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新冠的爆發(fā)讓mRNA技術(shù)從各種疫苗技術(shù)中脫穎而出，也推動了mRNA疫苗的商業(yè)化，輝瑞/BioNTech以及Moderna的兩款mRNA疫苗的相繼獲批上市，mRNA疫苗未來將會有更廣闊的發(fā)展空間。隨著越來越多的mRNA疫苗應(yīng)用于臨床，疫苗的有效性和安全性評價也更加需要重視。
01
mRNA疫苗作用機(jī)制
mRNA疫苗將特異性抗原的部分mRNA引入人體細(xì)胞內(nèi)，利用宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成機(jī)制產(chǎn)生抗原，從而激發(fā)特異性免疫反應(yīng)，并達(dá)到形成免疫記憶的效果。mRNA疫苗可分為預(yù)防性傳染病mRNA疫苗和治療性腫瘤mRNA疫苗。預(yù)防性傳染病mRNA疫苗在細(xì)胞中表達(dá)傳染病特異抗原，激活機(jī)體的免疫應(yīng)答反應(yīng)產(chǎn)生抗體，從而達(dá)到預(yù)防傳染性疾病的目的。治療性腫瘤mRNA疫苗是在機(jī)體細(xì)胞內(nèi)合成腫瘤特異性抗原蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答反應(yīng)，從而有針對性地攻擊腫瘤細(xì)胞，達(dá)到腫瘤預(yù)防或治療的作用。
圖1 mRNA疫苗作用機(jī)制
如圖所示，mRNA疫苗從合成到啟動免疫反應(yīng)主要經(jīng)歷以下三個階段，包括體外mRNA合成、細(xì)胞內(nèi)加工和啟動免疫反應(yīng)。mRNA疫苗被封裝在脂質(zhì)體（LNP）載體納米顆粒中，并被抗原呈遞細(xì)胞內(nèi)吞，mRNA從載體逃逸后釋放到細(xì)胞質(zhì)中，然后由核糖體翻譯成抗原蛋白。隨后，內(nèi)源性抗原被蛋白酶體降解為多肽，由MHC I呈遞并激活細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CD8+T細(xì)胞）。此外，分泌的抗原可被細(xì)胞吸收，在內(nèi)切體內(nèi)降解，并通過MHC II類蛋白在細(xì)胞表面呈現(xiàn)給輔助性T細(xì)胞。最后，輔助性T細(xì)胞（CD4+T細(xì)胞）刺激B細(xì)胞產(chǎn)生抗病原體的中和抗體。
02
mRNA疫苗優(yōu)勢
· 有效性高：一次給藥，可表達(dá)多種抗原，免疫原性強(qiáng)，可激活細(xì)胞免疫和體液免疫；
· 安全性高：不存在潛在宿主感染風(fēng)險或整合到宿主細(xì)胞基因組中的誘變風(fēng)險，自我降解可通過正常生理過程代謝；
· 研發(fā)周期短：平臺技術(shù)復(fù)用性強(qiáng)，能更有效應(yīng)對突發(fā)疫情或病毒變異；
· 低生產(chǎn)成本+快生產(chǎn)速度：體外轉(zhuǎn)錄合成制備，無需細(xì)胞培養(yǎng)和動物源基質(zhì)，生產(chǎn)線可復(fù)用可快速制備。通常傳統(tǒng)疫苗的生產(chǎn)至少需要6個月時間，而mRNA疫苗由于高產(chǎn)量的體外轉(zhuǎn)錄反應(yīng)和快速制劑的特點(diǎn)，在實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的情況下30天內(nèi)就可產(chǎn)成，疫苗的時效性在應(yīng)對突發(fā)疫情尤其是病毒變異時分外重要。
03
mRNA疫苗應(yīng)用
mRNA技術(shù)在理論上可以生產(chǎn)出任何一種人類所需的蛋白質(zhì)。除新冠疫苗外，mRNA疫苗廣泛應(yīng)用于傳染病預(yù)防研究，如預(yù)防呼吸道合胞病毒（RSV）、巨細(xì)胞病毒（CMV）、寨卡病毒、流感病毒、狂犬病毒等傳染性疾病領(lǐng)域。Moderna宣布RSV mRNA疫苗mRNA-1345的三期臨床達(dá)到主要終點(diǎn)，對于2種或2種以上癥狀的保護(hù)率為83.7%，mRNA-1345為表達(dá)pre-F蛋白的單價mRNA疫苗，進(jìn)行單次免疫，根據(jù)該數(shù)據(jù)，Moderna將于2023年遞交上市申請。
mRNA疫苗能夠更精準(zhǔn)地靶向特異免疫目標(biāo)。篩選出腫瘤相關(guān)抗原進(jìn)行測序、分析，將對應(yīng)的mRNA序列合成疫苗，使自身細(xì)胞生產(chǎn)出抗原標(biāo)識物，并以此激發(fā)對應(yīng)的特異性免疫。由于mRNA疫苗中的編碼可以進(jìn)行編輯，可以準(zhǔn)確地控制產(chǎn)生的抗原蛋白種類和序列，選擇僅僅在腫瘤細(xì)胞中才會分泌的抗原蛋白標(biāo)志物作為靶點(diǎn)，避免誤傷其他正常細(xì)胞，使特異免疫精準(zhǔn)地靶向腫瘤。此外，mRNA 疫苗能夠激發(fā)針對細(xì)胞的T細(xì)胞免疫，在殺傷腫瘤細(xì)胞方面擁有更高的效率。
mRNA-4157（個體化腫瘤疫苗）是針對每位腫瘤患者量身定制的個體化腫瘤疫苗，能夠容納高達(dá)34個編碼新抗原的mRNA序列，注射到患者體內(nèi)后，mRNA上攜帶的指令就會告訴患者的癌細(xì)胞表達(dá)所選的新表位，進(jìn)而患者自身的免疫系統(tǒng)能夠識別出癌細(xì)胞并精準(zhǔn)的殺傷腫瘤細(xì)胞。Merck與Moderna聯(lián)合開發(fā)的個體化癌癥疫苗mRNA-4157正與Merck的PD-1抗體（Keytruda）聯(lián)用，應(yīng)用于完全切除的黑色素瘤患者的輔助治療。臨床試驗結(jié)果顯示，與單獨(dú)使用Keytruda相比，聯(lián)合治療將復(fù)發(fā)或死亡的風(fēng)險降低了44%， FDA 已授予“突破性治療”認(rèn)定，用于高危黑色素瘤患者接受完全切除術(shù)后的輔助治療，此次認(rèn)定意味著mRNA療法可能成為治療黑色素瘤和其他癌癥的新興前沿療法。
04
mRNA疫苗的免疫原性評估
圖2 疫苗研發(fā)中涉及的不同類型的生物分析方法
免疫原性是疫苗研發(fā)各個階段需要關(guān)注的重要指標(biāo)，包括疫苗的免疫原性評價以及有效性評價。以輝瑞/BioNTech新冠mRNA疫苗為例，COVID-19 mRNA疫苗的有效性和安全性分析如下：
· ELISA/Luminex檢測血清中抗體針對COVID-19病毒Spike蛋白及RBD區(qū)域的結(jié)合作用；
· 疫苗誘導(dǎo)的中和抗體應(yīng)答通過COVID-19病毒中和試驗和假病毒中和試驗檢測；
· IFN-γ ELISPOT檢測PBMC的免疫響應(yīng)（使用Spike重組糖蛋白分別刺激疫苗接種前后同一志愿者體內(nèi)PBMC，對比接種后和接種前細(xì)胞分泌IFN-γ程度）；
· 流式細(xì)胞術(shù)檢測CD4+ T cell及CD8+ T cell經(jīng)Spike重組糖蛋白刺激后產(chǎn)生的IL-2、IFN-γ及TNFα；
· MSD/Luminex驗證細(xì)胞因子檢測；
圖3 mRNA疫苗臨床生物分析內(nèi)容
（以輝瑞/BioNTech新冠mRNA疫苗為例）
圖4 四種新冠疫苗誘導(dǎo)的體液和細(xì)胞免疫
圖5 BNT162b2誘導(dǎo)IgG抗體和病毒中和抗體
結(jié)合抗體和中和抗體常用于mRNA疫苗的免疫原性和保護(hù)效力分析，BNT162b2疫苗1/2期臨床試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)BNT162b2產(chǎn)生了強(qiáng)烈新冠抗體反應(yīng)，SARS-CoV-2人體血清中有50%的中和幾何平均滴度（GMT）是COVID-19人群恢復(fù)期樣本（HCS）中觀察到的3.3倍。BNT162b2誘導(dǎo)血清中和了22種含有SARS-CoV-2S變體的假病毒。
圖6 BNT162b2誘導(dǎo)T細(xì)胞分泌細(xì)胞因子
細(xì)胞免疫的作用機(jī)制主要是包括兩個方面，致敏T細(xì)胞的直接殺傷作用，以及其通過釋放細(xì)胞因子的協(xié)同作用，因此mRNA疫苗細(xì)胞免疫分析為細(xì)胞免疫表型及胞內(nèi)細(xì)胞因子檢測、監(jiān)測疫苗接種后的安全性，通常采用流式細(xì)胞術(shù)（FACS）或酶聯(lián)免疫斑點(diǎn)技術(shù)（ELISPOT）來進(jìn)行檢測。
BNT162b2臨床試驗中，大多數(shù)參與者具有強(qiáng)烈的IFNγ或IL-2陽性CD8+和CD4+T細(xì)胞反應(yīng)，并在9周后的整個觀察期內(nèi)仍能檢測到。一周后，表位特異性CD8+早期分化的效應(yīng)器記憶表型T細(xì)胞占總循環(huán)CD8+的0.02-2.92%，8周后檢測到0.01-0.28%?？傊珺NT162b2在人體內(nèi)可誘導(dǎo)產(chǎn)生中和抗體以及多特異性細(xì)胞免疫反應(yīng)。
05
總結(jié)與經(jīng)驗
熙寧生物|精翰生物擁有完善的技術(shù)平臺和豐富的經(jīng)驗，可為mRNA疫苗臨床前以及臨床階段提供一站式的生物分析服務(wù)。包括mRNA基因水平檢測（qPCR），表達(dá)產(chǎn)物水平和功能活性檢測（Bioassay/ELISA/MSD），抗病毒結(jié)合抗體和抗病毒中和抗體檢測（Cell Based Assay/LBA），細(xì)胞免疫反應(yīng)（ELISPOT/FACS）以及細(xì)胞因子（ELISA/MSD/Luminex）等，高效助力mRNA藥物研發(fā)。
熙寧生物 免疫分析平臺介紹
支持產(chǎn)品類型：
蛋白藥（單抗，雙抗，融合蛋白，ADC，融合蛋白等），細(xì)胞和基因治療藥物
可檢測項目：
藥代動力學(xué)(PK)，藥效學(xué)(PD)
抗藥抗體(ADA)，中和抗體(NAb)
生物標(biāo)志物(Biomarker)，細(xì)胞因子
熙寧生物 流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞亞群經(jīng)驗
? 檢測CD45、CD3、CD4、CD8、CD19，CD56等指標(biāo) (TBMNK)
? 檢測CD3、CD4、CD8、CD19、CD56、CD25、CD127等指標(biāo) (TBNK, Treg)
? 檢測CD3、CD4、CD8、CD16、CD56，Ki67等指標(biāo) (Ki67)
? 檢測CD3、CD4、CD8、中心記憶細(xì)胞、效應(yīng)記憶細(xì)胞( CD45RA, CCR7)
? 檢測CD3、CD4、CD8、PD-1、LAG3、TIM3、 中心記憶細(xì)胞、效應(yīng)記憶細(xì)胞
? 檢測CD3、CD4、CD8、Treg、NK、 Ki67等指標(biāo) （細(xì)胞增殖）
? 檢測CD3、CD4、CD8、CD25、CD69、HLA-DR (T細(xì)胞激活）
? 檢測CD3、CD4、CD8、4-1BB、ICOS (T細(xì)胞激活）
? 檢測BCMA、CD19 、CD38、CD138、CD56、CD117
? 檢測骨髓克隆性漿細(xì)胞含量（CD45、CD19、D38、CD56、CD138）
? 檢測淋巴細(xì)胞亞群分型（CD19 、CD22 、CD38、CD138、CD56、CD117）
? 檢測淋巴細(xì)胞亞群分型（BCMA、CD19 、CD38、CD138、CD56、CD117）
? 檢測CD45、CD38、CD138、CD19、CD117、CD81、BCMA、Kappa、Lambda、CD56、CD27
? 檢測CD19、CD45、CD38、CD56、CD20、CD138、CD269、k輕鏈、λ輕鏈
? 檢測 CD45、CD3、CD4、CD8、CD19、CD56、CD25、CD127、CD45RA、CCR7、PD-1、TIGIT、TIM3、LAG3、CD27、CD69、CD38、HLR-DR、4-1BB
06
參考文獻(xiàn)
1. mRNA-based modalities for infectious disease management
2. 2020 White Paper on Recent Issues in Bioanalysis: Vaccine Assay Validation, qPCR Assay Validation, QC for CAR-T Flow Cytometry, NAb Assay Harmonization and ELISpot.
3. mRNA-based therapeutics: powerful and versatile tools to combat diseases
4. Development of functionally relevant potency assays for monovalent and multivalent vaccines delivered by evolving technologies
5. BNT162b2 vaccine induces neutralizing antibodies and poly-specific T cells in humans
