ T细胞的分化和诱导B细胞产生抗体来刺激免疫反应，这对于诱导免疫至关重要。这一过程是通过树突细胞产生IL-1β和IL-18来介导的，它们促进效应T细胞的分化。仓库中抗原的缓慢释放也有助于延长B细胞对抗原的暴露，这可以增强抗体的产生。 总之，铝盐基佐剂通过在注射部位形成仓库、激活炎症体、诱导促炎细胞因子的释放、吸引树突细胞到注射部位以及增强B细胞的抗体产生来发挥作用。这些机制共同作用，增强疫苗中抗原的免疫反应，提高对目标疾病的保护。 3.1.无机纳米颗粒基佐剂 无机纳米颗粒基疫苗佐剂，如纳米铝、层状双氢氧化物（LDH）、纳米/介孔硅、纳米金刚石、量子点等，已被研究其增强疫苗免疫反应的潜力。无机纳米颗粒提供了一个多功能的平台，用于表面修饰，允许精确控制大小和形状参数。这种多功能性便于设计旨在引发特定免疫反应的定制结构。此外，这些纳米颗粒通常表现出强大的化学和物理化学稳定性，确保在储存和运输过程中无需冷藏即可延长货架寿命。这些属性对于实际疫苗部署和分发场景至关重要，特别是在资源有限的环境中，使它们成为储备疫苗以应对未来紧急需求的理想选择。 无机纳米颗粒基疫苗佐剂的作用机制涉及其与免疫系统的相互作用，以增强和调节疫苗中抗原的免疫反应。无机纳米颗粒作为抗原的载体，确保其有效地传递给抗原呈递细胞（APCs）。纳米颗粒被设计为被APCs（如树突细胞和巨噬细胞）有效摄取。这种摄取是通过纳米颗粒的大小、表面电荷和表面修饰来促进的。一些无机纳米颗粒佐剂，如基于铝的佐剂，会在注射部位诱导局部炎症。这吸引免疫细胞到该部位并促进APCs的招募。无机纳米颗粒佐剂有助于发展持久的免疫记忆。这确保免疫系统“记住”遇到的抗原，为后续暴露于病原体提供保护。 其中，具有纳米纤维形态的γ相氧化铝水合物（γ-AlOOH）纳米颗粒已被制备并用作人结核杆菌（HTB）水热提取物的传递系统。由于其独特的介孔纤维结构，合成的γ-AlOOH显著增强了类巨噬细胞的细胞摄取，与商业铝佐剂相比增加了约两倍。 介孔硅具有有序的多孔结构，孔径均匀在介尺度范围内（2至50纳米）。这种结构提供了大的表面积和可调节的属性，使其适合于包括药物传递和疫苗佐剂在内的各种应用。介孔硅的表面可以被修饰以定制其属性，以适应特定的疫苗配方和应用。介孔硅也可以用来封装免疫调节剂，进一步增强佐剂效果。例如，无定形硅可以用作疫苗佐剂以增强免疫反应。纳米尺度和微米尺度的硅都促进了髓样细胞中NLRP3炎症体的激活，而只有纳米尺度的硅激活了角质形成细胞中的炎症体。 LDHs是具有正电荷的类水镁石层和层间阴离子的层状材料，为包括药物传递和免疫调节在内的各种应用提供了独特的结构。LDHs由于其层状结构，为抗原提供了高负载能力。LDHs可以设计为以受控的方式释放抗原，促进持久和持久的免疫反应。LDHs可以表面修饰以整合额外的功能，如靶向配体或免疫调节剂，以进一步定制其性能。 总之，无机纳米颗粒基作为疫苗佐剂是一个活跃的研究领域，它们在疫苗开发中的应用有望增强免疫反应，提高疫苗的整体有效性。 3.2.乳液佐剂 当两种无法形成均匀混合物的液体混合在一起时，就会形成乳液。抗原包含在这些水滴中，油作为仓库，缓慢释放抗原，并通过减少清除时间来增强免疫反应，延长抗原暴露。乳液是另一种已开发用于增强疫苗免疫反应的疫苗佐剂。乳液由两种不相混溶的液体组成，通常是一个油相和一个水相，由表面活性剂稳定。乳液通过在油相中形成小滴的抗原，然后将它们分散在整个水相中来工作。 最早被批准用于人类疫苗的油包水佐剂之一是MF59，它包含角鲨烯、聚山梨酯80、三油酸甘油酯和柠檬酸钠脱水物。MF59诱导ATP释放，并上调细胞因子和趋化因子，以增强接种部位的抗原特异性免疫反应。它已被证明是安全且耐受性良好的。另一种基于油包水乳液的佐剂是AS03，它含有表面活性剂聚山梨酯80和两种可生物降解的油，角鲨烯和DL-α-生育酚。欧洲委员会在2009年授予AS03佐剂的Pandemrix市场授权，AS03佐剂的流感A（H5N1）单价疫苗在2013年获得了FDA的许可。AS03已越来越多地用于流感和疟疾疫苗。 乳液已在各种疫苗中使用，包括流感、乙型肝炎和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗。它们提高了疫苗效力，特别是在对传统疫苗可能反应不佳的人群，如老年人或免疫受损个体中。乳液佐剂通过几种机制增强疫苗的免疫反应。图4b41中提出了几种理解基于乳液的佐剂如何工作的机制： 一个主要机制是抗原在较长时间内缓慢释放。乳液滴的小尺寸允许延长表面积与体积比，这增强了抗原呈递和抗原呈递细胞的摄取。这种缓慢释放的抗原可以在较长时间内激活免疫系统，从而产生更强大和持久的免疫反应。 乳液佐剂还激活先天免疫系统。乳液滴被免疫系统识别为外来物质，导致激活树突细胞、巨噬细胞和单核细胞等抗原呈递细胞。然后这些细胞产生促炎细胞因子和一系列趋化因子，如TNF-α和IL-1β，这进一步激活免疫系统并吸引免疫细胞到注射部位，形成一个免疫能力环境，以增强抗原运输到引流淋巴结。 乳液佐剂的另一个重要机制是它们能够诱导体液和细胞免疫反应。乳液滴可以被抗原呈递细胞摄取，然后呈递给T细胞和B细胞。T细胞负责直接攻击感染的细胞，而B细胞产生可以中和病原体的抗体。已证明乳液佐剂可以激活T细胞和B细胞，导致更全面的免疫反应。 总之，乳液佐剂已成为疫苗开发中的重要工具。它们通过几种机制增强疫苗的免疫反应，包括缓慢释放抗原、激活先天免疫系统，并诱导体液和细胞免疫反应。 3.3.Toll样受体（TLR）激动剂 Toll样受体（TLRs）是一种模式识别受体，对入侵病原体的先天免疫反应起着至关重要的作用。TLRs是跨膜受体，主要由先天免疫系统的细胞表达。这些受体分为两组：细胞表面TLRs（TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6）和细胞内TLRs（TLR3、TLR7、TLR8和TLR9），它们在内体膜上表达。每个TLR都包含一个跨膜域、一个富含亮氨酸的重复（LRR）段，该段识别与病原体相关的分子模式（PAMPs）和与损伤相关的分子模式（DAMPs），以及一个Toll/白细胞介素-1受体（TIR）域，该域启动下游信号传导并诱导炎症反应。因此，TLRs是佐剂刺激有效免疫反应的有吸引力的靶标，为病原体提供持久保护。Toll样受体（TLR）激动剂作为疫苗佐剂在对抗癌症、艾滋病和疟疾等致命和复杂疾病方面非常有前景。 CpG寡脱氧核苷酸（ODNs）是具有磷酸硫酯骨架的合成DNA分子，包含未甲基化的CpG基序。图4c描述了基于TRL的佐剂如何作用：CpG ODN是一种强效佐剂，诱导1型辅助T（Th1）反应，并促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的产生和干扰素-γ（IFN-γ）的分泌。CpG ODN通过TLR9激活增强了对抗原的特异性体液和细胞免疫反应。由于其独特的特性，CpG ODN可以用作通过肌肉内、皮下、口服和鼻内途径进行免疫接种的佐剂。作为有效的疫苗佐剂，CpG ODN可以促进抗原的免疫刺激效应，激活抗原呈递细胞（APCs），并加速免疫反应。CpG ODN有助于浆细胞样树突细胞（pDCs）上主要组织相容性复合体（MHC）、CD40和CD86的表达，并增强抗原处理，导致强大和持久的免疫反应。 3.4.脂质体 脂质体是一种疫苗佐剂，由磷脂和胆固醇组成，是能够包裹抗原和其他免疫刺激性分子的小球形结构。它们是可生物降解的、生物相容的，并且允许进行多功能的结构修饰，以实现可调节的特性和毒性。脂质体可用于将抗原传递给抗原呈递细胞，如树突细胞，这可以激活免疫系统。此外，脂质体能够增强体液和细胞免疫反应，诱导对清除细胞内病原体和增强抗体反应很重要的Th1偏向反应，使它们成为疫苗开发的有吸引力的佐剂。脂质体的一个独特特性是它们能够被修改以针对特定的细胞类型。它们可以被修饰有针对树突细胞上特定受体的抗体或肽，增加脂质体包裹的抗原的摄取。脂质体也可以用来共同传递多个抗原或免疫刺激性分子，从而引发更强大的免疫反应，特别是对于可能需要多个抗原来诱导保护性免疫反应的复杂病原体。 基于脂质体的佐剂系统AS01包含两种免疫刺激性剂，3-O-去酰基-4'-单磷酰脂A（MPL）和QS-212。使用AS01佐剂的疫苗包括新开发的疟疾疫苗RTS, S（Mosquirix），以及针对带状疱疹（HZ/su）、HIV和结核病的疫苗候选物。AS01可以促进产生针对抗原的抗体和针对抗原的CD4+ T细胞，这使其区别于其他佐剂。 3.5.其他佐剂 细胞因子 - 细胞因子是一类在免疫反应中起重要作用的信号分子。它们由免疫系统的各种细胞分泌，作用于特定受体以介导一系列生物学功能，如炎症、细胞增殖和分化。细胞因子可以根据其结构和功能被划分为不同的类别，包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子和趋化因子。 聚合物 - 聚合物是由通过共价键连接在一起的重复单元组成的化合物。它们可以是天然的或合成的，并且在材料科学、医学和生物技术中有广泛的应用。在疫苗方面，聚合物可以用作载体，创建缓慢释放的仓库，在其大的交联结构中携带抗原和其他免疫调节剂。这导致持续的抗原呈递和免疫系统的激活，可以导致更强大和更持久的免疫反应。 皂苷 - 皂苷是具有两性属性的天然化合物，意味着它们既有亲水区也有疏水区。它们在传统医学中已被使用数个世纪，并且有许多潜在的药物应用，包括作为疫苗的佐剂。皂苷可以通过刺激树突细胞等抗原呈递细胞以及促进细胞因子和趋化因子的产生来增强免疫反应。皂苷基佐剂的一个例子是QS-21，它与MPL（单磷酰脂A）一起在AS01佐剂系统中使用。AS01是一种有效的佐剂，已被用于开发针对疟疾、结核病和带状疱疹等疾病的疫苗。 病毒体 - 病毒体由磷脂和病毒包膜蛋白组成，通常来源于不引起人类疾病的病毒。病毒包膜蛋白提供了可以激活免疫系统的免疫原性表面，而磷脂有助于稳定病毒体结构并增加其被抗原呈递细胞的摄取。 4.各种疫苗及其佐剂的作用 在这一部分，我们讨论了佐剂在各种疫苗中的作用。图5总结了当前正在开发的已确认的主要疫苗和方法。这些包括全病毒疫苗（如活减毒疫苗、灭活疫苗和病毒载体疫苗）、亚单位疫苗和核酸疫苗（包括pDNA和mRNA）。 图5.各种疫苗及其佐剂的总结。 4.1.灭活疫苗 灭活疫苗通常由病毒感染的细胞制成并灭活，这确保了病毒不再具有传染性，但保留了它们的抗原特性，使它们有助于产生免疫反应。可以向灭活疫苗中添加佐剂以增强免疫反应。氢氧化铝和磷酸铝等铝盐是灭活疫苗中最常用的佐剂。它们通过将抗原吸附到其表面来增强免疫反应，这允许抗原缓慢释放并在较长时间内刺激免疫系统。灭活疫苗中使用的其他佐剂包括MF59、AS03和AS04。MF59是一种油包水乳液，通过在注射部位创建抗原仓库以及刺激先天免疫系统来增强免疫反应。这些佐剂已在H1N1流感疫苗和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗等疫苗中使用。在一项研究中，带有铝佐剂的CoronaVac灭活疫苗对SARS-CoV-2显示出高效的中和效果。 4.2.活减毒病毒疫苗 活减毒病毒疫苗由于其在注射后能在宿主体内迅速扩增，从而有效免疫，因此已成为成功的免疫策略。活减毒病毒疫苗是病毒的弱化形式，能在体内复制但不引起疾病。因此，它们可以引发强烈且持久的免疫反应。通常不与活减毒病毒疫苗一起使用佐剂，因为疫苗本身已经是免疫系统的强刺激剂。然而，一些研究已经探索了与活减毒病毒疫苗一起使用佐剂以潜在增强其有效性的可能性。一个例子是使用油包水乳液MF59作为活减毒流感疫苗的佐剂，已被证明可以改善老年人的免疫反应。然而，需要更多的研究来确定活减毒病毒疫苗中佐剂的安全性和有效性。 4.3.病毒载体疫苗 复制能力和非复制能力的腺病毒载体通常用于表达其他病毒蛋白的抗原以进行免疫接种。佐剂可以与病毒载体疫苗一起使用，以增强疫苗产生的免疫反应。例如，牛津-阿斯利康COVID-19疫苗是一种病毒载体疫苗，它使用一种减毒的黑猩猩腺病毒来传递SARS-CoV-2刺突蛋白的遗传物质。这种疫苗含有一种名为AS03的佐剂，这是一种由角鲨烯（一种天然油）、聚山梨酯80（一种洗涤剂）和维生素E组成的混合物。 4.4.病毒样颗粒疫苗 在这种策略中，结构病毒蛋白被共同表达以形成非感染性颗粒作为疫苗免疫原。它们类似于真正的病毒颗粒，但缺乏病毒基因组。在细胞中生产VLPs，然后进一步重建为稳定和免疫原性形式是一个多阶段过程。佐剂可以用于病毒样颗粒疫苗中，以增强免疫反应并提高疫苗效力。用于病毒样颗粒疫苗的常见佐剂包括铝盐、MF59（一种油包水乳液）和CpG寡核苷酸（TLR-9激动剂）。这些佐剂刺激免疫系统产生对VLP疫苗更强大和更持久的反应。在某些情况下，VLP本身可以作为佐剂，因为它已经显示出通过多种途径刺激免疫系统。总体而言，VLP疫苗中佐剂的使用可以帮助增加其效力，减少所需剂量，并提高疫苗覆盖率。 4.5.DNA疫苗 基于DNA的疫苗使用DNA质粒作为载体，将编码抗原的基因转移到宿主细胞中，特别是抗原呈递细胞。这些疫苗的机制依赖于将遗传物质传递到细胞核中，激活载体中的哺乳动物启动子，并通过宿主细胞机制启动目标基因的转录。然而，与其他疫苗类型相比，DNA疫苗通常具有有限的免疫原性，这可能限制了它们的有效性。佐剂可以通过增强对编码抗原的免疫反应来帮助克服这一限制。在DNA疫苗中测试了各种佐剂，包括铝、CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODNs）和脂质体。铝已被证明可以增强小鼠对DNA疫苗的免疫反应，但在人类试验中的成功有限。CpG ODNs是模拟细菌DNA的合成分子，可以通过与免疫细胞上的Toll样受体（TLRs）相互作用来激活免疫系统。脂质体是小的脂质囊泡，可以包裹DNA和佐剂，并直接传递给抗原呈递细胞。基于脂质体的佐剂在DNA疫苗的临床前研究中显示出前景。 4.6.mRNA疫苗 mRNA疫苗涉及将mRNA分子直接注入宿主细胞中，然后在细胞质中翻译成目标蛋白。这些疫苗通常包含一个带有3'聚腺苷酸尾的开放阅读框（ORF），可以刺激细胞和体液免疫反应。与传统疫苗相比，mRNA疫苗提供了许多优势，如安全性、灵活性、可扩展性和成本效益。mRNA疫苗通常不需要佐剂，因为mRNA分子本身就会刺激免疫系统。例如，针对COVID-19的mRNA疫苗使用脂质纳米颗粒传递系统来保护mRNA并促进其进入细胞，但这种传递系统在传统意义上不被视为佐剂。然而，一些研究正在进行中，以探索在mRNA疫苗中使用佐剂以增强其有效性，特别是对于可能对疫苗有较弱免疫反应的某些人群，如老年人。 4.7.基于蛋白质亚单位的疫苗 基于蛋白质亚单位的疫苗仅包含来自病原体的特定蛋白质或蛋白质，而不是整个病原体。佐剂通常与基于蛋白质亚单位的疫苗一起使用，以通过增加对蛋白质抗原的免疫反应来增强其有效性。铝盐（如氢氧化铝）是最常用的基于蛋白质亚单位疫苗的佐剂，因为它们已被证明可以增强对抗原的抗体反应。其他佐剂，如MF59（油包水乳液）、AS03（角鲨烯油包水乳液）和AS04（氢氧化铝和MPL），也已用于基于蛋白质亚单位的疫苗中以提高其免疫原性。此外，正在研究使用Toll样受体激动剂等新型佐剂与基于蛋白质亚单位的疫苗一起使用，以进一步增强其免疫反应。 5.疫苗佐剂的临床试验和许可 开发含佐剂的疫苗是一项艰巨的任务，可能需要数年时间，因为必须确保疫苗的每个组分单独和组合使用时都兼容。美国食品和药物管理局生物制品评估和研究中心（CBER）发布了一份指南，以促进新疫苗配方的开发，以应对开发针对传染病疫苗的紧迫需求。指南建议从使用适当的动物模型进行临床前测试开始，以评估配方（包括佐剂）的安全性和免疫原性，以及佐剂对免疫反应的影响。必须包括单独的佐剂和抗原对照组，以提供佐剂效应的证据。免疫原性评估可能包括体液和细胞反应，如果疾病有动物模型，可以获得初步的保护效力信息。在临床前测试和疫苗配方的良好生产规范（GMP）生产之后，开始人体临床试验。I期研究评估健康个体的安全性和剂量，获得初步的免疫原性信息。IIa期试验涉及数百名志愿者，以评估免疫原性、耐受性和安全性。当测试进入IIb/III期时，重点是确定疫苗目标人群中的免疫原性和效力，随着参与志愿者人数的增加，研究持续时间也在增加。 确认疫苗的安全性和有效性后，疫苗可以获得许可并上市销售。然而，疫苗在IV期进行上市后安全监测，以评估其他罕见的不良反应。这些活动的目的是确保根据安全监测的结果采取适当的行动。监管机构严格应用药物警戒流程，以评估许可后出现的潜在安全信号。然而，评估试图建立与疫苗接种因果关系的研究所可能是复杂的和不确定的，尽管许可后有大量安全信息。 在某些情况下，疫苗在获得许可后因证实疫苗与不良事件之间存在因果关系或因效力不佳改变了收益-风险比而被撤回。虽然也有一些例子表明疫苗接种与不良事件之间的所谓因果关系被证明是没有根据的。疫苗制造商和监管机构在安全信号监测或报告新的重要不良事件时采取迅速行动。他们将证据迅速传达给医疗专业人员和公众，以便对最新的收益-风险概况做出明智的决策。 6.疫苗佐剂的临床试验示例 6.1.乳液 MF59是开发能够引发针对HIV的体液和细胞免疫反应的疫苗的一个例子，这对于预防HIV感染是理想的。在一项I期临床试验中，研究了DNA初免后用重组包膜糖蛋白加MF59佐剂增强的联合疫苗方案在未感染HIV的成年人中的安全性和免疫反应。此外，正在II期临床试验中评估含和不含MF59佐剂的灭活流感A/H9N2疫苗在门诊成人中的安全性。Montanide ISA 51和Montanide ISA 720是两种已在临床研究中调查的水包油乳液佐剂。它们具有不同的油水比率。Montanide ISA 51已在古巴的疟疾疫苗I期和流感疫苗II期研究中进行了评估，并已在古巴获得治疗性肺癌疫苗的许可。Montanide ISA 720已在疟疾疫苗的II期临床试验中进行了测试。这两种佐剂都已被证明可以促进有效的免疫反应，特别是增强特定的细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应。然而，观察到短暂的副作用，如发烧、头痛或类似流感的症状，尽管两者似乎都能很好地耐受。AS03佐剂在赛诺菲H1N1流感疫苗中在健康成人和老年人群不同剂量水平下进行了测试，以了解身体对不同强度的H1N1流感疫苗的反应，无论是单独使用还是与“佐剂”一起使用。 6.2.基于铝的佐剂 在一项I期临床试验中，评估了单剂量默克0657nI金黄色葡萄球菌疫苗加或不加默克铝佐剂的安全性、耐受性和免疫原性。此外，还评估了MN重组可溶性gp120/HIV-1（MN rsgp120/HIV-1）与QS21有或无铝佐剂结合使用的安全性和免疫原性。 6.3.基于脂质的佐剂 脂质材料自发现其独特的囊泡结构非常适合包裹各种生物活性物质（如DNA和脂肪酸）以来，一直被用作疫苗佐剂。在早期，科学家专注于脂质A，这是LPS的疏水锚，被认为是一种有效的佐剂，可以显著增加体液和细胞免疫反应。然而，由于其高毒性，基于脂质A的佐剂被认为不适合人类疫苗。相反，GLA-SE和GLA-AF都是脂质A类似物，被发现在增强对H5N1的保护方面特别有效，毒性低，副作用有限。GLA-AF也已作为乳液在许多疫苗中作为替代品进行了测试，最值得注意的是在大流行流感中。 6.4.基于Toll样受体（TLR）激动剂的佐剂 TLR3激动剂Poly-ICLC已在治疗黑色素瘤患者的佐剂疫苗安全性研究中进行了研究。这是一项I期开放标签剂量递增研究，研究TLR3激动剂Poly-ICLC作为高风险黑色素瘤患者NY-ESO-1蛋白疫苗的佐剂。佐剂疫苗治疗的目标是训练内源性免疫系统识别和靶向最小残留疾病。 6.5.皂苷 基于皂苷的OPT-821已在三价神经节苷脂在临床III期试验中用于无病生存的肉瘤患者。如果三价疫苗能刺激患者的免疫系统产生识别和靶向GM2、GD2和GM3糖的抗体，那么患者的抗体可能会攻击并杀死任何剩余的肉瘤细胞，从而可能预防肉瘤的复发。MatrixMTM也在大流行流感和RSV疫苗的I期和II期临床试验中进行了测试，显示出安全且耐受性良好，增强了体液和细胞免疫反应。其他基于皂苷的佐剂，如QS-21，已在癌症疫苗和传染病疫苗的临床试验中进行了评估，并显示出能诱导强烈的免疫反应并提高疫苗效力。然而，它们的复杂结构和可变组成可能会影响它们的一致性和可复制性，它们的潜在毒性和溶血活性需要在临床前和临床研究中仔细评估。 6.6.核苷酸 CpG ODN、dsRNA和IL-12 DNA等佐剂成分是激活模式识别受体（PRRs）以刺激免疫反应的核苷酸基佐剂的例子。例如，dsRNA可以分泌IFN-a和IFN-c等细胞因子，通过TLR3、MDA-5和NLRP3炎症体信号传导，目前正在进行流感和狂犬病疫苗的临床试验。用IL-12 DNA佐剂的DNA疫苗被引入以提供针对广泛HIV变体的有效保护，最近的试验表明它们耐受性良好，可以增强免疫反应。Pika佐剂是另一种核苷酸基佐剂，是稳定的卡那霉素和钙的dsRNA合成类似物，促进干扰素、IL-2和IL-12的产生。这种佐剂可以将主要产生体液免疫的预防性疫苗转变为具有强大细胞免疫的治疗性疫苗。 6.7.细胞因子 在最近的研究中，分子佐剂已被证明能有效刺激免疫反应，特别是在亚单位疫苗中。例如，IL-2和GM-CSF等细胞因子已在针对口蹄疫的疫苗中进行了研究，GM-CSF目前正在评估用于乙型肝炎和HIV疫苗。其佐剂效应归因于其促进巨噬细胞分化和增殖，以及激活抗原呈递细胞的能力。同样，IL-12和IL-15作为佐剂在一项正在进行的I期临床试验的HIV疫苗中被使用。这些细胞因子已证明能够刺激NK细胞和T细胞的增殖。 6.8.病毒体 病毒体是包膜病毒样颗粒，已在欧洲获得许可，用于针对甲型肝炎和流感的疫苗，并已在恶性疟原虫疟疾和慢性丙型肝炎疫苗的临床试验中使用。 6.9.肽 肽，MUC1-聚ICLC疫苗正在II期试验中进行测试，旨在评估在因有晚期腺瘤病史而增加结直肠癌风险的受试者中，MUC1疫苗的抗体和T细胞反应。MUC1-聚ICLC疫苗正在开发中，以防止息肉发展成结直肠癌，并防止息肉复发，这有助于体内免疫系统识别MUC1的变化，这些变化伴随着向癌症的进展，并消除产生异常的细胞。 6.10.其他 其他形式的佐剂也在临床试验中进行调查。一项I期临床研究针对研究性的PIKA（基于聚肌苷酸-聚胞苷酸的佐剂）狂犬病疫苗，包括灭活和纯化的狂犬病病毒和PIKA佐剂，以评估疫苗组合在健康成年志愿者中的临床安全性，并根据加速疫苗接种方案评估疫苗的效力。Mayo Clinic与Agri-King Corporation联合开发了一种新型合生元AKSB（Agri-King合生元）。一项针对正常人类志愿者（65岁以上）的AKSB的I期安慰剂对照试验，旨在研究当患者同时接受流感疫苗时，这种益生菌的安全性。磷酸钙，以羟基磷灰石的形式，已在法国获得许可，用于白喉、破伤风、百日咳和脊髓灰质炎疫苗。磷酸钙被认为是人体内的天然化合物，耐受性良好，使其成为可能替代铝佐剂的潜在替代品，铝佐剂可能会产生不良副作用。细菌鞭毛蛋白，TLR5的配体，也显示出可导致混合Th1和Th2反应的佐剂效应。在临床试验中，双价P. aeruginosa鞭毛蛋白佐剂疫苗帮助囊性纤维化患者降低了感染P. aeruginosa的风险。多糖是另一种潜在的佐剂，可以增强疫苗的免疫反应，并促进细胞免疫、体液免疫和粘膜免疫。还有一些新型佐剂结合了上述几种佐剂，有效成分协同作用以产生最佳的免疫反应。 7.针对COVID-19的疫苗佐剂 COVID-19大流行突显了开发安全有效疫苗以控制SARS-CoV-2病毒传播的需求。开发理想的疫苗需要广泛的研究和资源，以确保其满足当前形势的需求。疫苗旨在诱导保护性免疫反应，可以预防或减轻病毒感染的严重程度。 7.1.COVID-19疫苗中佐剂的好处 在COVID-19疫苗中使用佐剂有几个原因/动机：1)一个有效的COVID-19疫苗的主要要求之一是其能够刺激强大的免疫反应，能够产生高水平的中和抗体。为了实现这一点，疫苗可能需要多剂或佐剂。佐剂可以帮助减少疫苗中所需的抗原量，从而降低其成本。2)在SARS-CoV-2疫苗中结合适当的佐剂可以通过减少产生保护性免疫反应所需的抗原量来满足这些要求。疫苗的生产和分发应该是成本效益高且可扩展的，以满足压倒性的需求。鉴于大流行影响全球大多数国家，迫切需要一种可以快速高效生产和分发的疫苗。3)此外，佐剂还可以通过提供持久的免疫反应并扩大其对病毒不同株的保护范围来增强疫苗的效力。因此，针对COVID-19的佐剂疫苗的研发对于开发安全、有效和成本效益高的疫苗以控制大流行至关重要。 7.2.针对Covid-19的许可佐剂和候选物 NVX-CoV2373是Novavax开发的一种有前景的疫苗候选物，用于预防COVID-19。它是一种基于蛋白质的疫苗，使用引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒的遗传序列创建。S蛋白是COVID-19疫苗的关键靶标，因为它是病毒附着和感染人类细胞的主要手段。为了增强免疫反应并刺激高水平的中和抗体，NVX-CoV2373与Novavax的专利基于皂苷的Matrix-M™佐剂配方。这种佐剂经过广泛测试，并通过刺激抗原呈递细胞进入注射部位并在局部淋巴结中增强抗原呈递，从而增强免疫反应，表现出强大且耐受良好的效果。这种基于蛋白质的疫苗候选物旨在教会免疫系统如何识别和对抗SARS-CoV-2病毒，提供针对COVID-19的保护。临床试验表明，NVX-CoV2373在预防COVID-19方面非常有效，总体有效性超过90%。获批后，NVX-CoV2373在抗击COVID-19中可能发挥关键作用，特别是在其他疫苗可能不太容易获得或有效的地区。世界各地已授权紧急使用几种COVID-19疫苗，其中一些使用了佐剂。例如，阿斯利康COVID-19疫苗使用了MF59佐剂，这是一种油包水乳液角鲨烯油，以增强疫苗的免疫反应。科兴COVID-19疫苗使用了铝佐剂，这是一种有助于增强免疫反应的铝盐。 图6.疫苗开发的演变阶段。 8.新疫苗佐剂的新兴发展 8.1.新型佐剂的设计原则 为了开发有效的佐剂疫苗，了解佐剂的工作原理并遵循一些设计原则是很重要的。问题导向原则涉及考虑四个主要问题：(1) 预防特定病原体引起的疾病所需的免疫反应类型，(2) 能够诱导所需免疫反应的相关先天免疫细胞，(3) 这些先天细胞亚群在体内的定位，以及 (4) 这些细胞上模式识别受体（PRRs）的表达。基于这些问题，在设计疫苗佐剂时需要考虑四个步骤。首先，应确定疫苗效力所需的免疫效应元素类型。这应考虑抗原类型、目标细胞亚群和表型以及免疫途径，以指导传递系统和免疫刺激剂的选择。由于PRRs是产生有效疫苗生成的关键靶标，因此在设计疫苗佐剂时，评估相关先天免疫细胞在体内的定位和目标细胞上的PRR表达非常重要。不同的PRR信号通路可能被用来开发针对不同侵害的定制反应。其次，应基于对免疫识别和保护的分子机制的理解来确定合适的疫苗抗原。合适的抗原还应能够在目标人群中实现疫苗诱导的反应定位。此外，疫苗必须向适当的细胞群体呈现足够数量的正确构象的抗原，以诱导免疫反应保护，同时考虑诱导炎症反应的耐受性和安全性问题。第三，佐剂需要一个传递系统，无论是合成的还是天然的。这需要设计感兴趣的抗原的适当传递方式，结合相关的免疫刺激剂。第四，疫苗和佐剂的制备过程应该简单。例如，如果不需要特殊的乳化剂，生产过程就更简单。如果佐剂与抗原的比例低，可能会增加疫苗改进的范围。 8.2.新型疫苗的佐剂配方 已经为已许可产品中的佐剂建立了几种配方方法。这些包括用作吸附剂的不溶性铝盐、易于注射的低油含量、油包水乳液和脂质体传递系统。虽然成分不同，但这些系统在结构上有一些显著的相似之处，它们都是作为纳米颗粒制造的。此外，这些系统可以作为抗原和免疫增强剂（包括TLR激动剂）的有效“传递系统”。适当选择佐剂的免疫刺激剂和配方成分对于诱导针对控制目标病原体的适当免疫反应至关重要。同一免疫调节分子的不同配方可能会诱导显著不同的免疫反应，如在疟疾疫苗计划中所示。例如，与AS02配方的RTS,S疫苗候选物保护了七个疫苗接种者中的六个免受感染，而相同的抗原与AS03或AS04配方的保护率分别为七个中的两个或八个中的一个。为了构建改进的佐剂，确保每个组分都是必要的并增加明确的价值，同时不引入重大的不合理责任至关重要。AS01是目前最成功的许可产品中包含的佐剂，对带状疱疹的有效性>97%。AS01佐剂的开发基于两个关键组分，MPL和QS-21，当一起使用时会产生先天激活的协同作用。这种协同作用无法通过任一分子单独实现，并且开发了一种脂质体传递系统，将两种免疫增强剂共同传递给相同的免疫细胞群体。此外，脂质体配方在减少QS-21诱导显著局部和系统反应原性方面也有效。然而，新型系统疫苗学方法可以用来识别新的佐剂途径和配方，这些可以用来设计下一代佐剂。 8.3.推进系统疫苗学 Bali等人提出了一种基于系统疫苗学的跨学科方法，以加速临床中佐剂的发现和开发，该方法涉及早期使用人类研究来生成“组学”数据，这些数据可以用来制定关于候选佐剂如何刺激强大和持久的抗原特异性T和B细胞反应的新假设。然后可以在动物模型中重新测试这些假设，随后得到的机制见解可以用来设计新的佐剂概念。所提出的佐剂开发框架更加强调在它们的发展管道早期（0/I期）在小型临床试验中测试许多潜在的佐剂概念，这可以快速测试新的佐剂并使用系统疫苗学方法获得机制见解。此外，系统疫苗学方法可以用来定义佐剂的作用机制，以及配方的作用机制、疫苗接种后不久发生的不良反应的潜在机制，以及疫苗传递的最佳配方的合理设计。总体而言，这种基于系统疫苗学的跨学科方法有潜力转变佐剂的科学并振兴新型佐剂的开发，以用于疫苗。 8.4.非侵入性疫苗传递 非侵入性疫苗传递的研究是一个关键焦点，可能对全球大规模疫苗接种活动产生重大影响。开发安全、有效和低成本的疫苗配方和佐剂，以产生期望的免疫反应和长期免疫，是一个优先事项。广泛的研究已经导致了几个新型佐剂的开发，这些佐剂目前正在临床试验中评估或已获得许可。一个研究重点是开发含有脂质的安全并提高非侵入性传递的疫苗效力的佐剂。然而，关于佐剂分子刺激后细胞表面受体之间的相互作用以及这些佐剂与现有或新型配方的兼容性，还需要更多信息。随着我们对免疫保护所涉及的分子机制的理解的提高和合成化学新方法的发展，预计疫苗开发将取得突破。新技术开发，如新的糖苷缀合方法、反向疫苗学和下一代测序技术，应该会导致针对HBV、百日咳毒素、莱姆病和HPV等疾病的新型疫苗策略，无论是否使用佐剂。研究界旨在通过引入新的免疫刺激剂和结合效力、持久记忆免疫反应和安全性的新型传递系统，确保高水平的广泛保护。这种新方法将不再仅仅依赖于结构疫苗学，因为目标表位的变异性和新病原体和肿瘤抗原的不断出现。 9.结论和展望 佐剂在近一个世纪的疫苗开发中发挥了至关重要的作用，增强了免疫原性。最初，佐剂的选择大多是经验性的，但最近的进展已经导致了更有针对性和合理的方法。对免疫系统的更深入理解使得开发更有效的疫苗配方成为可能。本综述概述了疫苗中使用的佐剂，从传统疫苗到COVID-19疫苗，重点关注它们的类型、对免疫反应的作用机制以及在疫苗配方中的作用。这些见解为选择适合传统和冠状病毒疫苗的佐剂奠定了基础。 了解各种佐剂对免疫反应的影响、它们与不同抗原类型和疫苗平台的协同作用，以及对这些佐剂的全面分析，将有助于选择提供必要免疫保护的佐剂。像基于铝的盐、TLR激动剂、乳液以及其他新型选项等佐剂具有独特的物理化学属性，显著影响免疫反应的强度、持续时间和类型。这些新型佐剂已经增强了流感疫苗和乙型肝炎和HPV疫苗。 随着COVID-19等新兴疾病的持续挑战和寻找更明确的治疗方法，开发安全有效的疫苗至关重要。更有信息的佐剂和抗原选择不仅能够增强对传统疫苗反应不佳的人群的保护，而且还可以开辟预防应用之外的新途径。这种方法在应对当前和未来的全球健康挑战中可能至关重要。 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 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摘要：疫苗是人类历史上最重要的发明之一，已经彻底改变了全球健康。通常，疫苗通过触发先天免疫反应和刺激抗原呈递细胞，引发针对特定病原体抗原的防御性适应性免疫反应。作为关键要素，佐剂是经常作为添加剂使用的化学物质，用于提高疫苗的效力和免疫原性。90多年来，佐剂一直是许多人类疫苗的重要组成部分，通过增强、调节和延长免疫反应来提高其效力。在这里，我们提供了一份及时且全面的佐剂历史发展和当前状态的综述，包括它们的分类、作用机制以及在不同疫苗中的作用。此外，我们对当前的许可程序进行了系统分析，并重点介绍了涉及疫苗佐剂的临床试验中的显著例子。展望未来，我们预计该领域的未来趋势，包括新佐剂配方的开发、创新佐剂的创造以及它们在系统疫苗学和疫苗输送的更广泛范围内的整合。文章认为，对生物化学、材料科学和疫苗免疫学的更深入理解对于推进疫苗技术至关重要。预计这些进步将带来更有效的疫苗的未来开发，能够对抗新兴传染病和增强公共卫生。 1.引言：疫苗佐剂的历史 疫苗佐剂研究领域自20世纪初诞生以来已显著进步（图1）。随着传染病的日益流行，免疫接种已成为限制其传播和减少相关伤害的最有效方法。然而，早期的疫苗往往证明是无效的，因为纯化的抗原本身无法引发足够强大的免疫反应。为了克服这一挑战，引入了佐剂的概念。佐剂是添加到疫苗中以增强其免疫原性，从而提高其效力的物质。 图1.疫苗佐剂发展的重大事件时间线。这一时间线展示了疫苗佐剂的逐步发展，从RNA和DNA等天然成分演变到合成工程佐剂。 现代佐剂的发展一直是一个缓慢而具有挑战性的过程。研究人员旨在创造既能够引发强烈免疫反应又保持安全有效的疫苗。这涉及到选择性地结合明确定义的分子和配方，并探索天然和合成化合物。正如图1所总结的，佐剂的组成随时间演变。它从早期的天然成分发展到当代的合成化合物。 尽管佐剂开发面临挑战，但目前有超过30种不同制造商的许可疫苗含有佐剂。铝盐是最早发现的佐剂，已被发现能够增强针对乙型肝炎、破伤风、白喉、百日咳和人类乳头瘤病毒等疾病的疫苗的免疫反应。铝盐的有效性归因于它们在注射部位形成储库、诱导炎症以及激活树突细胞和T细胞的能力。尽管铝盐在疫苗中使用已有七十多年，但其确切的免疫机制仍未完全理解。 20世纪90年代后期的佐剂发展包括油包水乳液。这些乳液有助于在较长时间内缓慢释放抗原，激活先天免疫系统，并诱导体液和细胞免疫反应。这种乳液的首次使用之一是在Fluad，这是一种针对65岁以上成年人的许可季节性流感疫苗。其他FDA许可的佐剂包括MF59（一种含角鲨烷、生物可降解油和表面活性剂的油包水乳液佐剂，用于流感疫苗）和AS03（由α-生育酚、角鲨烷和表面活性剂组成，用于H1N1流感疫苗和一些大流行流感疫苗）。AS01（一种脂质体和单磷脂A的混合物）已在RTS,S/AS01疟疾疫苗和带状疱疹疫苗中使用。 尽管许多其他佐剂在临床前模型中显示出高效力，但由于安全或耐受性问题，大多数尚未获得人类使用的许可。此外，包括铝盐、MF59和佐剂系统AS0佐剂在内的现有佐剂在人类中的作用分子机制仍不完全清楚。 2.佐剂的益处和效果 总体而言，疫苗佐剂在提高疫苗的有效性和可及性，以及减少全球传染病负担方面发挥着关键作用。它们的用途和其他实际应用如下（见图2）： 图2. 佐剂的潜在益处 1.缓解有限的疫苗供应：佐剂增强免疫反应，允许较少的疫苗剂量实现完全保护。这减轻了卫生系统的负担，并增加了那些无法接受多次剂量的人的可及性。佐剂还可以降低疫苗中必要的抗原剂量，从而可能减少副作用并增加可用性。例如，重组疫苗提供了显著的制造优势，但通常自身免疫原性较弱。将佐剂与重组大流行流感蛋白结合，可以大幅减少实现目标抗体水平所需的抗原量，从而显著增加生产能力。例如，AS03是一种油包水乳液佐剂，已在H1N1流感疫苗等疫苗中使用。它已被证明可以改善免疫反应，并允许抗原节约，这意味着可以使用较小量的疫苗抗原，同时仍然产生强烈的免疫反应，这有助于延长可用的疫苗供应。 2.快速启动免疫反应：佐剂刺激对疫苗抗原更强、更持久的反应，提供更好的保护。例如，将AS04佐剂加入GlaxoSmithKline（GSK）的乙肝抗原Fendrix中，实现了三剂方案减为两剂。Advax是一种基于δ-菊糖的佐剂，已被证明可以加速免疫反应。它激活先天免疫系统，并促进细胞因子和趋化因子的产生，这有助于增强适应性免疫反应。 3.扩大抗体反应：佐剂扩大对具有显著抗原漂移或株变异的病原体的抗体反应，对于流感、人类乳头瘤病毒（HPV）和疟疾寄生虫等疾病至关重要。例如，MF59是一种油包水乳液佐剂，已被证明可以增强细胞和体液免疫反应，并显著增加抗体滴度，改善抗体反应的质量。 4.加强抗体反应的幅度和功能性：佐剂不仅增加了抗体反应的幅度，还增加了它们的功能性、亲和力或免疫系统产生的功能性抗体数量。例如，AS04是一种将铝盐与单磷脂酸脂A（MPLA）结合的佐剂，MPLA是一种Toll样受体4激动剂。AS04已被证明可以增强抗体反应的幅度和功能性。它促进了高质量抗体的产生，包括增加抗体滴度和改善抗体亲和力和亲和力。 5.加强T细胞反应：正在开发新的疫苗候选物以改善T细胞反应，现有的人类使用批准的佐剂不能有效诱导这些反应。目标是诱导更有效的T辅助细胞参与，以优化抗体反应的质量和持久性，或诱导可以针对和消除细胞内病原体的效果CD4+或CD8+ T细胞。因此，新疫苗可能包括Toll样受体（TLRs）和其他先天免疫受体的激动剂，以促进T辅助细胞反应的产生。这种方法旨在克服传统佐剂的局限性，创造更有效的疫苗，可以提供长期保护，对抗更广泛的病原体。通过改善T细胞反应，这些疫苗也可能为免疫系统较弱的个体或对传统疫苗反应不佳的人提供益处。例如，CpG ODNs是含有特定免疫刺激性序列的合成DNA分子，作为Toll样受体9（TLR9）激动剂，已被证明通过促进抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞的激活和分化来增强T细胞反应。它们诱导Th1型免疫反应，导致T细胞增殖、细胞因子产生和细胞毒性T细胞活性增加。 6.开发新疫苗：佐剂在开发传统疫苗无效的疾病疫苗中至关重要，增强免疫反应并针对多种病原体株。它们可以增强对疫苗的免疫反应，并帮助针对病原体的多种株。例如，在流感疫苗的情况下，已使用佐剂创建可以针对不同流感病毒株提供更好保护的疫苗。此外，佐剂可用于开发针对尚未有效疫苗可用的病原体引起的疾病的疫苗，如HIV或疟疾。开发能够刺激针对这些病原体的强大和针对性免疫反应的佐剂是一个重要的研究领域。例如，在病毒样颗粒（VLP）佐剂中，VLP是自组装结构，模仿病毒的整体结构但缺乏病毒遗传物质，使它们无传染性。VLP可以作为抗原和佐剂。它们已被用于新疫苗的开发，以增强免疫反应，提高疫苗效力，并扩大对不同病毒株或亚型的免疫反应。 7.提高安全性：通过增强免疫反应，佐剂可以降低疫苗相关不良事件的风险。这是因为免疫系统能够更好地针对和消除抗原，降低可能导致副作用的过度免疫反应的风险。因此，在疫苗中使用佐剂已成为提高疫苗效力、安全性和可及性的重要策略。例如，病毒体是将病毒蛋白（如流感血凝素）纳入其结构的类脂质体颗粒。它们已被用作疫苗中的佐剂以提高安全性。病毒体提供了病毒的抗原性质，但没有传染性遗传物质，降低了疫苗相关不良事件的风险。病毒体佐剂已在流感和甲型肝炎等疾病的疫苗中使用。 3.佐剂的类别及其作用机制  在这一部分，我们讨论了典型的疫苗佐剂，包括它们的组成部分、功能机制、在疫苗中的应用以及它们的优点和缺点，以及与它们相关的挑战。 图3. 疫苗佐剂的类型 3.1.铝盐类佐剂 通常被称为明矾的铝盐类佐剂是第一种在许可的人类疫苗中使用的佐剂，并且仍然是使用最广泛的佐剂。它们由氢氧化铝、磷酸铝或两者的组合组成，已知能在注射部位形成储库，随时间缓慢释放疫苗抗原，从而产生更强和更持久的免疫反应。它们已被证明能增强对包括乙型肝炎、人类乳头瘤病毒（HPV）和肺炎球菌病疫苗在内的广泛抗原的免疫反应。由于它们经过验证的安全性记录、增强免疫反应的广谱能力以及易于制造，它们仍然是疫苗开发中一个有吸引力的选择。然而，人们对铝盐可能引起的不良反应，如注射部位的局部反应和罕见的过敏反应，也存在一些担忧。使用铝盐作为疫苗佐剂的好处通常大于风险。 铝盐类佐剂的确切作用机制尚未完全理解，但有几种提出的理论（图4a）。明矾作为佐剂之所以受欢迎的一个关键原因是它们能在注射部位形成储库。这个储库随时间缓慢释放疫苗抗原，使免疫系统长时间暴露于抗原。这种长时间暴露有助于增强免疫反应，导致更强和更持久的免疫力。 图4. 疫苗佐剂的作用机制。a) 基于铝盐的佐剂。b) 乳液佐剂。c) 基于TLR激动剂的佐剂。 此外，明矾还被认为是通过在注射部位诱导炎症来激活先天免疫系统。这种炎症被认为是由炎症体的激活触发的，炎症体是一种在先天免疫反应中起关键作用的蛋白质复合物。激活的炎症体释放促炎细胞因子，这有助于吸引免疫细胞到炎症部位并激活它们。 铝盐类佐剂还被认为是通过诱导促炎细胞因子的释放来激活树突状细胞，这些是专门呈递抗原给T细胞的免疫细胞，负责识别和攻击外来入侵者。铝盐类佐剂通过诱导释放促炎细胞因子，如IL-1β和TNF-α，吸引树突状细胞到注射部位并激活它们。反过来，树突状细胞促进效应T细胞的分化，这些细胞在诱导免疫中起着关键作用。 明矾还被认为是通过刺激CD4+ T细胞的分化和诱导B细胞产生抗体来发挥作用，这对于诱导免疫至关重要。这一过程是通过树突状细胞产生的IL-1β和IL-18来介导的，它们促进效应T细胞的分化。储库中抗原的缓慢释放也有助于延长B细胞对抗原的暴露，这可以增强抗体的产生。 总之，铝盐类佐剂通过在注射部位形成储库、激活炎症体、诱导促炎细胞因子的释放、吸引树突状细胞到注射部位以及增强B细胞产生抗体的作用来发挥作用。这些机制共同作用，增强了疫苗中抗原的免疫反应，提高了对目标疾病的保护。 3.2.无机纳米颗粒基佐剂 无机纳米颗粒基疫苗佐剂，如纳米铝、层状双氢氧化物（LDH）和纳米/介孔硅、纳米金刚石、量子点，已被研究其增强疫苗免疫反应的潜力。无机纳米颗粒提供了一个多功能的平台，用于表面修饰，允许精确控制大小和形状参数。这种多功能性有助于设计旨在引发特定免疫反应的定制结构。此外，这些纳米颗粒通常表现出强大的化学和物理化学稳定性，确保在储存和运输过程中不需要冷藏即可长时间保存。这些属性对于实际的疫苗部署和分发场景至关重要，特别是在资源有限的环境中，使它们成为储备疫苗以应对未来紧急需求的理想候选者。 无机纳米颗粒基疫苗佐剂的作用机制涉及它们与免疫系统的相互作用，以增强和调节对疫苗中抗原的免疫反应。无机纳米颗粒作为抗原的载体，确保它们有效地传递给抗原呈递细胞（APCs）。纳米颗粒被设计为被APCs，如树突状细胞和巨噬细胞，有效摄取。这种摄取是通过纳米颗粒的大小、表面电荷和表面修饰来促进的。一些无机纳米颗粒佐剂，如基于铝的佐剂，会在注射部位引起局部炎症。这吸引免疫细胞到该部位，并促进APCs的招募。无机纳米颗粒佐剂有助于发展持久的免疫记忆。这确保了免疫系统“记住”遇到的抗原，在随后暴露于病原体时提供保护。 其中，具有纳米纤维形态的γ相氧化铝水合物纳米颗粒（γ-AlOOH）被制备并用作人结核杆菌水热提取物的传递系统。由于其独特的介孔纤维结构，合成的γ-AlOOH显著增强了巨噬细胞样细胞的细胞摄取，与商业明矾相比增加了约两倍。 介孔硅具有有序的多孔结构，孔径在介孔范围内（2至50纳米）。这种结构提供了大的表面积和可调节的属性，使其适合于各种应用，包括药物传递和疫苗佐剂。介孔硅的表面可以被修饰以定制其属性，用于特定的疫苗配方和应用。介孔硅也可以被用来封装免疫调节剂，进一步增强佐剂效果。例如，无定形硅可以用作疫苗佐剂以增强免疫反应。纳米级和微米级硅都促进了髓系细胞中NLRP3炎症体的激活，而只有纳米级硅在角质形成细胞中激活了炎症体。 层状双氢氧化物（LDHs）是一种具有正电荷的类水镁石层和层间阴离子的材料，为包括药物传递和免疫调节在内的各种应用提供了独特的结构。由于其层状结构，LDHs对抗原具有高负载能力。LDHs可以设计成以控制的方式释放抗原，促进持久和延长的免疫反应。LDHs还可以表面修饰以整合额外的功能，如靶向配体或免疫调节剂，以进一步定制其性能。 总之，无机纳米颗粒作为疫苗佐剂是一个活跃的研究领域，它们在疫苗开发中的应用有望增强免疫反应，提高疫苗的整体有效性。 3.3.乳液佐剂 当两种液体混合在一起时，如果它们不能形成均匀混合物，就会形成乳液。抗原包含在这些水滴中，油则作为储库，缓慢释放抗原，并通过减少清除时间和延长抗原暴露来增强免疫反应。乳液是另一种已开发用于增强疫苗免疫反应的疫苗佐剂。乳液由两种不相溶的液体组成，通常是一个油相和一个水相，由表面活性剂稳定。乳液通过在油相中形成小的抗原滴液，然后将它们分散在整个水相中。 最早获得人类疫苗批准的水包油佐剂之一是MF59，它包含角鲨烷、聚山梨醇酯80、三油酸山道醇酯和脱水柠檬酸钠。MF59诱导ATP释放，并上调细胞因子和趋化因子以增强疫苗接种部位的抗原特异性免疫反应。它已被证明是安全且耐受性良好的。另一种基于水包油乳液的佐剂是AS03，它包含表面活性剂聚山梨醇酯80和两种可生物降解的油，角鲨烷和DL-α-生育酚。欧洲委员会在2009年为AS03佐剂的Pandemrix授权上市，2013年FDA批准了AS03佐剂的流感A（H5N1）单价疫苗。AS03已越来越多地用于流感和疟疾疫苗。 乳液已被用于各种疫苗中，包括流感、乙型肝炎和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗。它们提高了疫苗的效力，特别是在可能对传统疫苗反应不佳的人群中，如老年人或免疫功能低下的个体。乳液佐剂通过几种机制增强对疫苗的免疫反应。图4b提出了几种理解基于乳液的佐剂如何工作的机制： 一个主要机制是抗原的缓慢释放延长了时间。乳液滴液的小尺寸允许延长的表面积体积比，这增强了抗原的呈现和抗原呈递细胞的摄取。这种抗原的缓慢释放可以在更长的时间内激活免疫系统，从而产生更强大和更持久的免疫反应。 乳液佐剂还激活了先天免疫系统。乳液滴液被免疫系统识别为异物，导致激活如树突状细胞、巨噬细胞和单核细胞等抗原呈递细胞。然后这些细胞产生促炎细胞因子和趋化因子的复合物，如TNF-α和IL-1β，这进一步激活免疫系统并吸引免疫细胞到注射部位，并形成一个免疫能力环境，以增强抗原向引流淋巴结的运输。 乳液佐剂的另一个重要机制是它们能够诱导体液和细胞免疫反应。乳液滴液可以被抗原呈递细胞摄取，然后将抗原呈递给T细胞和B细胞。T细胞负责直接攻击感染的细胞，而B细胞产生可以中和病原体的抗体。乳液佐剂已被证明可以激活T细胞和B细胞，导致更全面的免疫反应。 总之，乳液佐剂已成为疫苗开发中的重要工具。它们通过几种机制增强对疫苗的免疫反应，包括缓慢释放抗原、激活先天免疫系统以及诱导体液和细胞免疫反应。 3.4.Toll样受体（TLR）激动剂 Toll样受体（TLRs）是一种模式识别受体，对入侵病原体的先天免疫反应至关重要。TLRs是跨膜受体，主要由先天免疫系统的细胞表达。这些受体分为两组：细胞表面TLRs（TLR1、TLR2、TLR4、TLR5和TLR6）和细胞内TLRs（TLR3、TLR7、TLR8和TLR9），它们表达在内体膜上。每个TLR都包含一个跨膜域、一个富含亮氨酸的重复（LRR）段，该段识别病原体相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs），以及一个Toll/白介素-1受体（TIR）域，该域启动下游信号转导并诱导炎症反应。因此，TLRs是佐剂刺激有效免疫反应的有吸引力的靶点，提供对病原体的长期保护。Toll样受体（TLR）激动剂作为疫苗中的佐剂对生命威胁和复杂疾病（如癌症、艾滋病和疟疾）非常有前景。 CpG寡脱氧核苷酸（ODNs）是含有磷酸硫酯骨架的合成DNA分子，其中包含未甲基化的CpG基序。图4c描述了基于TRL的佐剂如何起作用：CpG ODN是一种有效的佐剂，诱导1型辅助T（Th1）反应，并促进细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的产生和干扰素-γ（IFN-γ）的分泌。CpG ODN通过TLR9激活增强了对抗原的特异性体液和细胞免疫反应。由于其独特的特性，CpG ODN可以作为通过肌肉注射、皮下、口服和鼻内途径的疫苗佐剂。作为有效的疫苗佐剂，CpG ODN可以促进抗原的免疫刺激效应，激活抗原呈递细胞（APCs），并加速免疫反应。CpG ODNs促进浆细胞样树突状细胞（pDCs）上主要组织相容性复合体（MHC）、CD40和CD86的表达，并增强抗原处理，导致强大和持久的免疫反应。 3.5.脂质体 脂质体是一种疫苗佐剂，由磷脂和胆固醇组成，是能够包裹抗原和其他免疫刺激性分子的小球形结构。它们是可生物降解的、生物相容的，并且允许进行多样化的结构修改，以实现可调节的特性和毒性。脂质体可用于将抗原传递给抗原呈递细胞，如树突状细胞，这些细胞可以激活免疫系统。此外，脂质体能够增强体液和细胞免疫反应，诱导对清除细胞内病原体和增强抗体反应至关重要的Th1偏向反应，使它们成为疫苗开发中具有吸引力的佐剂。脂质体的一个独特特性是它们能够被修改以针对特定的细胞类型。它们可以被修饰以带有针对树突状细胞上特定受体的抗体或肽，增加脂质体包裹的抗原的摄取。脂质体还可用于共同传递多种抗原或免疫刺激性分子，从而引发更强大的免疫反应，特别是对于可能需要多种抗原才能诱导保护性免疫反应的复杂病原体。 AS01是一种基于脂质体的佐剂系统，包含两种免疫刺激性剂，3-O-去酰基-4'-单磷脂A（MPL）和QS-212。使用AS01佐剂的疫苗包括新开发的疟疾疫苗RTS, S（Mosquirix），以及针对带状疱疹（HZ/su）、HIV和结核病的疫苗候选物。AS01可以促进产生抗原特异性抗体和抗原特异性CD4+ T细胞，这与其他佐剂不同。 3.6.其他佐剂 细胞因子——细胞因子是一类在免疫反应中起重要作用的信号分子。它们由免疫系统的各种细胞分泌，并作用于特定受体以介导一系列生物学功能，如炎症、细胞增殖和分化。根据它们的结构和功能，细胞因子可以分为不同的类别，包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子和趋化因子。 聚合物——另一方面，聚合物是由共价键连接的重复单元组成的化合物。它们可以是天然的或合成的，在材料科学、医学和生物技术中有广泛的应用。在疫苗方面，聚合物可以用作载体，创建缓慢释放的储库，在其大的交联结构中包含抗原和其他免疫调节剂。这导致持续的抗原呈现和免疫系统的激活，可以导致更强和更持久的免疫反应。 皂苷——皂苷是具有两亲性质的天然化合物，即它们既有亲水区也有疏水区。它们在传统医学中已被使用数百年，并且有许多潜在的药物应用，包括作为疫苗中的佐剂。皂苷可以通过刺激树突状细胞等抗原呈递细胞以及促进细胞因子和趋化因子的产生来增强免疫反应。皂苷基佐剂的一个例子是QS-21，它与MPL（单磷脂A）一起在AS01佐剂系统中使用。AS01是一种有效的佐剂，已用于开发针对疟疾、结核病和带状疱疹等疾病的疫苗。 病毒体——病毒体由磷脂和病毒包膜蛋白组成，通常来源于不引起人类疾病的病毒。病毒包膜蛋白提供了一个免疫原性表面，可以激活免疫系统，而磷脂有助于稳定病毒体结构并增加其被抗原呈递细胞的摄取。 4.各种疫苗及其佐剂的作用 在本节中，我们讨论了佐剂在各种疫苗中的作用。图5总结了目前主要的已确认疫苗和正在开发的方法。这些包括全病毒疫苗（如减毒活病毒、灭活病毒和病毒载体疫苗）、亚单位疫苗和核酸疫苗（包括pDNA和mRNA）。 图5. 各种疫苗及其佐剂的总结 4.1.灭活疫苗 灭活疫苗通常由病毒感染的细胞生产而成，并经过灭活处理，确保病毒不再具有传染性，但保留了其抗原特性，使其能够用于产生免疫反应。可以向灭活疫苗中添加佐剂以增强免疫反应。铝盐，如氢氧化铝和磷酸铝，是灭活疫苗中最常用的佐剂。它们通过将抗原吸附到其表面来增强免疫反应，这允许抗原缓慢释放，并在更长时间内刺激免疫系统。灭活疫苗中使用的其他佐剂包括MF59、AS03和AS04。MF59是一种油包水乳液，通过在注射部位创建抗原库以及刺激先天免疫系统来增强免疫反应。这些佐剂已在H1N1流感疫苗和人类乳头瘤病毒（HPV）疫苗等疫苗中使用。在一项研究中，含铝佐剂的CoronaVac灭活疫苗对SARS-CoV-2显示出高效的中和效果。 4.2.减毒活病毒疫苗 减毒活病毒疫苗由于其在注射后能够在宿主系统中迅速扩增，从而实现有效的免疫接种，已成为一种成功的免疫策略。减毒活病毒疫苗是病毒的减弱形式，能够在体内复制但不会引起疾病。因此，它们能够引发强烈且持久的免疫反应。通常不与减毒活病毒疫苗一起使用佐剂，因为疫苗本身就是一种强烈的免疫刺激剂。然而，一些研究已经探索了在减毒活病毒疫苗中使用佐剂以可能增强其有效性。一个例子是使用油包水乳液MF59作为减毒流感疫苗的佐剂，已被证明可以改善老年人的免疫反应。然而，需要更多的研究来确定佐剂与减毒活病毒疫苗的安全性和有效性。 4.3.病毒载体疫苗 复制能力和非复制能力的腺病毒载体通常被用来表达其他病毒蛋白的抗原以进行免疫接种。可以与病毒载体疫苗一起使用佐剂来增强疫苗产生的免疫反应。例如，牛津-阿斯利康COVID-19疫苗是一种病毒载体疫苗，它使用一种弱化的黑猩猩腺病毒来传递SARS-CoV-2刺突蛋白的遗传物质。这种疫苗含有一种名为AS03的佐剂，这是一种由角鲨烷（一种天然油）、聚山梨醇酯80（一种洗涤剂）和维生素E组成的混合物。 4.4.病毒样颗粒疫苗 在这种策略中，结构病毒蛋白被共同表达以形成非感染性颗粒作为疫苗免疫原。它们类似于真正的病毒颗粒，但缺乏病毒基因组。在细胞中生产VLPs，然后进一步重建为稳定和免疫原性形式，是一个多阶段过程。可以在病毒样颗粒疫苗中使用佐剂来增强免疫反应并提高疫苗效果。病毒样颗粒疫苗中常用的佐剂包括铝盐、MF59（油包水乳液）和CpG寡核苷酸（TLR-9激动剂）。这些佐剂刺激免疫系统对VLP疫苗产生更强大和更持久的反应。在某些情况下，VLP本身可以作为佐剂，因为它已被证明可以通过多种途径刺激免疫系统。总的来说，在VLP疫苗中使用佐剂可以帮助增加其效力，减少所需剂量，并提高疫苗覆盖率。 4.5.DNA疫苗 DNA疫苗使用DNA质粒作为载体，将编码抗原的基因转移到宿主细胞中，特别是抗原呈递细胞。这些疫苗的基本原理依赖于将遗传物质传递到细胞核中，激活载体中的哺乳动物启动子，并通过宿主细胞机制启动目标基因的转录。然而，与其他疫苗类型相比，DNA疫苗通常具有有限的免疫原性，这可能限制了它们的有效性。佐剂可以帮助克服这一限制，通过增强对编码抗原的免疫反应。在DNA疫苗中已测试了各种佐剂，包括铝、CpG寡脱氧核苷酸（CpG ODNs）和脂质体。铝已被证明可以增强小鼠对DNA疫苗的免疫反应，但在人类试验中的成功有限。CpG ODNs是模拟细菌DNA的合成分子，可以通过与免疫细胞上的Toll样受体（TLRs）相互作用来激活免疫系统。脂质体是小的脂质囊泡，可以包裹DNA和佐剂，并将它们直接传递给抗原呈递细胞。基于脂质体的佐剂在DNA疫苗的临床前研究中显示出前景。 4.6.mRNA疫苗 mRNA疫苗涉及将mRNA分子直接注射到宿主细胞中，然后在细胞质中翻译成目标蛋白。这些疫苗通常包含一个带有3'聚腺苷酸尾部的开放阅读框（ORF），可以刺激细胞和体液免疫反应。与传统疫苗相比，mRNA疫苗提供了许多优势，如安全性、灵活性、可扩展性和成本效益。mRNA疫苗通常不需要佐剂，因为mRNA分子本身会刺激免疫系统。例如，针对COVID-19的mRNA疫苗使用脂质纳米颗粒传递系统来保护mRNA并促进其进入细胞，但这种传递系统在传统意义上不被视为佐剂。然而，一些研究正在进行中，以探索在mRNA疫苗中使用佐剂以增强其有效性，特别是对于可能对疫苗有较弱免疫反应的某些人群，如老年人。 4.7.基于蛋白质亚单位的疫苗 基于蛋白质亚单位的疫苗只包含来自病原体的特定蛋白质或蛋白质，而不是整个病原体。佐剂通常与基于蛋白质亚单位的疫苗一起使用，以通过增加对蛋白质抗原的免疫反应来增强其有效性。铝盐（如氢氧化铝）是用于基于蛋白质亚单位疫苗的最常用佐剂，因为它们已被证明可以增强对抗原的抗体反应。其他佐剂，如MF59（油包水乳液）、AS03（角鲨烷油包水乳液）和AS04（氢氧化铝和MPL），也已在基于蛋白质亚单位疫苗中使用，以提高其免疫原性。此外，正在研究使用Toll样受体激动剂等新型佐剂与基于蛋白质亚单位疫苗一起使用，以进一步增强其免疫反应。 5.疫苗佐剂的临床试验和许可 开发一种含有佐剂的疫苗是一项艰巨的任务，可能需要数年时间，因为必须确保疫苗的每个组成部分单独和组合时都是兼容的。美国食品和药物管理局下属的生物制品评估和研究中心（CBER）发布了一份指南，以促进新疫苗配方的开发，以应对开发针对传染病疫苗的迫切需求（见图6）。该指南建议从使用适当的动物模型进行临床前测试开始，以评估配方的安全性和免疫原性，包括佐剂对免疫反应的作用。必须包括仅含佐剂和抗原的对照组，以提供佐剂效应的证据。免疫原性评估可能包括体液和细胞反应，如果疾病有动物模型，则可以获得初步的保护效果信息。在临床前测试和疫苗配方的良好生产规范（GMP）生产之后，开始进行人体临床试验。 图6. 疫苗发展的演变阶段 第一阶段研究评估健康个体的安全性和剂量，并获得初步的免疫原性信息。第二阶段a试验涉及数百名志愿者，以评估免疫原性、耐受性和安全性。当测试进入第二阶段b/第三阶段时，重点是确定疫苗目标人群中的免疫原性和效力，随着涉及的志愿者人数增加，研究持续时间也会增加。 在确认疫苗的安全性和效力后，可以对其进行许可和市场推广。然而，配方在第四阶段进行上市后安全性监测，以评估其他罕见的不良反应。这些活动旨在确保根据安全监测结果采取适当的行动。监管机构严格应用药物警戒流程，以评估许可后出现的潜在安全信号。然而，尽管许可后有大量安全信息，但试图建立与疫苗接种的因果关系的评估研究可能是复杂的且结论不一。 曾有疫苗在许可后因证明疫苗与不良事件之间存在因果关系或效力不足而撤回，这改变了风险-效益比。尽管也有例子表明疫苗接种与不良事件之间的所谓因果关系被证明是没有根据的。疫苗制造商和监管机构在安全信号监测或报告新的重要不良事件时采取迅速行动。他们迅速将证据传达给医疗专业人员和公众，以便就当前的风险-效益概况做出明智的决策。 6.疫苗佐剂的临床试验示例 6.1.乳液 MF59是开发疫苗以引发针对HIV的特异性体液和细胞免疫反应的一个例子，这对于预防HIV感染是可取的。在第一阶段临床试验中，研究了使用DNA进行初步免疫，然后用MF59佐剂的重组包膜糖蛋白进行增强的组合疫苗方案，以研究该组合HIV疫苗方案在未感染HIV的成年人中的安全性和免疫反应。此外，灭活流感A/H9N2疫苗有无MF59佐剂在门诊成人中的第二阶段临床试验正在进行，以评估4种不同剂量的纯化单价表面抗原（SA）流感A/H9N2病毒疫苗有无MF59佐剂的安全性，并肌肉注射给门诊成人。Montanide ISA 51和Montanide ISA 720是两种已在临床研究中调查的水包油乳液佐剂。它们具有不同的油对水比例。Montanide ISA 51已在疟疾疫苗的第一阶段和流感疫苗的第二阶段研究中进行了评估，并已在古巴的肺疗疫苗中获得许可。Montanide ISA 720已在疟疾疫苗的第二阶段临床试验中进行了测试。这两种佐剂都已被证明可以促进有效的免疫反应，特别是增强特定的细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应。然而，观察到短暂的副作用，如发烧、头痛或类似流感的症状，尽管两者似乎都能很好地耐受。AS03佐剂在赛诺菲H1N1流感疫苗中的使用，在健康成人和老年人群的不同剂量水平下进行，以查看身体对不同强度的H1N1流感疫苗的反应，当它在有无“佐剂”的情况下给予时。这项研究还将比较年龄如何影响身体对H1N1流感疫苗的反应。 6.2.基于铝的佐剂 在第一阶段临床试验中，评估了默克0657nI金黄色葡萄球菌疫苗单剂量的安全性、耐受性和免疫原性，有无默克铝佐剂。此外，还评估了MN重组可溶性gp120/HIV-1（MN rsgp120/HIV-1）与QS21有无铝的安全性和免疫原性的扩展评估，在第一阶段试验中进行了评估。 6.3.基于脂质的佐剂 基于脂质的材料已被用作疫苗佐剂，因为其独特的囊泡结构被发现非常适合包裹各种生物活性物质，如DNA和脂肪酸。在早期，科学家们专注于脂质A，LPS的疏水锚，它被认为是一种有效的佐剂，可以显著增加体液和细胞免疫反应。然而，基于脂质A的佐剂由于其高毒性，被认为不适合人类疫苗。相反，GLA-SE和GLA-AF，都是脂质A类似物，已被发现在增强对H5N1的保护方面特别有效，毒性低，副作用有限。GLA-AF也已作为乳液在许多疫苗中作为替代品进行了测试，最值得注意的是在大流行流感中。 6.4.基于Toll样受体（TLR）激动剂的佐剂 TLR3激动剂Poly-ICLC已在黑色素瘤患者的疫苗佐剂安全性研究中进行了研究。这是一项TLR3激动剂Poly-ICLC作为NY-ESO-1蛋白疫苗佐剂治疗高风险黑色素瘤患者的第一阶段开放标签剂量递增研究。疫苗佐剂治疗的目标是训练内源性免疫系统识别和针对最小残留疾病。 6.5.皂苷 基于皂苷的OPT-821已在三价神经节苷脂中用于临床第三阶段试验中的三阴性肉瘤患者。如果三价疫苗能刺激患者的免疫系统产生抗体，识别并针对GM2、GD2和GM3糖，则患者的抗体可能会攻击并杀死任何剩余的肉瘤细胞，可能防止肉瘤复发。MatrixMTM也在大流行流感和RSV疫苗的第一阶段和第二阶段临床试验中进行了测试，并显示出安全和良好耐受性，增强了体液和细胞免疫反应。其他基于皂苷的佐剂，如QS-21，已在癌症疫苗和传染病疫苗的临床试验中进行了评估，并显示出诱导强烈的免疫反应和提高疫苗效力。然而，它们的复杂结构和可变组成可能会影响它们的一致性和可重复性，它们潜在的毒性和溶血活性需要在dLNs的临床前和临床研究中仔细评估。由MPL和QS-21组成的AS02正在进行疟疾疫苗的第二阶段试验。 6.6.核苷酸 CpG ODN、dsRNA和IL-12 DNA等佐剂成分是激活模式识别受体（PRRs）以刺激免疫反应的核苷酸基佐剂的例子。例如，dsRNA可以分泌IFN-a和IFN-c等细胞因子，通过TLR3、MDA-5和NLRP3炎症体信号传导，目前正在流感和狂犬病疫苗的临床试验中进行。用IL-12 DNA佐剂的DNA疫苗被引入以提供针对广泛HIV变体的高效保护，最近的试验表明它们耐受性良好，可以增强免疫反应。Pika佐剂是另一种核苷酸基佐剂，是dsRNA的合成类似物，用卡那霉素和钙稳定，促进干扰素、IL-2和IL-12的产生。这种佐剂可以将主要产生体液免疫的预防性疫苗转变为具有强大细胞免疫的治疗性疫苗。 6.7.细胞因子 在最近的研究中，分子佐剂已被证明能有效刺激免疫反应，特别是在亚单位疫苗中。例如，IL-2和GM-CSF细胞因子已在针对口蹄疫的疫苗中进行了研究，GM-CSF目前正在乙型肝炎和HIV疫苗中进行评估。其佐剂效应归因于其促进巨噬细胞分化和增殖的能力，以及激活抗原呈递细胞。同样，IL-12和IL-15已被作为HIV疫苗的佐剂在第一阶段临床试验中使用。这些细胞因子已证明能够刺激NK细胞和T细胞增殖。 6.8.病毒体 病毒体是包膜的病毒样颗粒，已在欧洲获得许可，用于针对甲型肝炎和流感的疫苗，并已在恶性疟和慢性丙型肝炎疫苗的临床试验中使用。 6.9.肽 肽，MUC1-poly-ICLC疫苗正在第二阶段试验中进行测试，旨在评估MUC1疫苗在增加患结直肠癌风险的受试者中的抗体和T细胞反应，这些受试者有晚期腺瘤的病史。MUC1-poly-ICLC疫苗正在开发中，以防止息肉发展成结肠癌，并防止息肉复发，这有助于体内免疫系统识别MUC1的变化，这些变化伴随着癌症的进展，并消除产生异常的细胞1。 6.10.其他 其他形式的佐剂也在临床试验中进行调查。一项针对研究性PIKA（基于聚肌苷酸-聚胞苷酸的佐剂）狂犬病疫苗的第一阶段临床研究，包括灭活和纯化的狂犬病病毒和PIKA佐剂，是为了评估疫苗组合在健康成年志愿者中的临床安全性，并根据加速疫苗方案评估疫苗的效力。Mayo Clinic与Agri-King Corporation合作开发了一种名为AKSB（Agri-King Synbiotic）的新型合生元。AKSB在65岁以上正常人类志愿者中进行的第一阶段安慰剂对照试验，旨在研究当患者同时接受流感疫苗时这种益生菌的安全性。磷酸钙，以羟基磷灰石的形式，已在法国获得许可，用于白喉、破伤风、百日咳和脊髓灰质炎疫苗。磷酸钙被认为是人体内的天然化合物，并且耐受性良好，使其成为可能替代铝佐剂的潜在替代品，后者可能有不良副作用。作为TLR5配体的细菌鞭毛蛋白也显示出佐剂效应，导致混合的Th1和Th2反应。在临床试验中，一种双价P. aeruginosa鞭毛蛋白佐剂疫苗帮助囊性纤维化患者降低了感染P. aeruginosa的风险。多糖是另一种可能的佐剂，可以增强疫苗的免疫反应，并促进细胞免疫、体液免疫和粘膜免疫。还有一些新型佐剂结合了上述几种佐剂，有效成分协同作用以产生最佳免疫反应。 7.针对COVID-19的疫苗佐剂 COVID-19大流行凸显了需要一种安全有效的疫苗来控制SARS-CoV-2病毒的传播。开发理想的疫苗需要广泛的研究和资源，以确保它满足当前情况的需求。疫苗旨在诱导保护性免疫反应，可以预防或减轻病毒感染的严重程度。 7.1.COVID-19疫苗中佐剂的好处 在COVID-19疫苗中使用佐剂有几个原因/动机：1)一个有效的COVID-19疫苗的主要要求之一是其能够刺激强大的免疫反应，能够产生高水平的中和抗体。为了实现这一点，疫苗可能需要多剂或佐剂。佐剂可以帮助减少疫苗中所需的抗原量，从而降低其成本。2)在SARS-CoV-2疫苗中加入合适的佐剂可以通过减少产生保护性免疫反应所需的抗原量来满足这些要求。疫苗的生产和分配应该是成本效益和可扩展的，以满足压倒性的需求。由于大流行影响了世界上大多数国家，因此迫切需要一种可以快速高效生产和分发的疫苗。3)此外，佐剂还可以通过提供持久的免疫反应和扩大其对不同病毒株的保护范围来增强疫苗的效力。因此，针对COVID-19的佐剂疫苗的研究和开发对于开发一种安全、有效和具有成本效益的疫苗以控制大流行至关重要。 7.2.针对Covid-19的许可佐剂和候选物。 NVX-CoV2373是由Novavax开发的有希望的疫苗候选物，用于预防COVID-19。它是一种基于蛋白质的疫苗，是使用导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒的第一株的基因序列创建的。S蛋白是COVID-19疫苗的关键靶点，因为它是病毒附着和感染人类细胞的主要手段。为了增强免疫反应并刺激高水平的中和抗体，NVX-CoV2373与Novavax的专利皂苷基Matrix-M™佐剂配方。这种佐剂经过广泛测试，并已证明通过刺激抗原呈递细胞进入注射部位并在局部淋巴结中增强抗原呈递，从而增强免疫反应，具有强大且耐受良好的效果。这种基于蛋白质的疫苗候选物旨在教会免疫系统如何识别和对抗SARS-CoV-2病毒，提供针对COVID-19的保护。临床试验表明，NVX-CoV2373在预防COVID-19方面非常有效，总体有效率高达90%以上。获批后，NVX-CoV2373在抗击COVID-19中可能发挥关键作用，特别是在其他疫苗可能不太容易获得或有效的地区。世界上已经授权了几种COVID-19疫苗用于紧急使用，其中一些使用了佐剂。例如，AstraZeneca COVID-19疫苗使用MF59佐剂，这是一种角鲨烷油的水包油乳液，以增强疫苗的免疫反应。Sinovac COVID-19疫苗使用铝佐剂，这是一种帮助增强免疫反应的铝盐。 8.新型疫苗佐剂的发展 8.1.新型佐剂的设计原则 为了开发有效的佐剂疫苗，了解佐剂的工作原理并遵循一些设计原则非常重要。问题导向原则涉及考虑四个主要问题：(1)预防特定病原体引起的疾病所需的免疫反应类型，(2)能够诱导所需免疫反应的相关固有免疫细胞，(3)这些固有细胞亚群在体内的定位，以及(4)这些细胞上模式识别受体（PRRs）的表达。基于这些问题，在设计疫苗佐剂时需要考虑四个步骤。首先，应该确定疫苗效力在宿主中所需的免疫效应元素类型。这应该考虑到抗原类型、目标细胞亚群和表型、免疫途径，以指导选择传递系统和免疫刺激剂。由于PRRs是产生有效疫苗生成的关键靶点，因此在设计疫苗佐剂时，评估相关固有免疫细胞在体内的定位和目标细胞上的PRR表达非常重要。不同的PRR信号通路可能被用来开发针对不同侵略的定制响应。其次，合适的疫苗抗原的确定应该基于对免疫识别和保护的分子机制的理解。合适的抗原还应该能够在目标人群中实现疫苗诱导的响应。此外，疫苗必须向适当的细胞群体呈现足够数量的正确构象的抗原，以诱导免疫反应保护，同时考虑诱导的炎症反应的耐受性和安全性。第三，佐剂需要一个传递系统，无论是合成的还是天然的。这需要设计感兴趣的抗原的适当传递方式，结合相关的免疫刺激剂。第四，疫苗和佐剂的制备过程应该简单。例如，如果不需要特殊的乳化剂，生产过程就更加简单。如果佐剂与抗原的比例较低，可能会增加疫苗改进的范围。 8.2.新型疫苗的佐剂配方 已经为已获许可产品中包含的佐剂建立了几种配方方法。这些包括用作吸附剂的不溶性铝盐、易于注射的低油含量、油包水乳液和脂质体传递系统。虽然成分不同，但这些系统有一些显著的相似之处，因为它们都是作为纳米颗粒制造的。此外，这些系统可以作为抗原和免疫增强剂（包括TLR激动剂）的有效“传递系统”。适当选择佐剂的免疫刺激剂和配方组分对于诱导适当的免疫反应以控制目标病原体至关重要。同一免疫调节分子的不同配方可能会诱导大不相同的免疫反应，正如在疟疾疫苗计划中所证明的。例如，用AS02配方的RTS,S疫苗候选物保护了七个疫苗接种者中的六个免受感染，而相同的抗原与AS03或AS04分别只保护了七个中的两个或八个中的一个。为了构建改进的佐剂，确保每个组分都是必要的，并增加明确的价值，同时不引入重大的不合理责任至关重要。AS01目前在获许可产品中包含的最成功的佐剂，对带状疱疹的有效性>97%。AS01佐剂的开发基于两个关键组分，MPL和QS-21，当一起使用时会产生固有激活的协同作用。这种协同作用不能单独使用任一分子实现，并且开发了一种脂质体传递系统，将两种免疫增强剂共同传递给相同的免疫细胞群体。此外，脂质体配方在减少QS-21诱导显著局部和全身反应原性的潜力方面也是有效的。然而，新型系统疫苗学方法可以用来识别新的佐剂途径和配方，这些可以用来设计下一代佐剂。 8.3.推进系统疫苗学 Bali等人提出了一种基于系统疫苗学的跨学科方法，以加速临床中佐剂的发现和开发，该方法涉及早期使用人类研究来生成“组学”数据，这些数据可以用来制定关于候选佐剂如何刺激强大和持久的抗原特异性T和B细胞反应的新假设。然后可以在动物模型中重新测试这些假设，随之而来的机制见解可以用来设计新的佐剂概念。所提出的佐剂开发框架更加强调在它们的发展管道早期进行许多潜在佐剂概念的小型临床试验（0/I期），这可以快速测试新的佐剂并使用系统疫苗学方法获得机制见解。此外，系统疫苗学方法可以用来定义佐剂的作用机制，以及配方的作用基础机制，疫苗接种后不久发生的不良反应的潜在机制，以及疫苗传递的最佳配方的合理设计。总的来说，这种基于系统疫苗学的跨学科方法有潜力转变佐剂科学，并为疫苗中使用的新佐剂的开发注入活力。 8.4.非侵入性疫苗传递 非侵入性疫苗传递研究是一个关键焦点，可能对全球大规模疫苗接种活动产生重大影响。开发安全、有效、低成本的疫苗配方和佐剂，以产生期望的免疫反应和长期免疫，是一个优先事项。广泛的研究已经导致了几种新的佐剂的开发，这些佐剂目前正在临床试验中或已获许可。一个研究领域集中在开发安全并提高非侵入性传递疫苗效力的含脂佐剂。然而，需要更多关于佐剂分子刺激后细胞表面受体之间相互作用的信息，以及这些佐剂与现有或新型配方的兼容性。随着我们对免疫保护所涉及的分子机制的理解提高和合成化学中的新方法的发展，预计疫苗开发将取得突破。新的技术，如新的糖苷共轭方法、反向疫苗学和下一代测序技术，应该能够为带状疱疹病毒、百日咳毒素、莱姆螺旋体病和HPV等疾病带来新的疫苗策略，无论是否使用佐剂。研究界旨在通过引入新的免疫刺激剂和结合效力、持久记忆免疫反应和安全性的新型传递系统，确保高水平的广泛保护。这种新方法将不再仅仅依赖于结构疫苗学，因为目标表位的变异性和新病原体和肿瘤抗原的不断出现。 9.结论和展望 佐剂在疫苗开发中发挥了近一个世纪的关键作用，增强了免疫原性。最初，佐剂的选择主要是经验性的，但最近的进展导致了更有针对性和合理的方法。对免疫系统的更深入理解使更有效的疫苗配方的开发成为可能。本综述概述了疫苗中使用的佐剂，从传统到COVID-19疫苗，重点关注它们的类型、对免疫反应的作用机制，以及它们在疫苗配方中的作用。这些见解为选择适合传统和冠状病毒疫苗的佐剂奠定了基础。 了解各种佐剂对免疫反应的影响、它们与不同类型的抗原和疫苗平台的协同作用，以及对这些佐剂的全面分析，将有助于选择提供必要免疫保护的佐剂。像基于铝的盐、TLR激动剂、乳液和其他新型选择的佐剂具有独特的理化性质，显著影响免疫反应的强度、持续时间和类型。这些新型佐剂已经增强了流感疫苗和乙型肝炎和HPV疫苗。 随着COVID-19等新兴疾病的持续挑战以及寻找更明确的治疗方法，开发安全有效的疫苗至关重要。更有信息的佐剂和抗原选择不仅可以增强对传统疫苗反应不佳的人群的保护，还可以开辟预防应用之外的新途径。这种方法在应对当前和未来的全球健康挑战中可能至关重要。 为了推动人用及兽用疫苗行业交流，共同探讨该领域的最新研发进展、产业化现状及未来发展趋势，生物制品圈联合四叶草会展将于2024年8月16日-17日在苏州共同举办“第三届新型疫苗研发峰会”。诚邀全国相关领域专家、学者和企业家共享学术盛会。现将有关事宜通知如下。 名称：2024第三届新型疫苗研发峰会 时间：2024年8月16-17日（周五-周六） 地点：苏州（酒店定向通知） 主办单位：四叶草会展、生物制品圈 媒体支持：药时空、抗体圈、细胞基因研究圈 会议费用：点击二维码即可查询。 报名方式：扫描下方二维码→ 填写表格 → 报名成功（报名志愿者，免交报名费，承担一定工作任务）！ 转发分享福利：疫苗研发企业、科研院校和监管机构人员，前30位报名人员转发分享会议信息可免费参会（不含餐饮）报名后，扫描下方二维码加工作人员微信后，发送截图即可。 组委会获得报名信息后，根据报名信息进行初筛，并进一步与报名者沟通确认，实现精准邀请，最终有机会进入大会微信群（严格审核通过）。 大会日程 已经确定的报告人 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。

摘要患者对信使核糖核酸(mRNA)疫苗表现出良好的耐受性，编码分子的选择是灵活多样的。这些疫苗可以被设计成表达包含多个表位的全长抗原，而不受主要组织相容性复合体(MHC)的限制，相对容易控制，并且可以快速批量生产。美国食品药品监督管理局(FDA)于2021年批准了辉瑞和BioNTech生产的首个基于mRNA的新型冠状病毒病(COVID-19)疫苗，引发了mRNA疫苗研发热潮。基于上述特点和mRNA疫苗的发展，尤其是近五年来，mRNA肿瘤疫苗已成为研究热点，发展迅速。本文从抗原/靶点的选择和表达、载体和佐剂的应用、不同给药途径和临床前评价等方面对mRNA肿瘤疫苗的研究进展进行了分析，以反映mRNA肿瘤疫苗的发展趋势和面临的挑战。关键词：mRNA，癌症疫苗，肿瘤相关抗原，新抗原，mRNA递送载体，佐剂，给药途径。1.mRNA疫苗和mRNA癌症疫苗1961年，Brenner等人首次发现mRNA，它是基因作为蛋白质表达所必需的关键中间分子，含有与氨基酸(蛋白质的基本单位)相对应的密码子信息。1990年，Wolff等人首次证明，通过肌肉注射编码相应蛋白的纯RNA，可以在小鼠体内有效表达特定蛋白[如氯霉素乙酰转移酶和荧光素酶(Luc)]；具体来说，βgLucβgAn RNA的蛋白表达以剂量依赖性和时间依赖性的方式发生；这项工作还提出了mRNA疫苗的概念。2020年，美国食品和药物管理局(FDA)紧急批准了Pfizer--BioNTech/BNT162b2和Moderna/mRNA-1273生产的两种基于mRNA的疫苗，用于预防2019年冠状病毒病(COVID - 19)。2021年，美国食品药品监督管理局(FDA)批准了Pfizer-BioNTech(上市名称为Comirnaty)生产的首个COVID-19疫苗，激发了mRNA疫苗的研发热情，并对mRNA癌症疫苗的突破产生了期待。迄今为止，研究人员已将mRNA用作疫苗平台[例如流感病毒、人类免疫缺陷病毒、冠状病毒、病毒抗原(狂犬病病毒糖蛋白、寨卡病毒和委内瑞拉马脑炎病毒的蛋白质)，细菌病原体(结核分枝杆菌)和癌症]和蛋白质替代平台(例如factor IX、卵泡抑素、鸟氨酸经甲氨基甲酰基酶和促红细胞生成素)，用于疾病的预防和治疗。mRNA疫苗具有许多共同特征。与质粒脱氧核糖核酸(DNA)和病毒载体存在因基因插入和/或感染而导致突变的风险不同，mRNA进入细胞质后可直接翻译成蛋白质；因此，mRNA疫苗是非整合的、非传染性的、耐受性良好的。mRNA也在细胞中短暂表达，允许重复接种。mRNA转录物中编码单位的选择是灵活多样的，允许编码抗原和免疫调节分子来诱导和调节适应性和先天免疫应答，并且含有多个表位的编码全长抗原可以由MHC Ⅰ类(MHC-Ⅰ)和Ⅱ类(MHC-Ⅱ)分子呈现，而不受MHC限制。体外转录(IVT) mRNA的生产不需要细胞，防止了蛋白质或病毒的污染，并允许快速、经济和容易的大规模生产。mRNA癌症疫苗利用编码肿瘤抗原或免疫调节分子的mRNA递送相应的蛋白，结合相关的递送载体和佐剂，诱导抗肿瘤应答。图1显示了mRNA癌症疫苗的发展时间表。抗肿瘤T细胞是介导这些疫苗治疗效果的主要预期效应细胞，图2总结了抗肿瘤T细胞产生和作用的机制。RNA在疫苗位点被DCs摄取，翻译并加工成抗原MHC Ⅰ/Ⅱ复合物并呈递到细胞表面。活化的DCs到达引流淋巴结，呈递的抗原MHC Ⅰ/Ⅱ复合物与淋巴结内分化簇8 (CD8)+/CD4+ T细胞(第一信号)表面的T细胞受体(TCR)结合，导致T细胞活化和增殖，共刺激信号分子[如CD80/CD86, OX40配体(OX40L)]与受体(如CD28, OX40)在T细胞(第二信号)和细胞因子[如干扰素(IFN) I，白细胞介素12 (IL-12)， IL-1]与T细胞上的细胞因子受体结合(第三信号)。此外，CD4+ T细胞分泌的IL-2可促进CD8+ T细胞扩增。活化的T细胞在趋化因子[如CC -趋化因子受体7，CC -趋化因子配体(CCL) 5，CXC -趋化因子配体9/10]的作用下向肿瘤组织迁移并浸润，最大限度地发挥其分泌的效应器[如IFN-γ、肿瘤坏死因子(TNF)、穿孔素、颗粒酶]的抗肿瘤作用。内源性抗原主要通过MHC-Ⅰ分子呈递激活细胞毒性CD8+ T细胞，外源性抗原主要通过MHC-Ⅱ分子呈递激活辅助CD4+ T细胞。细胞毒CD8+ T细胞通常对靶细胞具有很强的直接杀伤作用，这些细胞是癌症疫苗预期诱导的主要效应细胞。2.mRNA癌症疫苗在临床前和临床研究中的进展疫苗的核心作用是提供能被人体免疫细胞识别的抗原，从而引发免疫反应。抗原/靶点的选择和表达、载体和佐剂的应用以及给药途径是疫苗设计中需要考虑的关键因素。表1总结了这些因素的进展在临床前和临床设置。表2总结了2016年至2021年期间使用基于mRNA的癌症疫苗的临床试验。2.1.选定抗原或靶标2.1.1.肿瘤相关抗原研制肿瘤疫苗的第一步是抗原的选择，抗原应具有较高的肿瘤特异性，并能诱导强而可控的抗肿瘤T细胞反应。肿瘤抗原根据其组织分布、表达水平和中枢耐受状态可分为TAAs和TSAs。TAAs在肿瘤中普遍过表达，在正常组织中也有表达，肿瘤特异性弱，中枢耐受性强，免疫原性弱，主要包括组织分化抗原和癌胚抗原。TAAs的中枢免疫耐受是利用这些抗原开发癌症疫苗的主要挑战。使用多个(如2-6个)共享TAAs的组合已成为临床开发靶向mRNA癌症疫苗的趋势。所选择的TAAs通常在相关肿瘤中广泛表达，当与不同的载体或佐剂结合时，可以诱导抗肿瘤免疫反应。2009年，Weide等人对鱼精蛋白(RNActive®)保护mRNA癌症疫苗进行了1/2期临床研究，采用GM-CSF作为佐剂，编码6种TAAs (Melan-A、酪氨酸酶、gp100、MAGE-A1、MAGE-A3和生存素)。这种疫苗是皮内注射。该疫苗显著降低了免疫抑制细胞(如外周血中的Foxp3+/CD4+调节性T细胞(Tregs)和骨髓抑制细胞)，并增加了一部分患者的特异性T细胞。1例接受治疗的患者完全缓解，未发生大于Ⅱ级的不良反应(NCTO0204607)。2011年，Fotin-Mleczek等人对编码卵白蛋白(OVA)/PSMA/STEAP和PSMA的蛋白蛋白复合物mRNA癌症疫苗进行了临床前研究。结果表明，双组分mRNA肿瘤疫苗可通过TLR7诱导自佐剂作用，平衡适应性免疫反应，并具有持续的抗肿瘤作用(NCT00831467,NCT00923312)。2014年，Fotin-Mleczek 等人研究表明，蛋白复合OVA -编码mRNA的癌症疫苗与临床前放疗联合使用具有较强的协同抗肿瘤作用。编码4-5种前列腺特异性抗原[如CV9103 (NCT00831467)和CV9104 (NCT01817738)]或5-6种黑色素瘤和非小细胞肺癌TAAs[如CV9201 (NCT00923312)和CV9202 (NCT03164772)]的蛋白复合物肿瘤疫苗正在临床试验中。BN111是一种mRNA癌症候选疫苗，编码4种TAAs (NY-ESO-1、MAGE-A3、酪氨酸酶和TPTE)的固定组合，这些TAAs在黑色素瘤中普遍存在，并作为RNA -脂质复合物制剂(Lipo - MERIT)递送。BNT111单独或联合免疫检查点PD-1抑制剂可诱导不可切除黑色素瘤患者持续和强抗原特异性CD4+ / CD8+ T细胞反应和客观反应。超过5%的患者发生了相关不良事件，大多数不良反应为1-2级(NCT02410733)。基于这些结果，BNT111已获得FDA快速通道指定用于临床转化治疗晚期黑色素瘤(NCT04526899)。Lipo-MERIT mRNA癌症疫苗编码3个针对OC的TAAs (NCT04163094)， 5个针对PC的TAAs[如BNT112 (NCT04382898)]，或针对HNSCC和HNC的共享癌症抗原的固定组合[BNT113 (NCT04534205)]，目前正在临床试验中。AML和骨髓瘤mRNA肿瘤疫苗的临床翻译也呈现出从单一TAA的应用[如WT1 (NCTO0834002、NCT00965224、NCTO1291420)]到多个TAA的联合应用[如WT1、PRAME、CMV pp65、癌睾丸抗原7、MAGE-A3 (NCTO1734304、NCT02405338、NCT01995708)]的趋势。研究发现，在43%的化疗后缓解的AML患者中，经WT1 mRNA电穿孔的DCs可预防或延迟复发(NCT00965224)，改善的总生存率(OS)率或临床反应与诱导WT1特异性CD8+ T细胞反应(NCTO0965224, NCTO1291420)相关。TLR7 /8成熟DCs转染编码WT1、PRAME和CMV pp65的RNA可防止在完全缓解的AML患者亚群中复发(NCTO1734304)。mRNA肿瘤疫苗也在朝着个体化和精确化方向发展，初步趋势是从应用自体肿瘤[如AML (NCT00514189-已终止)、前列腺癌(NCT01197625)、NCT01278940、NCT008464562、NCT00961844-已终止]或肿瘤干细胞[如OC (NCT01334047-已终止)]衍生mRNA向采用个体化TAA 面板 (NCT01334047、NCT02709616、NCT02808364、NCT02808416)发展。负载完整肿瘤mRNA的DCs可以诱导针对肿瘤内广泛抗原的T细胞反应，甚至是患者独有的抗原(NCT01278940)。研究发现，用癌症干细胞衍生mRNA转染的树突状细胞可诱导患者产生免疫应答，并显示出有希望的初步安全性结果(NCT00846456)。含有3-13种不同TAA mRNA的个性化TAA面板脉冲DCs与良好的OS相关，并且治疗的患者没有出现Ⅲ/Ⅳ级不良事件(NCT02709616, NCT02808364, NCT02808416)。来源于自体肿瘤细胞或肿瘤干细胞的mRNA包含肿瘤细胞中的所有蛋白。这个策略简单可行，但其靶向性和有效性有待提高，同时也要考虑安全性。图1 mRNA癌症疫苗发展的时间轴。缩写：CART，电荷改变可释放转运体；CLAN，阳离子脂质辅助纳米颗粒；DCs,树突状细胞；DOTAP/DP7-C，1,2-二醇-3-三甲基丙烷氯/胆固醇改性阳离子肽DP7；LCP NPs，脂质/钙/磷酸（LCP）纳米颗粒；LPC，阳离子脂质体/鱼精蛋白复合物；LNPs，脂质纳米颗粒；Mann,甘露聚糖；PGCP NPs，聚（乳酸共乙醇酸）（PLGA）/G0-C14/神经酰胺聚（乙二醇）（PEG）(PGCP) NPs；PSA，前列腺特异性抗原；ssPAlmE-PALA，脂质纳米颗粒和a-螺旋阳离子肽“KALA”；triMN-LPR，阳离子脂质体(L)-一种阳离子聚合物(P)-mRNA (R)，称为脂多聚体（LPR），通过A-D-甘露聚糖苷（triMN）的三天线功能化。2.1.2.肿瘤特异性抗原TSAs通常是由肿瘤细胞基因组中的非同义突变形成的肿瘤新抗原；这些抗原在正常细胞中不表达，具有很强的肿瘤特异性和免疫原性，中枢耐受性较弱。TSAs与抗肿瘤免疫反应之间的相关性已在多项研究中得到证实。对来自癌症基因组图谱的18个实体肿瘤数据中的数千个RNA序列的分析显示，每个肿瘤中新抗原的数量与T细胞细胞毒性活性相关基因的表达呈正相关。对来自癌症基因组图谱的515例患者的6个位点的RNA-seq数据分析表明，高水平的免疫原性突变表位与患者生存率的提高有关。具有高水平免疫原性突变的肿瘤具有更高水平的CD8A、PD-1和CTLA4。对619例结-直肠癌样本的全外显子序列分析表明，肿瘤中高水平的新抗原与肿瘤浸润淋巴细胞的增加和生存率的提高相关。在子宫内膜癌中也证实了新抗原水平与肿瘤浸润淋巴细胞数量之间的关系。此外，发现具有高水平新抗原的肿瘤比具有低水平新抗原的肿瘤具有明显的同质性。突变负荷大于每百万碱基10个体细胞突变的肿瘤(相当于表达基因中150个非同义突变)更容易形成免疫原性新抗原，而突变负荷小于每百万碱基1个体细胞突变的肿瘤不太可能形成免疫原性新抗原。大多数肿瘤的突变负荷为每百万碱基1-10个体细胞突变，通常可以形成T细胞识别的新抗原。Rajasagi等人利用全外显子测序和HLA -肽预测结合算法(即NetMHCpan)分析了13种不同肿瘤(2488个样本)的预测突变HLA-结合肽，结果表明每个肿瘤都可以产生数万到数千个新抗原，这表明新抗原在大多数肿瘤中是常见的。图2 mRNA癌症疫苗的作用机制图mRNA癌症疫苗的流行趋势是向个体化和精密度发展，旨在开发使用多种(20种)新抗原的mRNA癌症疫苗[如，IVAC MUTANOME (NCTO2035956)、IVAC_W_brel_uID和IVAC_W_brel_uID/IVAC_M_uID (NCT02316457)、RO7198457(NCT03289962、NCT04161755、NCT03815058、NCT04486378)、mRNA-4157 (NCT03313778、NCT03897881)、NCI4650/mRNA4650 (NCT03480152)、NCT03468244、NCT03908671]。2015年，Kreiter等人通过外显子组测序和MHC-Ⅱ表位预测结合算法分析了小鼠肿瘤细胞(如黑色素瘤细胞系B16F10、结肠癌细胞系CT26和乳腺癌细胞系4T1)中的突变肽，并制备了编码这些突变肽的RNA疫苗，在临床前评估它们的抗肿瘤作用。多新表位RNA在体内有效诱导T细胞应答，抑制小鼠肿瘤的生长和转移，大部分免疫原性突变体被CD4+ T细胞识别；即使RNA只编码一个新表位(如B16-M30)，也能诱导更强的T细胞反应，并控制小鼠B16F10黑色素瘤的生长。Zhang等人对DOTAP/DP7-C脂质体进行了临床前研究，DOTAP/DP7-C脂质体作为载体和佐剂，装载了编码小鼠LLC细胞系LL2 (DOTAP/DP7-C/LL2)五种肿瘤新抗原的mRNA。DOTAP/DP7-C/LL2显著抑制原位和皮下LL2肿瘤的生长，刺激抗原特异性淋巴细胞反应。2017年，Sahin 等人发现基于RNA的多重新表位疫苗可诱导黑色素瘤患者的抗原特异性多克隆T细胞免疫反应；选择的新表位中有60%具有免疫原性，这些新表位诱导的主要T细胞反应是CD4+ T细胞反应，肿瘤转移明显减少，约75%的患者无进展生存期为27个月(NCT02035956)。2020年，Cafri等人发现编码20种新抗原的NCI4650/mRNA-4650可在胃肠道肿瘤患者中诱导新抗原特异性T细胞反应；选择的新抗原中有21%是免疫原性的，来自患者的新抗原特异性T细胞中有59%是CD4+ T细胞(NCT03480152)。虽然mRNA的制备是快速和经济的(良好生产规范级RNA可在3周内制备)，但肿瘤新抗原的筛选和鉴定可能需要很长时间和昂贵，并且在疫苗制备过程中患者的病情可能发生变化，导致研究人员错过了患者的最佳治疗机会。基于高通量和生物信息学技术对基因深度测序和大数据集蛋白质组学分析的参数，治疗性肿瘤新抗原肽疫苗、RNA疫苗和融合DC -肿瘤细胞疫苗的制备时间分别约为160天、114天、103(89-160)天和10天。新抗原的筛选和鉴定速度直接影响mRNA新抗原疫苗的临床疗效，是mRNA新抗原疫苗面临的一大挑战。同时，肿瘤新抗原预测的准确性有待提高。表1 mRNA癌症疫苗在临床前和临床设置的概述2.1.3.免疫调节分子与肿瘤抑制基因编码CD70、CD40配体和组成活性TLR4的mRNA(命名为TriMix, NCT03788083)；编码人OX40L、IL-23和IL-36γ的mRNA(命名为mRNA-2752, NCT02872025，NCTO3739931)；和编码IL-12、IL-15、GM-CSF和IFN-α的mRNA(命名为SAR441000/BNT131、NCT03871348)是编码免疫调节分子的三种具有代表性的mRNA癌症疫苗，这类疫苗还包括编码TLR7/8激动剂和RIG-1激动剂的mRNA疫苗(CV8102/ RNA佐剂®、NCT03291002、NCT03203005)；mRNA编码OX40L [mRNA-2416 (NCT03323398)]；mRNA编码IL-12[MEDI1191 (NCT03946800)， BNT151 (NCT04455620)]；mRNA编码IL-12和IL-7 (BNT152, BNT153，NCT04710043)；和编码BisCCL2/5i的mRNA。一些研究表明，编码免疫调节分子(如TriMix，mRNA-2752，BNT131和mRNA编码BisCCL2/5i)和肿瘤抑制基因(如PTEN或p53编码mRNA)的mRNA癌症疫苗作为单一疗法也具有抗肿瘤作用，通常与多种肿瘤抗原(如MAGE-A3、MAGE-C2、酪氨酸酶、gp100、生存素、hTERT和新抗原)和免疫检查点抑制剂(如抗PD-1、抗CTLA -4和抗PD - L1抗体)联合用作辅助治疗。2012年，Van Lint等人发现，结节内注射TriMix和TAA(如TRP2/WT1/P1A) mRNA可诱导DCs成熟并原位启动抗原特异性T细胞。与不加佐剂的荧光素酶(FLuc) mRNA脉冲DCs相比，TriMix显著降低了DCs中FLuc的表达，且LPS、单磷酰脂质A、聚(I:C)诱导的降低作用更强；而TriMix可以产生免疫刺激环境来改善T细胞反应，优于LPS。2016年Bialkowski等人发现HPV16-E7-TriMix mRNA可诱导CD8+ T淋巴细胞向肿瘤粘膜迁移，控制肿瘤生长。当与顺铂联合使用时，HPV16-E7-TriMix mRNA通过下调髓源性抑制细胞(MDSCs)和Tregs的数量来抵抗免疫抑制微环境，导致生殖道肿瘤完全消退。在多种小鼠肿瘤模型中，瘤内注射TriMix已被肿瘤浸润的树突状细胞吸收，然后呈交给肿瘤引流淋巴结的T细胞，诱导抗肿瘤T细胞反应和抗肿瘤作用。2013年和2016年，Wilgenhof等人发现，与TriMix共电孔的DCs和编码四种与HLA Ⅱ靶向信号(DCLAMP)(命名为TriMixDC-MEL)相关的黑色素瘤相关抗原(MAGE-A3、MAGE-C2、酪氨酸酶或gp100)之一的mRNA，在预处理的晚期黑色素瘤患者中具有良好的耐受性，并在两名患者(NCT01066390)中引起完全缓解和部分缓解。TriMixDC-MEL联合免疫检查点抑制剂(ipilimumab)在预先治疗的晚期黑色素瘤患者(NCTO1302496)中耐受并诱导高度持久的肿瘤反应。2020年，De Keersmaecker等人研究表明，在相当一部分晚期黑色素瘤患者中，TriMixDC-MEL和ipilimumab联合使用可诱导有效的CD8+ T细胞反应，并与患者的临床反应相关(NCTO1302496)。2019年Hewitt发现，在瘤内注射包裹在LNPs中的编码IL- 23、IL-36γ和OX40L的三联体mRNA，可以激活并招募多种免疫细胞(例如DCs和T细胞)进入肿瘤，从而诱导依赖于Batf3的交叉呈递DCs和细胞毒性CD8+ T细胞的持久抗肿瘤免疫。该疫苗与免疫检查点抑制剂(如抗PD -1、抗CTLA -4和抗PD - L1抗体)联合使用，在体内抗免疫检查点抑制剂模型中具有强大的抗肿瘤作用。2021年，Hotz等人发现BNT131联合抗PD -1抗体可显著提高荷瘤小鼠(如B16和MC38荷瘤小鼠)的生存率。2021年，Wang等人发现编码BisCCL2/5i LNPs的mRNA与编码PD-1配体抑制剂LNPs的mRNA联合可显著延长荷瘤(如原发性肝癌、结直肠癌和胰腺癌的肝转移)小鼠的生存期，且BisCCL2/5i可促进这些肿瘤对PD-1配体抑制剂的敏感性。表2 2016-2021年期间关于mRNA癌症疫苗的临床试验一些临床前研究表明，使用编码肿瘤抑制基因(如PTEN和p53)的mRNA治疗肿瘤是可行的。2018年，Islam等人研究发现，负载抑癌基因PTEN编码mRNA的聚脂包被多聚脂杂交NPs(如mRNA- pgcp NPs)可在体外和体内有效转染PTEN基因缺失的前列腺癌细胞，并通过抑制磷脂酰肌醇3-激酶Akt通路促进癌细胞凋亡，显著抑制肿瘤生长。2021年，Lin等人发现肿瘤抑制基因PTEN编码mRNA NPs可诱导PTEN突变的黑色素瘤细胞和PTEN缺失的前列腺癌细胞自噬和死亡。PTEN-mRNA NPs上调免疫抑制TME中的CD8+ T细胞和促炎细胞因子(如IL-12、TNF-α和IFN-γ)，下调Tregs和MDSCs，并与抗PD -1抗体联合对这些肿瘤产生有效的抗肿瘤作用。2019年，Kong 等人研究发现肿瘤抑制基因p53-编码mRNA NPs可促进p53缺失型肝细胞和NSCLC细胞对哺乳动物雷帕霉素抑制剂靶点(依维莫司)的敏感性，且p53-mRNA NPs与依维莫司联用在体外和体内肝癌和NSCLC模型中具有显著的协同抗肿瘤作用。编码p53和肿瘤抗原(如生存素、hTERT、新抗原)的mRNA癌症疫苗目前正处于临床试验阶段(NCTO0978913、NCT02316457)。2.1.4. mRNA癌症疫苗与免疫检查点抑制剂的联合研究肿瘤发展过程中对TAAs的中枢免疫耐受和外周免疫耐受(如免疫检查点通路，TME)是癌症疫苗面临的两大挑战。两者都会影响癌症疫苗的效力和持续时间。为了靶向中枢免疫耐受，多个TAAs或多个TSAs的组合是mRNA癌症疫苗发展的主要趋势。为了靶向外周免疫耐受，将mRNA癌症疫苗与免疫检查点抑制剂(如抗PD -1、抗CTLA -4和抗PD - L1抗体)联合使用是mRNA癌症疫苗应用的另一个主要趋势。2018年，Liu等人对负载MUCI mRNA的LCP NPs联合抗-CTLA-4抗体治疗TNBC进行了临床前评估，结果表明LCP-mRNA NPs作为单一疗法或联合治疗的一部分(LCP-mRNA NPs + 抗-CTLA-4)可显著抑制肿瘤生长，且联合治疗的抑制效果明显强于LCP-mRNA NP单疗法。Wang等人研究表明，同时装载编码黑色素瘤相关抗原TRP2的mRNA和靶向PD-L1的小干扰RNA的LCP NPs可以在体外和体内有效地将mRNA传递到DCs中，并促进DCs的成熟。靶向PD-L1的小干扰RNA下调DCs中PD-L1的表达，增强抗肿瘤免疫和抗肿瘤作用，疫苗有效抑制肿瘤生长。2019年，Verbeke等人研究表明，单独使用Galsomes mRNA的体内抗肿瘤作用不明显，这种治疗可以增加免疫微环境中细胞毒性T淋巴细胞(CTL)、不变性NKT (iNKT)、NK和M1肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)的数量；这些作者还发现，治疗对PD-1/PD-L1通路的负调控可能会限制其抗肿瘤作用。与单独接种疫苗相比，结合OVA mRNA Galsomes和抗PD-L1抗体显著增加脾脏iNKT细胞数量，降低脾脏DC细胞上PD-L1水平和脾脏增生iNKT细胞上PD-1水平，显著提高抗肿瘤效果。此外，Oberli等人表明，含有编码单一肿瘤抗原(例如gp100或TRP2)的mRNA的lnp和使用这两种抗原的序贯治疗在体内均具有显著的抗肿瘤作用；但两种方法的抗肿瘤作用无显著性差异。2.2.抗原或目标的表达2.2.1. mRNA分子的药效学用于制备疫苗的mRNA主要包括常规的非复制mRNA和病毒衍生的自扩增mRNA。mRNA的IVT是制备分子的主要技术，利用噬菌体RNA聚合酶(如T3、T7或SP6 RNA聚合酶)和含有目标抗原序列的线性化DNA模板。非复制性IVT mRNA的基本结构包括一个编码目标蛋白的开放阅读框(ORF)、一个位于5'和3'非翻译区(UTRs)两侧的7-methylgaunosine 5'帽和一个3' poly(A) 尾。5'帽和3'poly(A)可以在IVT过程中添加，也可以在初始IVT后酶促添加。自我扩增的mRNA包含两个ORFs，一个编码目标抗原序列，另一个编码病毒复制机制，从而实现持久的细胞内RNA扩增。一种由编码CEA的甲病毒复制子组成的mRNA疫苗(称为AVX701)正在临床试验中(NCTO0529984, NCTO1890213)。与蛋白质或肽疫苗不同，mRNA癌症疫苗产生效果的第一步是编码蛋白的序列信息可以翻译成功能蛋白。影响翻译过程的因素包括正调节因素、负调节因素和双向调节因素。正调控因子总结如下:①5′帽及其修饰物[如抗反向帽类似物CleanCap]可招募真核翻译起始因子4E，促进核糖体识别和翻译起始，消除mRNA序列中的游离磷酸基团，显著增强mRNA的稳定性。②poly(A)序列及其修饰(如长度’)可以减缓RNA外切酶的降解过程，从而增加稳定性，延长体内半衰期，提高mRNA的翻译效率。③UTR优化[例如，由a-珠蛋白和β-珠蛋白衍生的3' UTR序列，AU和GU-富集序列；3' UTR中的稳定元素；5' UTR中的GCC-(A/G)- CCAUGG，短而松散的5' UTR135]和ORF的密码子优化(如尿苷的缺失，G:C含量的富集，同义频繁密码子，具有较高转移RNA丰度的密码子)可以提高mRNA的稳定性和蛋白质翻译。表达载体中的表位通过不同的序列和信号肽(例如，内核/溶酶体信号分选片段和跨膜-细胞质结构域)连接，以增加IVT，提高抗原在细胞内加工和呈递的靶向性。④核苷修饰[如假尿嘧啶(Ψ)、1-甲基假尿嘧啶、5-甲基胞苷(5meC)和n -乙酰胞苷修饰转录后RNA]和纯化IVT-mRNA(如Mg2+31、温度、高压液相色谱和快速蛋白液相色谱)以减少双链RNA的污染，可以降低分子的先天免疫激活，增加蛋白质翻译。与未修饰的mRNA相比，核苷修饰的mRNA (5meC, Ψ)可显著促进小鼠FLuc的表达。LCP(修饰mRNA)的体内抗肿瘤作用明显强于LCP(未修饰mRNA)。负调控因素包括:①细胞外RNases酶能快速降解裸mRNA。②IVT产生的双链RNA杂质可以结合细胞质中的模式识别受体(PRRs)[如RIG - Ⅰ，黑色素瘤分化相关蛋白5 (一种RIG -Ⅰ受体)，蛋白激酶RNA激活(也称为真核翻译起始因子2 alpha激酶2)，2'-5'-寡腺苷酸合成酶]和内体(如TLR3)来激活特定途径[如RIG -Ⅰ /MAD5→线粒体抗病毒信号蛋白→IFN Ⅰ，(IFN Ⅰ→)蛋白激酶RNA激活→真核翻译起始因子2alpha， (IFN Ⅰ→)2′5′-寡聚腺苷酸合成酶→核糖核酸酶L, TLR3→含有Toll/IL-1受体结构域的适配器诱导IFN-β→IFN Ⅰ]，可抑制mRNA翻译，促进mRNA酶解。双向调节因子包括未修饰的单链RNA作为病原体相关分子模式(PAMP)，它可以结合内体中的PRRs[如TLR7, TLR8]来激活特定途径(TLR8→髓样分化因子88→促炎细胞因子；TLR7→骨髓分化因子88→干扰素调节因子7→IFN Ⅰ)。一方面，mRNA可以激活先天免疫反应(DC成熟和激活)，进而激活适应性免疫反应(T和B细胞免疫反应);另一方面，过早和过度激活IFN Ⅰ可抑制mRNA翻译，促进mRNA酶解，促进DC和T细胞凋亡。过度强烈的炎症反应也会引起毒副作用。在T细胞中，Ⅰ型IFN受体信号的激活先于TCR信号的激活，可作为促进免疫应答的真正第三信号。Udhayakumar等人表明，与含有未修饰mRNA的RALA mRNA纳米复合物相比，含有Ψ-和 5meC-修饰mRNA的mRNA纳米复合物诱导了有效的抗原特异性细胞毒性T细胞反应，并且具有优越的疗效，修饰的(5meC，Ψ) mRNA纳米复合物通过抑制IFN-β活化显著降低了Ⅰ型IFNs对CTLs的抑制作用，并有效诱导了CTLs。相比之下，Oberli等人表明，未修饰mRNA LNP疫苗在外周血中诱导的CD8 T细胞应答(7.8%)比核苷修饰mRNA (5meC，Ψ) LNP疫苗(1.0%)强得多，并表明Ⅰ型干扰素是保护性CD8 T细胞应答所必需的。这些相互矛盾的结果可能与双向调节因素有关。2.2.2.疫苗抗原表达方法根据抗原的表达，疫苗可分为多肽或蛋白质疫苗、细胞疫苗(如肿瘤细胞疫苗、DC疫苗和工程细胞疫苗)、核酸疫苗(如DNA和RNA疫苗)和病毒载体疫苗。肽或蛋白疫苗是广泛使用的疫苗类型。抗原肽的序列定义明确，易于控制。肽疫苗包括短肽疫苗和长肽疫苗。短肽疫苗有一些缺点，包括蛋白质水解导致抗原降解和免疫反应持续时间较短，短肽可以结合许多核细胞表面的MHC Ⅰ分子，这些核细胞作为非专业抗原呈递细胞APCs)，通常不含共刺激信号，导致抗原耐受和T细胞功能障碍。长肽疫苗通常含有20-30个氨基酸，可激活CD4+和CD8+ T细胞。蛋白质疫苗也能诱导T细胞反应；然而，长肽通常比蛋白质更有效地被APCs内化和加工。长肽疫苗的缺点包括对酶降解的敏感性、快速清除和注射部位吸收不足。细胞疫苗主要包括癌细胞疫苗和DC疫苗。癌细胞疫苗是用自体或异体灭活的全细胞及其衍生物(如细胞裂解物、DC融合衍生物、表达TSAs或免疫增强因子的修饰全细胞和肿瘤衍生mRNAs)，它们通常包含细胞的所有抗原，在疫苗设计和生产之前不需要费力地鉴定，从而导致相对快速的制备和某些个性化特征。然而，使用癌细胞的方法不能准确地测定和控制相应的肿瘤抗原，质量控制困难，而且癌细胞往往含有较少的特异性抗原，导致免疫原性较弱和潜在的致癌性。DCs是最有效的APCs，在连接先天和适应性免疫反应中起着核心作用。DC疫苗一般使用自体DC作为载体来表达和呈递抗原。1996年，Boczkowski等人证明了使用肿瘤来源的mRNA癌细胞脉冲DCs的可行性。2017年之前，在大约24项临床试验中，mRNA癌症疫苗使用DCs作为载体。然而，DC疫苗的制备工艺复杂，生产昂贵，质量控制困难。此外，患者必须具有相对正常的免疫功能，没有化疗或其他治疗引起的骨髓抑制，并提供大量功能性DCs，导致可用疫苗数量有限。核酸疫苗是用编码抗原的核酸(如DNA、RNA)制备的。mRNA疫苗的特点已在本文第1部分进行了描述。与mRNA相比，DNA必须进入细胞核才能翻译成相应的抗原，这有插入突变引起的潜在风险，可能比mRNA更不安全。总的来说，核酸对降解敏感，不稳定，半衰期短，导致裸核酸被APCs吸收的效率较低。新的载体和给药途径。用于提高核酸的吸收和呈递效率(下文讨论)。有限的研究表明mRNA癌症疫苗与肽或蛋白癌症疫苗相比具有抗肿瘤优势。用体外合成的鸡OVA RNA脉冲的DCs比用OVA肽脉冲的DCs在体外刺激OVA特异性的初级CTL反应更有效。在原位治疗性肿瘤模型中，DOTAP/DP-C/mRNA编码5种新抗原在诱导脾脏产生活化T细胞(CD3+ CD8+ IFN-γ+)方面明显强于DOTAP/DP-C/突变肽。LCP(修饰mRNA)的体内抗肿瘤作用显著强于LCP (TRP2肽/CpG)。编码IL-23、IL-36和OX40L的三联体mRNAs提高MC38-S荷瘤小鼠存活率的能力明显强于相应的蛋白处理。肽抗原通常只含有一个表位，而mRNAs编码的全长抗原含有多个表位，可以诱导T细胞靶向这些表位，产生更强的抗肿瘤作用。病毒载体疫苗是利用病毒作为表达或呈递抗原的载体制备的。目前，被广泛研究的病毒载体包括痘病毒、腺病毒和疱疹病毒。出于安全考虑，采用复制缺陷病毒或减毒病毒。痘病毒可包含多个基因，复制和转录仅限于细胞质，插入突变的风险较低，表达产物可呈现MHC Ⅰ和Ⅱ。非禽类痘病毒可以诱导宿主产生免疫反应，从而使其只能使用一种或最多两种疫苗。重组鸟痘病毒可以多次接种，其病毒外壳蛋白不能在哺乳动物细胞中产生，并且病毒不能诱导宿主产生免疫反应来中和病毒。重组腺病毒载体易于设计，作为疫苗和基因治疗药物的载体已显示出实用性；然而，它们的免疫原性会影响疫苗的效果。疱疹病毒有广泛的宿主范围；可感染神经细胞、外周血单核细胞和DCs；并且具有复制周期短、容量大、安全性相对较好的特点。此外，其他载体，如细菌和酵母，在临床前研究中显示出作为疫苗载体的潜力。总的来说，免疫原性、致癌性、传染性、包装能力有限和病毒载体生产困难是广泛应用的挑战。2.3.mRNA癌症疫苗的载体开发具有良好的安全性、靶向性、稳定性、自佐剂效应、负载能力和通用性的mRNA递送载体，能够高效、持续地递送和呈递抗原，激活APCs，是mRNA肿瘤疫苗领域的一个基本方向。mRNA肿瘤疫苗在临床前采用的载体如表3所示。mRNA癌症疫苗中使用的主要载体之一是脂质体及其衍生物。1995年，Conry等人显示了编码人CEA复合物的脂质体mRNA的体液免疫原性，首次在临床前研究中证实了mRNA癌症疫苗的概念验证。甘露糖可以与DCs表面表达的甘露糖受体结合，利用靶向DCs的载体促进mRNA的高效传递和转染。2011年，Perche等人研究表明，携带mRNA的Man11-LPR100转染DCs的效率是无糖LPR100的4倍，并且在体内具有更好的抗肿瘤作用。由于甘露糖与其受体之间的结合力较弱，增加载体表面甘露糖的密度可能是提高甘露糖修饰LPR递送效率的有效途径。2018年，Le Moignic 等人研究表明，与单甘油三酯- LPR相比，三甘油三酯- LPR可以更有效地诱导抗原转染，通过在注射部位诱导局部炎症反应，将更多的DCs招募到引流淋巴结，并更有效地诱导抗原特异性免疫反应。2018年，Wang 等人利用甘糖醇偶联物(MPn-CHs)制备了DCs靶向脂质体(MPn-LPs)作为mRNA载体，结果表明MP1000-LPs负载mRNA (MP1000-LPX)具有良好的转染效率，MP1000-LPX主要通过增强DCs上甘糖受体(如CD206)的表达来增强mRNA的表达。2020年，Son等人研究表明，采用多糖包被二氧化硅纳米颗粒制备的Mann -capsules可以通过Dectin-2或TLR-4激活骨髓源性树突状细胞(BMDC)，且Mann -capsules促进BMDC分化和成熟的能力明显强于PEI或脂质体；此外，PEI和脂质体具有高毒性。LNPs似乎是一种很有前途的mRNA癌症疫苗载体。LNPs的成分主要包括可电离脂质，促进mRNA的自组装和内体释放；磷脂，支持脂质双层结构；胆固醇，一种稳定剂；脂质锚定聚乙二醇，延长配方的半衰期。还考虑了筛选和鉴定这些媒介的高通量技术。2017年，Oberli 等人构建并优化了LNP库，发现含有编码肿瘤抗原的mRNAs(如gp100和TRP2)与LNPs作为佐剂结合，可有效诱导抗原特异性CD8+ T细胞，抑制肿瘤生长，延长小鼠OS。2018年，McKinlay等人对基于两亲性CARTs的mRNA载体库进行了高通量筛选研究，结果表明，与单一CART或脂质体 2000相比，双CART可将体外淋巴细胞mRNA转染效率提高9倍；体外mRNA转染效率为80%，小鼠淋巴细胞mRNA转染效率为1.5%。2019年，Miao等人建立了一种高通量的可电离类脂质构建技术，可在一天内合成数千种脂质制剂，并使用DCs(如HeLa细胞、BMDCs或骨髓源性巨噬细胞)高通量评估LNPs的转染效率。结果表明，mRNA LNPs通过干扰素基因通路的胞内刺激物诱导APC成熟，增强抗肿瘤作用。2021年，Meng等人发现含有CpG核心的VLVPs可以促进DC成熟和抗原呈递、抗原特异性CD8+ T细胞在淋巴器官中的增殖和肿瘤中的T细胞浸润，并减少免疫抑制细胞(如肿瘤相关骨髓源性抑制细胞和表达精氨酸酶1的抑制性DCs)。以LNPs为载体的mRNA癌症疫苗[如编码新抗原的mRNA-4157 (NCTO3313778、NCTO3897881)和编码突变蛋白的V941 (NCT03948763)]目前正处于临床试验阶段。多阳离子肽鱼精蛋白和DCs是mRNA癌症疫苗中采用的另外两种主要载体。鱼精蛋白和DCs的特点及其作为mRNA癌症疫苗载体的研究进展分别见第2.1.1节和2.2.2节。鱼精蛋白可以保护mRNA不被血清RNA酶降解，促进mRNA的传递。此外，鱼精蛋白可与脂质体联合使用(例如，阳离子脂质体-鱼精蛋白，LPC和VLVP)。2000年，Hoerr等人发现脂质体包裹的浓缩RNA-肽复合物可诱导抗原特异性细胞免疫反应和体液免疫反应，裸RNA和蛋白蛋白保护的RNA在体内均可诱导特异性免疫反应，而受保护的RNA在体外稳定时间较长。Mai等人的研究表明，携带细胞角蛋白19编码mRNA的LPC经鼻递送可诱导小鼠APC成熟和强烈的细胞免疫反应，并降低肿瘤的生长。载体对疫苗的效力有关键影响。Phua等人表明，在没有NP载体的情况下，鼻内接种裸mRNA不能诱导抗肿瘤免疫反应。然而，临床前和临床研究都在综合考虑所选靶点、佐剂和递送方法的基础上证明了裸mRNA的可行性和有效性。发现FLT3可增强结内裸RNA的抗肿瘤作用。结内HPV16-E7-TriMix裸mRNA和瘤内TriMix裸mRNA均可诱导有效的抗肿瘤T细胞反应。结节内裸mRNA多重新表位疫苗诱导有效的抗原特异性T细胞免疫应答(NCT02035956)。2.4.佐剂在mRNA癌症疫苗的临床前研究中开发的一类主要佐剂[如LPS73, poly(I:C), Td, CpG]是PAMPs，它通过PAMP-PRR途径激活DCs，然后调节先天和适应性免疫反应。作为一种强效的回忆抗原，Td可通过CCL3106促进DC迁移，提高抗肿瘤作用。LPS辅助处理进一步提高了CD8+ T细胞水平和LNP mRNA诱导细胞的抗肿瘤活性。mRNA- CART联合CpG的体内抗肿瘤作用明显强于mRNA-CART和裸mRNA与CpG的联合，也强于mRNA-CART与TLR7配体或CD80 /86 mRNA的联合。大多数新型载体(如脂质样材料C1、DOTAP/ DP7-C、Mann-capsule、LNPs)兼具载体和佐剂的特性，其中一些载体具有佐剂的功能，类似于PAMPs。Mann -capsule通过Dectin-2或TLR-4激活BMDCs，葡聚糖-capsule通过CD206、CD209或巨噬细胞诱导的C型凝集素激活BMDCs。DP7-C、DOTAP和mRNA分别通过TLR2、TLR4和TLR7激活DCs。DOTAP/DP7C诱导DC成熟和抗原呈递的能力明显强于DOTAP、poly(I:C)和CpG。Cl或C1 mRNA可通过TLR4依赖的核因子κB信号通路促进BMDC活化，C1- OVA mRNA的体内抗肿瘤作用是TLR4依赖的CpG，因为VLVP中含有的佐剂，可以提高疫苗的效果，阻止PD-1在T细胞中的表达。然而，这些类PAMP佐剂可能影响mRNAs的翻译效率和降解，并具有潜在的毒性，如2.2.1节所述。开发既不影响mRNA翻译效率，又能积极调节多种先天和适应性免疫反应，促炎作用相对温和，毒性较低的新型佐剂已成为重要方向。TAA mRNA的免疫原性可以通过GM-CSF mRNA的共递送而增强。FLT3配体可促进浆细胞样DCs、经典DCs和NK细胞的扩增；诱导T辅助1型微环境；增强肿瘤内T细胞浸润及裸RNA的抗肿瘤作用。mRNA LNPs可通过刺激干扰素基因依赖性激活Ⅰ型IFN，诱导APC成熟，限制全身细胞因子表达，增强抗肿瘤作用。用于mRNA Galsomes的佐剂α-GC可通过DCs呈递激活iNKT细胞。活化的iNKT细胞可与DCs发生双向正调节作用，可正向调节NK细胞和免疫抑制细胞(如MDSCs和M1 TAMs)，不影响mRNA翻译效率，促进直接和间接的抗肿瘤作用。编码免疫共刺激分子的mRNA可用作佐剂(见2.1.3节)。TriMix (NCT01066390, NCTO1302496)；mRNA-2752 (NCT02872025)；mRNA编码人OX40L (mRNA-2416, NCT03323398)；编码IL-12、IL-15、GM-CSF和IFN-α的mRNA (BNT131，NCTO3871348)；编码IL-12的mRNA (MEDI1191，NCT03946800)；和mRNA编码的TLR7 /8激动剂和RIG-1-兴奋剂(RNA佐剂®)，NCT03291002，NCT03203005]正在临床试验中作为辅助治疗与免疫检查点抑制剂联合使用。表3 在临床前环境中用于mRNA癌症疫苗的递送系统概述2.5.给药途径给药途径直接影响疫苗的效力，mRNA癌症疫苗通常采用的给药途径包括静脉注射、皮内、皮下、肌肉注射、结内和肿瘤内给药。静脉注射允许更大的疫苗量和直接将疫苗输送到淋巴器官，但也有更大的系统性毒性风险。皮下注射疫苗的真皮含有APCs(如，DCs和巨噬细胞)以及血管和淋巴血管，但主要由致密结缔组织组成，导致通过皮内途径给药时疫苗量很小。皮内给药也可导致注射部位的不良反应(例如，肿胀、疼痛、红斑和瘙痒)。皮下注射疫苗的皮下区域含有比真皮更少的APCs；然而，它主要由脂肪组织的松散网络组成，允许通过皮下途径注射更大的注射量，从而引起更少的局部副作用(如疼痛)。肌肉注射疫苗的肌肉含有致密的血液网络，可以帮助招募和再循环不同类型的免疫细胞(如，浸润性APCs)到注射部位。肌内给药比皮内给药的注射量大，局部副作用也比皮内和皮下给药轻。结内注射疫苗的淋巴结含有多个APCs，结内给药具有较高的递送效率，允许小剂量的疫苗，但涉及复杂的程瘤内给药主要用于编码免疫共刺激分子的mRNA疫苗(例如TriMix, CV8102, mRNA-2752, mRNA-2416, BNT131和MEDI1191)作为免疫辅助治疗，也允许小剂量的疫苗，涉及复杂的程序。准确预测特定疫苗的最佳给药途径是困难的，建议通过直接比较研究来选择疫苗的最佳给药途径。结内注射的Luc-RNA在体内的转染效率优于皮内或皮下注射。经静脉注射OVA RNA复合DOTAP-DOPE诱导的CTLs杀伤作用优于皮内或皮下注射(静脉注射＞皮内注射＞皮下注射)。结内递送OVA mRNA联合TriMix诱导的抗原特异性T细胞的体内细胞毒性明显强于皮内递送疫苗。皮内接种E7 mRNA单糖化-LPR诱导的抗原特异性T细胞应答明显强于皮下接种。通过CART有效地将mRNA传递到APCs中(次要淋巴细胞APCs优先通过静脉注射靶向，而局部APCs通过皮下注射靶向)。肿瘤内三次给药的编码IL-23、IL-36和OX40L的三联体mRNAs的抗肿瘤作用显著优于同种药物的皮内或皮下给药；然而，在同一剂量下，通过这些途径的抗肿瘤效果没有显著差异，这表明对肿瘤疫苗的给药效果也与给药频率有关。鼻黏膜富含APCs和免疫细胞，临床前研究表明经鼻内注射的mRNA癌疫苗初步有效。鼻内接种mRNA纳米颗粒和鼻内递送LPC mRNA均可诱导抗肿瘤免疫应答。3.mRNA癌症疫苗的挑战和趋势迄今为止，已有数百种癌症疫苗进行了临床评估，美国食品和药物管理局(FDA)批准了三种治疗性癌症疫苗[卡介苗 (TheraCys®)，一种牛分支杆菌减毒活株，用于治疗非肌肉浸润性膀胱癌；Sipuleucel-T (Provenge®)，一种用于治疗转移性去势抵抗性前列腺癌的DC疫苗；以及用于治疗晚期黑色素瘤的溶瘤性疱疹病毒疫苗(talimogene laherparepvec, T-VEC) (Imlygic®)和两种预防性癌症疫苗(HPV疫苗和乙型肝炎病毒疫苗)。影响mRNA肿瘤疫苗研制的因素主要包括分子本身的内在因素和外部因素[如对肿瘤抗原的中枢耐受性(见第2.1.1节)、肿瘤和HLA的异质性以及肿瘤免疫微环境]。这些因素深刻地影响了mRNA癌症疫苗的发展。从内在因素来看，研究人员通过改进mRNA的结构和序列，改进mRNA的制备和纯化技术(见第2.2.1节)，开发新的传递载体(见第2.3节)，在一定程度上提高了mRNA癌症疫苗的有效性。肿瘤异质性的本质是肿瘤细胞的基因组异质性，导致抗原异质性，这是影响抗肿瘤T细胞反应产生的关键因素，也是开发个性化癌症疫苗的主要原因。HLA异质性主要是指个体间HLA分子类型的不同，导致个体间这些分子对肿瘤抗原的结合区域或结合亲和力存在差异，从而影响抗肿瘤T细胞反应的产生和强度。HLA异质性是由HLA等位基因在不同民族和地区人群中的多态性引起的。HLA Ⅰ等位基因包括9-11个常见超型，其覆盖率为90%。HLA-A loci (HLA-A等位基因：A*0101、A*0201、A*0301、A*1101和A*2402)占HLA-Ⅰ等位基因的60%，HLA-B loci (HLA-B等位基因：B*0702、B*0801、B*2705、B*3501和B*5701)占这些等位基因的35%以上。TME由免疫细胞、间充质细胞以及多种细胞因子和组织因子组成，在肿瘤发生和免疫逃逸中起重要作用。大质量内的间质压力可减少大分子(如抗体)和效应细胞(如T细胞)的扩散。大多数实体瘤也缺乏T细胞共刺激分子。TME通常含有免疫抑制细胞，包括CD4+Tregs, MDSCs，抑制性CD8+T细胞，M2 TAMs和调节性NK/NKT细胞。这些免疫抑制细胞和TME中的肿瘤细胞可以释放大量可溶性的免疫抑制因子，包括转化生长因子β、IL-10、PD-L1、吲哚胺2,3-双加氧酶和血管内皮生长因子等，进入微环境。考虑到肿瘤和HLA的异质性，肿瘤新抗原疫苗的开发在理论上比TAA定向疫苗具有更强的特异性抗肿瘤作用和更弱的毒副作用，一直是癌症疫苗研究的主要热点(见2.1.2节)。鉴于肿瘤免疫微环境，开发基于免疫的联合疗法(例如，与佐剂或免疫检查点抑制剂联合)已成为癌症疫苗应用的一个关键趋势(见第2.1.4和2.4节)。4.讨论产品的临床前评价是进入临床转化的前提，合理的评价可以提高预测临床结果的可靠性。临床前评价所采用的参数、技术和方法是疫苗质量标准的重要组成部分。疫苗的临床前评价应充分阐明疫苗的作用和机制，而mRNA肿瘤疫苗临床前评价的重点是确定抗原特异性T细胞反应的产生(如T细胞的数量和活化)和效果(如T细胞的杀伤作用和抗原亲和力)。一般来说，在临床前评估中，定量的体外和体内试验用于评估mRNA癌症疫苗的效果和机制。根据目前对抗原特异性T细胞免疫应答的认识，评价参数主要包括①鉴定疫苗的理化特性；②mRNA转染APC的效率(如结合与摄取、内化与转运、表达与分布)；③APCs的分化、成熟和抗原提呈；④疫苗免疫刺激；⑤细胞免疫原性(如CTL的产生、增殖和靶细胞杀伤)；⑥体液免疫原性；⑦抗肿瘤作用及相关机制；⑧初步毒性（如细胞毒性、内脏毒性和溶血）。诸如颗粒大小、电荷、对mRNA的结合能力和负载率、稳定性(如时间、温度和血清稳定性)、聚乙二醇化和硬度等因素可影响抗原递送(如淋巴引流)。Son等人研究表明，尺寸为~220 nm的Mann-capsules具有良好的变形能力，通过50 nm孔膜后的回复率约为30%。与基于蛋白质或肽的疫苗不同，mRNA疫苗开发的第一步是确保mRNA序列中编码的信息能够有效地翻译成相应的蛋白质或肽。mRNA的体外和体内转染效率是mRNA疫苗临床前评价的重要参数，提高mRNA的转染效率是提高mRNA疫苗药效学的关键途径。然而，APCs的体外转染效率可能存在差异，DOTAP/ DP7 - 增加了绿色荧光蛋白mRNA在APCs(包括293T、JAWSII、DC2.4和BMDCs)中的体外转染效率分别为84.87±3.21%、12.23±1.35%、28.49±2.46%和14.51±2.35%。为了验证mRNA在体外和体内的转染效率，我们以多种APCs作为体外转染模型，在体内检测不同器官的多种APCs的mRNA转染效率。增强绿色荧光蛋白(FLuc)是实验中常用的转染蛋白。染料标记的mRNA或疫苗载体已广泛用于转染研究。共聚焦显微镜和流式细胞术常用于评估细胞内微转染(如递送、摄取和翻译)，共聚焦显微镜可更直观、准确地评估mRNA的翻译效率，交互式视频信息系统可用于评估全身或局部大转染(如分布、淋巴引流)。用于体内抗肿瘤活性评价的肿瘤模型主要包括治疗性或预防性皮下、原位和肺转移肿瘤模型，所建立的体内肿瘤模型应准确模拟人体病理。Bialkowski等人的研究表明TC-1肿瘤的TME可因肿瘤接种部位(即皮下、肺部和生殖道)的不同而有显著差异，这直接影响了E7-TriMix mRNA疫苗的抗肿瘤效果。在选择用于临床前评估的细胞或动物模型时，物种特异性是需要考虑的重要因素。为了获得更准确的评价信息，可以建立人源化动物模型。通过静脉注射人外周血单个核细胞(HLA-A2型)的CD34+造血干细胞建立的人源化小鼠，进入免疫缺陷NOD/ shi-scid IL-2Rγnull小鼠或C57BL/6小鼠，建立体内肿瘤模型(如结果表明，转染修饰的人CD133 mRNA的DCs处理人源化小鼠模型的中位生存期大于60天，转染修饰的小鼠CD133 mRNA的DCs处理同源小鼠肿瘤模型的中位生存期为38天。肿瘤疫苗理论上具有抗肿瘤复发和转移的作用，可以建立多种体内肿瘤模型进行评价，阐明这些疫苗在预防或治疗肿瘤转移或复发方面的优势。有效的抗肿瘤反应需要多个免疫细胞的协同作用，而不是单个细胞的作用。目前，大多数肿瘤疫苗的重点是诱导CD8+T细胞，但CD4+T细胞等免疫细胞在诱导和维持免疫记忆、增强CTLs的肿瘤杀伤作用中也发挥着重要作用。采用NKT配体(如α-GC)作为佐剂的mRNA Galsomes通过iNKT细胞诱导抗肿瘤作用。在含有CD4+和CD8+T细胞的培养系统中转染CD133 mRNA的DCs比仅含有CD4+或CD8+T细胞的培养系统中的DCs更有效地激活T细胞并杀死肿瘤靶细胞。也有人担心mRNA癌症疫苗的安全性和副作用。修饰后的mRNA可与血清蛋白结合形成血管闭塞，具有潜在的毒性。DOTAP/DP7-C mRNA具有良好的血清稳定性和较低的细胞毒性；然而，Lipo2000和PEI25K具有很强的细胞毒性。最后，我们期待mRNA癌症疫苗的成功临床转化。参考资料：He Q, Gao H, Tan D, Zhang H, Wang JZ. mRNA cancer vaccines: Advances, trends and challenges. Acta Pharm Sin B. 2022 Jul;12(7):2969-2989. doi: 10.1016/j.apsb.2022.03.011. Epub 2022 Mar 23. PMID: 35345451; PMCID: PMC8942458.