卓泽文 孟飞龙 | 核糖核酸疫苗与免疫应答
文摘
2024-09-17 08:14
上海
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2021年8月23日，随着美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)正式批准，Pfizer/BioNTech公司联合研发的COVID-19疫苗Comirnaty成为全球首款上市的RNA疫苗。2022年1月30日，Moderna公司研发的COVID-19 RNA疫苗Spikevax也正式获得FDA批准上市。这两款产品均为信使RNA(messenger RNA，mRNA)疫苗。目前，文献已报道了多种形式的RNA疫苗技术，如mRNA(修饰或未修饰等)技术、自扩增RNA(self-amplifying RNA，saRNA)技术、环形RNA(circular RNA，circRNA)技术等(图1A)，而已经获批上市或纳入紧急使用清单的RNA疫苗包括mRNA疫苗、saRNA疫苗等。RNA疫苗的两个关键成分是编码抗原的RNA和递送系统[1]。在RNA疫苗注射至机体后，RNA在递送系统(目前主要应用脂质纳米颗粒技术)的帮助下进入机体细胞，利用机体抗原呈递细胞的蛋白质翻译系统完成抗原蛋白的合成。抗原分子最终分泌至胞外或呈递至细胞膜上，从而引起一系列的下游免疫反应[1,2]。研究发现，RNA疫苗首先被以下的机体细胞捕获：注射部位的肌肉细胞和表皮细胞[3]；注射部位的组织驻留型免疫细胞，如树突状细胞、巨噬细胞等[4]；引流淋巴结或脾脏等外周淋巴器官中的细胞等[5]。RNA疫苗纳米颗粒被这类细胞内吞后，可将RNA释放到细胞质中。细胞内源核糖体翻译机器进一步将其翻译成蛋白质，并加工转运至细胞膜上或分泌到细胞外，从而产生对应的抗原。树突状细胞等抗原呈递细胞摄取抗原并迁移至引流淋巴结，进一步激活B细胞或T细胞，启动生发中心反应产生记忆B细胞和浆细胞，引起特异性体液免疫反应；或诱导激活杀伤T细胞，从而直接杀死受感染的细胞，建立抗原特异性的细胞免疫。1 RNA疫苗技术的临床研究
RNA疫苗技术经过数十年的研究，在新型冠状病毒感染疫情期间得到飞跃式的发展。大量的临床前研究数据和临床研究数据证明了RNA疫苗技术是一种有效的疫苗技术。在此，我们总结了目前报道的多种形式的RNA疫苗的临床研究进展。1.1 修饰mRNA技术的临床应用
基础免疫学研究工作发现，经过碱基修饰的外源mRNA能够逃避机体固有免疫受体识别，从而更高效地表达抗原蛋白质[6]。为了最大限度地在免疫原性和反应原性之间取得平衡，体外合成的mRNA通常包含修饰的核苷，如假尿苷、N1-甲基假尿苷(N1-methyl-pseudouridine，m1ψ)、5-甲氧基尿苷等。修饰的核苷能够有效降低多种模式识别受体的激活，提高mRNA的翻译效率[7]。目前，大多数上市的mRNA疫苗如BNT162b2和mRNA-1273等均采用m1ψ完全替代尿苷(U)的方式体外合成mRNA疫苗[8,9]，是研究最为深入的一类修饰mRNA疫苗。在临床实验中，完全接种两剂BNT162b2或mRNA-1273预防SARS-CoV-2感染的有效性为91%[10]。超过13万名接种mRNA疫苗患者与未接种疫苗患者的大规模临床调查分析表明，BNT162b2和mRNA-1273在预防COVID-19相关住院方面的有效性分别为88.8%和86.0%，而两种疫苗预防COVID-19相关重症加强护理病房(intensive care unit，ICU)入院的有效性均达到100%[11]。但是Mulroney等[12]发现，m1ψ修饰易产生核糖体+1移码的翻译错误，导致翻译产物与预期的氨基酸序列不同，影响了mRNA疫苗的翻译保真度。在这项研究中，科学家比较了mRNA疫苗BNT162b2和病毒载体疫苗ChAdOx1 nCoV-19的小鼠T细胞免疫应答，发现接种BNT162b2的小鼠发生了+1移码的SARS-CoV-2刺突蛋白多肽的T细胞反应，而接种ChAdOx1 nCoV-19的小鼠则未发生。这表明，m1ψ修饰可导致翻译保真度下降，表达错误蛋白进而诱导脱靶的适应性免疫反应，潜在地影响疫苗效果并可能引发不良反应。1.2 未修饰mRNA技术的临床研究
未经修饰的mRNA能够被多种固有免疫模式受体识别，如Toll样受体3/7/8(Toll-like receptor 3/7/8，TLR3/7/8)以及视黄酸诱导基因Ⅰ(RIG-Ⅰ)等，导致固有免疫过度激活、蛋白质翻译停滞、RNA降解等后果[6,7,13]。但是也有研究表明，通过RNA序列优化设计等方法可降低未修饰mRNA的免疫原性[14]。2017年，《柳叶刀》报道了传染病mRNA疫苗的首次人体试验(NCT02241135)，该试验评估了狂犬病疫苗CV7201 mRNA在18~40岁健康成年人中的安全性和免疫原性[15,16]。CV7201 mRNA疫苗由编码狂犬病病毒糖蛋白(RABV-G)的未修饰mRNA和鱼精蛋白组成，采用针头或无针装置进行肌肉注射或皮内注射不同剂量(80~640 μg)的CV7201 mRNA疫苗。免疫分析显示，CV7201疫苗能够诱导较高水平的狂犬病毒中和抗体反应和抗原特异性T细胞免疫反应。进一步将CV7201的鱼精蛋白载体替代为脂质纳米颗粒(lipid nanoparticle，LNP)后，两次低剂量(1或2 μg)的CV7202即可诱导达到世界卫生组织标准的狂犬病中和抗体水平[17]。在非人灵长类动物中的比较研究表明，与两剂狂犬病毒灭活疫苗(商品名Rabipur)相比，两剂CV7202能够诱导更高水平的RABV-G特异性抗体分泌细胞和T细胞，并可产生保持三年以上的中和抗体[18]。但CV7202尚未进入临床应用。新冠病毒疫情期间，多项来源于未修饰mRNA技术的疫苗进入临床试验阶段，如CureVac公司研发的CVnCoV[19,20]，但最终并未获批上市。1.3 saRNA技术的临床应用
在saRNA疫苗的设计原理中，其自我复制活性在保证相似或更好的抗原表达的同时，可降低疫苗接种剂量。例如，ARCT疫苗(ARCT-021、ARCT-154)同时编码委内瑞拉马脑炎病毒RNA复制酶和SARS-CoV-2刺突蛋白的mRNA。RNA复制酶能够自我复制mRNA模板，从而扩增和延长SARS-CoV-2刺突蛋白表达[21-23]。ARCT-021在小鼠中进行单次免疫即可产生强烈的抗体反应和抗原特异性T细胞反应，中和抗体滴度能够持续增加到第50天左右[21]。ARCT-154是针对新冠病毒突变株设计的抗原，其Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ期临床试验表明[22]，两剂ARCT-154接种能够有效保护各年龄段接种者。同时期在日本开展的ARCT-154与BNT162b2作为第四剂加强剂接种的Ⅲ期试验表明[24]，ARCT-154能够诱导产生更高比例针对omicron BA.4/5突变株的血清学反应(ARCT-154为70%，BNT162b2为58%)。2023年11月，saRNA疫苗ARCT-154在日本紧急批准使用。1.4 环形RNA技术的研究
环形RNA(circRNA)是一类共价闭合的单链RNA，与线性mRNA相比，独特的共价环状结构赋予了其更高的稳定性，可以抵抗大多数RNA衰变机制的降解，具有高稳定性和抗RNase性[25,26]，其免疫原性可能更低[26-29]。与传统线性mRNA翻译依赖于5′帽子结构所不同的是，体外合成的circRNA利用核糖体内部进入位点(internal ribosome entry site，IRES)序列起始翻译[25,30]。2022年3月，circRNA技术被应用于新冠病毒及突变株的疫苗设计中[31]，circRNA表达的SARS-CoV-2刺突蛋白三聚体，能够引发有效的中和抗体反应和T细胞反应，在小鼠和恒河猴动物模型中产生针对SARS-CoV-2的有效保护力。另有一项研究也表明，circRNA疫苗能够有效激活抗原特异性CD8+ T细胞反应，抑制小鼠体内肿瘤生长[32]。但是，环形RNA技术仍亟待底层技术的突破，目前尚无circRNA疫苗临床试验数据。2 基于RNA技术的抗原设计
RNA技术的优势不仅体现，在其可以根据病毒突变快速设计疫苗，也体现在其编码抗原形式的灵活性。在此，我们总结了目前基于RNA技术的抗原呈递形式(图1B)。2.1 膜结合型抗原
在HIV疫苗的研发中，科学家发现，与重组蛋白疫苗相比，编码膜结合型mRNA疫苗能够显著增加广谱中和抗体前体B细胞的激活和募集，从而有效诱导中和抗体的产生[33]。B细胞能够识别膜结合型抗原，进而引发免疫突触的形成和B细胞活化[34]。这一过程是体内引发B细胞免疫反应的主要形式之一[35]。例如，滤泡树突细胞(FDC)能够通过细胞膜表面的Fc受体与抗原抗体复合物结合，在其细胞膜表面保留大量完整的抗原，从而驱动生发中心的B细胞免疫反应[36]。BNT162b2和mRNA-1273的mRNA编码SARS-CoV-2刺突蛋白的完整序列，并通过突变K986P/V987P位点稳定刺突蛋白结构[8,37]。刺突蛋白主要呈递在细胞膜上，可能是这类疫苗成功的原因之一。2.2 分泌型抗原
在新冠病毒疫苗开发中，亦有分泌型抗原设计的尝试。例如，泰国朱拉隆功大学和BioNet Asia研发的COVID-19 mRNA疫苗ChulaCov19能够编码SARS-CoV-2刺突蛋白胞外结构域，从而分泌病毒刺突蛋白作为抗原[38]。该疫苗的Ⅰ期和Ⅱ期临床试验表明[39,40]，ChulaCov19对SARS-CoV-2 Alpha、Beta、Gamma和Delta等突变株产生了较好的交叉中和效果。但这类疫苗最终并未走向临床应用。2.3 类病毒颗粒与多聚抗原
类病毒颗粒(virus-like particles，VLP)表面能够富集多个抗原，可形成多聚抗原。蛋白抗原聚集程度决定了B细胞反应的强弱，对体内B细胞产生不同差异的刺激[41]。多聚蛋白抗原能够降低B细胞抗原受体的亲和力阈值，有效活化促进B细胞克隆增殖分化，从而实现高效的体液免疫反应。即使在没有佐剂的情况下，低剂量的多价VLP抗原也能触发体内强烈的B细胞增殖[42]。相较于膜结合mRNA疫苗，VLP型的蛋白疫苗NVX-CoV2373能够诱导出更高水平的SARS-CoV-2刺突蛋白特异性IgG抗体[43]。在HIV疫苗研究领域，科学家设计了编码HIV包膜糖蛋白(Env)和猿猴免疫缺陷病毒(SIV) Gag蛋白的mRNA混合制剂[44,45]。这种Env-Gag VLP mRNA疫苗平均产生约32价Env抗原的类病毒颗粒，能够诱导出更高水平的中和抗体并降低恒河猴的感染风险[44]。在新冠病毒疫苗设计中，Lu等[46]设计了类似的类病毒颗粒mRNA疫苗。这种类病毒颗粒型mRNA疫苗相较于膜结合型mRNA疫苗能够诱导更高水平的中和抗体和T细胞反应[46]。基于RNA技术的灵活性，Hoffmann等[47]设计了编码SARS-CoV-2刺突蛋白序列、可自组装成VLP的S-EABR mRNA疫苗。这种基于转运必需内体分选复合体(endosomal sorting complex required for transport，ESCRT)通路设计的疫苗能够诱导机体更高水平的细胞免疫与体液免疫反应[48]。除类病毒颗粒抗原外，其他蛋白质多聚技术亦应用于疫苗的设计中[31,49]。例如，Pfizer和BioNTech的BNT162b1编码了SARS-CoV-2刺突蛋白受体结合域三聚体[50]。BNT162b1和编码刺突蛋白膜结合型mRNA疫苗BNT162b2的头对头比较显示，BNT162b1与BNT162b2能够诱导相似强度的体液免疫和细胞免疫水平[37,50,51]。BNT162b2具有更低不良事件频率的优点，从而进入Ⅱ/Ⅲ期临床试验。2.4 多价抗原
将不同病毒抗原混合形成多价抗原，在免疫学上能够产生更优的免疫效果。Arevalo等[52]整合了20种甲型或乙型流感病毒亚型血凝素抗原，设计了对应的mRNA并混合为多价疫苗20-HA mRNA-LNP。这种多价疫苗引发了高水平的交叉反应和亚型特异性抗体，能够针对20种流感病毒及以外的病毒株产生免疫力，在小鼠和雪貂模型中提供了有效保护。目前临床应用的流感疫苗一般由四种流感病毒抗原组成，很难为疫苗针对病毒株以外的感染提供保护[53]。多价mRNA疫苗可以通过同时诱导针对多种抗原的抗体反应提供保护，为通用流感疫苗的设计提供了一条可能的策略。2.5 抗原肽疫苗
RNA疫苗的灵活性也为设计针对T细胞细胞免疫的抗原肽疫苗提供了新的思路。Tai等[54]筛选了SARS-CoV-2蛋白质组中三个HLA-I表位肽，并将其与泛素序偶联，设计了对应的mRNA分子。这种技术能够使抗原呈递细胞高效呈递保守的SARS-CoV-2肽段，诱导T细胞免疫反应。在恒河猴动物模型中，这种抗原肽mRNA疫苗与SARS-CoV-2刺突蛋白mRNA疫苗联用，能够对SARS-CoV-2病毒增殖产生更强的抑制作用[54]。3 RNA疫苗的免疫应答
尽管RNA疫苗技术在新型冠状病毒感染疫情期间展现出迅速的应对能力和强大的保护效果，但科学家对RNA疫苗技术诱导机体产生免疫应答的特征和规律还知之甚少。RNA疫苗如何激活先天免疫应答，并建立适应性免疫反应的机制尚不清楚。在此，我们总结了目前对mRNA疫苗诱导机体产生免疫应答的研究进展。3.1 先天免疫应答
成功的疫苗必须以合适的剂量激活适宜的先天免疫系统，在免疫原性和反应原性之间取得平衡，既提供适应性免疫反应所需的信号，同时避免过度的局部或全身炎症[55]。在mRNA-LNP疫苗的注射部位，先天免疫细胞迅速浸润，其中很大一部分免疫细胞是中性粒细胞，其次是单核细胞和树突状细胞[4]。中性粒细胞吞噬最多的LNP，但抗原表达能力很差[4]。单核细胞和树突状细胞是主要的抗原呈递细胞，这两类细胞能够在摄取mRNA-LNP后活化，合成抗原蛋白，并迁移到引流淋巴组织中驱动适应性免疫反应。在抗原呈递细胞中，碱基修饰的mRNA可以逃避大多数的先天免疫受体，避免了过度的炎症反应[6]。而RNA疫苗的另一组分，LNP能够激活特定的先天免疫信号通路，发挥佐剂的功能[56]。通过单基因敲除小鼠遗传学分析，科学家对BNT162b2的免疫应答进行了系统研究，发现mRNA-LNP诱导的抗体和T细胞反应并不依赖于TLR2/3/4/5/7信号通路，也不依赖于炎症小体激活、坏死性凋亡或细胞焦亡等[9]。但是，Tahtinen等[56]研究发现，mRNA疫苗通过经典的炎症小体通路激活先天免疫信号通路，包括TLR7/8和NLRP3炎症小体等。而针对BNT162b2接种者的单细胞转录组分析也观察到了多个Toll样受体信号传导的上升现象[57]。这一系列遗传学与分子生物学证据表明，mRNA疫苗激活了多个先天免疫信号通路，不同的先天免疫信号通路可能发挥了冗余的功能。此外，mRNA疫苗能够促进多种促炎型细胞因子和抑炎型细胞因子的分泌[56]，均衡了体液免疫和细胞免疫。但是，mRNA疫苗以及其他形式的RNA疫苗激活先天免疫的分子网络仍存在许多知识空白，解析相关分子机制对RNA疫苗的设计具有重要意义。3.2 适应性免疫应答
临床应用的mRNA疫苗能够诱导强大、长期的CD4+和CD8+ T细胞反应。新冠病毒mRNA疫苗接种后，抗原特异性T细胞主要分泌γ干扰素(interferon-gamma，IFN-γ)、白细胞介素-2(interleukin-2，IL-2)和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等[58]。但抗原特异性T细胞分泌IL-4和IL-17的水平较低，甚至无法检测[59]。分析71名BNT162b2疫苗接种者的外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cells，PBMC)显示，接种mRNA疫苗能够有效激活中央记忆T细胞和效应记忆T细胞为主的抗原特异性CD4+ T细胞，以及以效应记忆T细胞和终末分化T细胞为主的抗原特异性CD8+ T细胞[59]。在处于免疫抑制药物治疗或原发性免疫缺陷而缺乏体液免疫保护的个体中，CD4+和CD8+效应记忆T细胞的反应代偿性比正常人更加强大[60]。临床数据显示，抗原特异性CD4+和CD8+ T细胞反应均在第二次mRNA疫苗接种后达到峰值。抗原特异性CD4+ T细胞反应在第二次mRNA疫苗接种后1周达到峰值，而抗原特异性CD8+ T细胞在2周后达到峰值[58]。CD4+ T细胞反应偏向TH1型，能够促进B细胞分泌IgG1、IgG2a类型的抗体，抗原特异性CD4+ T细胞反应的强弱与抗原特异性IgG抗体水平变化同步[8,9,58]。CD8+ T细胞反应在初次mRNA疫苗接种后即可诱导靶向不同表位的抗原特异性CD8+ T细胞，其效应功能(如分泌细胞因子、颗粒酶等)几乎保持稳定，第二次mRNA疫苗接种不会进一步增强其效应功能。在体液免疫应答中(图1C)，新冠病毒mRNA疫苗能够在小鼠模型中有效地诱导生发中心反应，刺激生发中心B细胞、TFH细胞增殖。这类淋巴细胞在免疫后第7天达到峰值，到第21天逐渐减少。抗体是体液免疫应答的重要组成部分，对新冠mRNA疫苗接种者的血浆分析表明，mRNA疫苗能够诱导强大的中和抗体反应，并至少持续6个月[61,62]。生发中心B细胞通过体细胞高频突变和亲和力选择，最终筛选出能够产生高亲和力抗体的B细胞群[63]。mRNA疫苗接种能够诱导持续的生发中心反应，产生高水平的体细胞高频突变[64]。在mRNA疫苗二次免疫接种的志愿者中，生发中心B细胞至少12周内保持在峰值频率或接近峰值频率[65]。记忆B细胞是浆细胞(分泌抗体)的主要前体，是维持体液免疫记忆、评估疫苗持久性的重要组成部分[66,67]。对61名新冠mRNA疫苗接种者的外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)分析显示，mRNA疫苗能够产生长期稳定的记忆B细胞反应[62]。而第三针mRNA疫苗能够诱导持续存在的记忆B细胞克隆进一步扩增，并产生新的抗原特异性B细胞克隆，最终分泌涵盖更多病毒蛋白表位的抗体库[68]。4 RNA疫苗不良反应的可能免疫机理
疫苗的安全性是评判疫苗的一项重要指标。随着大规模人群接种RNA疫苗，陆续有文献报道RNA疫苗存在一些明显的不良反应，如高反应原性(较高水平的不良反应)、IgG4相关疾病等。目前，科学家对RNA疫苗不良反应的免疫机制的认识尚不清晰。在此，我们总结了目前文献报道的RNA疫苗不良反应和可能的免疫机理。4.1 高反应原性(即较高水平的不良反应)
在新冠病毒mRNA疫苗的临床试验中，接种2剂疫苗的参与者经常出现局部和全身的反应原性(不良反应)[69]。大多数不良反应的严重程度和持续时间为轻度至中度。接种第一剂mRNA疫苗后，最常报告的局部和全身反应为注射部位疼痛(67.8%)、疲劳(30.9%)、头痛(25.9%)和肌痛(19.4%)[69]。接种第二剂后的反应原性明显更高，特别是全身反应，包括疲劳(53.9%)、头痛(46.7%)、肌痛(44.0%)、寒战(31.3%)、发烧(29.5%)和关节痛(25.6%)等[69]。寨卡病毒mRNA疫苗mRNA-1893的Ⅰ期临床试验结果也表明，接种两剂mRNA-1893后也会引起轻度和中度的局部不良反应，包括注射部位疼痛、发红和肿胀，以及疲劳、头痛、恶心，但没有严重的不良反应和死亡事件发生[70]。接种未修饰mRNA疫苗CV7201后，78%的接种者在7天内出现了全身不良反应，主要是发烧、头痛等，但无后遗症并最终消退[18]。在利用LNP递送的未修饰mRNA疫苗CV7202的临床试验中，5μg剂量的未修饰mRNA疫苗也产生了不可接受的不良反应[17]。这种高发的不良发应与RNA剂量相关，较低剂量疫苗引起轻度或中度的不良反应[17]，但免疫效果欠佳。这也是未修饰mRNA疫苗迟迟未能获批上市的原因之一。接种saRNA疫苗ARCT-154也频发轻度或中度不良反应，其中大多数是短暂的局部反应[22]，一例肝功能异常的严重不良反应被认为与疫苗有关[24]。目前，mRNA疫苗激活哪些先天免疫通路导致高反应原性的发生，又激活哪些先天免疫通路有助于适应性免疫的建立尚不清晰。是否能够完全区分两种过程，仍需要进一步研究。反应原性的严重程度与免疫剂量有关，但与适应性免疫反应之间没有明显的相关性[71]。更深入地理解RNA疫苗的高反应原性有助于下一代RNA疫苗的研发，以减轻疫苗接种者经历的中度和重度不良反应，同时建立更强更持久的适应性免疫。4.2 罕见的过度炎症反应
新冠病毒感染能够在人群特别是儿童中引发罕见但严重的多系统炎症综合征(multisystem inflammatory syndrome in adults，MIS-A；multisystem inflammatory syndrome in children，MIS-C)[72-74]。但最近研究发现，新冠疫苗接种也会非常罕见地引起成人或儿童的多系统炎症综合征[75-84]，严重的多系统炎症综合征患者需进入重症监护室接受治疗[83,85]。但这种疫苗引起的多系统炎症综合征也发现于灭活病毒疫苗[81]、腺病毒载体疫苗[75,84]接种者中。多系统炎症综合征发病与RNA疫苗的关联尚待解析。4.3 IgG4相关疾病
Irrgang等[86]对BNT162b2疫苗接种者血清中SARS-CoV-2刺突蛋白特异性IgG亚类进行了纵向分析，两剂BNT162b2主要诱导IgG1和IgG3表达。值得注意的是，抗原特异性IgG4的比例在第二次接种6个月后明显上升，并在接种第三剂疫苗后进一步增加[86-88]。其中，抗原特异性IgG4水平从0.04%上升至19.27%[86]。IgG4是人血清中丰度最低的IgG亚类，通常由机体在反复或长期的抗原暴露后分泌，特别是在过敏及寄生虫感染后。IgG4反应诱导免疫耐受并限制炎症反应，防止免疫系统过度激活[89]。针对意大利米兰新冠病毒感染者的临床调查研究发现，血清中高水平的IgG4与COVID-19死亡案例相关[90]。这一现象可能是因为IgG4抗体的病毒中和能力弱于其他类型的IgG分子，也可能由于感染者体内IgG4自身抗体，如抗IFN-γ自身抗体引起。2021年，日本报道了一例无风湿病史的78岁妇女在接种2剂BNT162b2两周后被诊断为IgG4相关疾病(IgG4-RD)[90]。与mRNA疫苗相比，腺病毒载体疫苗或者蛋白纳米颗粒疫苗的接种并未导致高水平IgG4抗体产生[43]。目前，mRNA疫苗诱导产生IgG4的分子机制尚不清楚。5 RNA疫苗亟待解决的底层共性难题
RNA疫苗技术经过新型冠状病毒感染疫情期间飞跃式的发展，至今方兴未艾。但RNA疫苗技术目前仍然有许多亟待解决的底层共性难题。对RNA疫苗诱导免疫应答的机制认识尚有许多不清楚的地方。推动RNA疫苗的技术发展和机制解析有助于提高RNA疫苗的整体性能。5.1 靶向特定细胞类型的递送系统
高效、特异的RNA递送系统对mRNA疫苗至关重要，外源mRNA必须通过细胞质膜进入宿主细胞内才能翻译表达目的蛋白，而目前研究最多、临床使用最为广泛的是LNP。LNP通常由四种成分组成：可电离脂质(可促进LNP的组装，并帮助mRNA释放到细胞质中)、连接聚乙二醇的脂质(能够延长LNP的半衰期)、胆固醇(可以稳定LNP的结构)、磷脂(支持脂质的结构)[1]。由于连接聚乙二醇的脂质容易被载脂蛋白E(ApoE)吸附，而ApoE可以与肝细胞上表达的低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor，LDLR)结合并促进肝细胞对LNP的摄取[91]，因此大多数LNP主要靶向肝脏，如基于cKK-E12的LNP[1]。通过向LNP中添加阳离子脂质，靶向肝脏的LNP能够靶向肺部，主要是肺内皮细胞[92]。而近中性和略带负电的基于DOTMA和DOPE的RNA-LPX则选择性靶向脾脏和树突状细胞[93]。Dilliard等[91]认为，有三个因素与LNP的组织靶向特性相关，分别是选择性器官靶向(selective organ targeting，SORT)分子的酸解离常数pKa、血清蛋白吸附和器官水平的生物分布。SORT分子决定了哪些血清蛋白最容易吸附到LNP表面，不同的血清蛋白吸附到LNP表面后，与靶器官的细胞表达的同源受体相互作用，促进LNP递送至这些器官。因此，开发、筛选新组分对实现精准高效的细胞类型特异性LNP递送系统至关重要，如Chen等[3]开发的添加iso-A11B5C1脂质的LNP能够实现高效的肌肉mRNA递送，同时最大限度地减少向其他组织的脱靶递送，降低肝脏对LNP的摄取、减少肝损伤，达到减少免疫剂量、降低疫苗副作用的目的。但靶向特定细胞的递送体系还处于开发的早期。Kheirolomoom等[94]将CD3抗体偶联LNP，实现靶向T细胞的活化；Rurik等[95]将CD5抗体与LNP偶联，主要靶向T细胞递送编码嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor，CAR)的mRNA，产生可以识别心脏纤维化细胞的瞬时、有效的CAR T细胞，在心脏病小鼠模型中减少心脏纤维化，有效恢复心脏功能；Tombácz等[96]利用化学共价偶联T细胞抗体的方法，将CD4抗体与LNP偶联，特异性靶向CD4+ T细胞递送mRNA。如何开发高效、便捷、适合大规模扩大生产的特定细胞递送体系是这一领域亟待解决的底层技术难题。5.2 RNA疫苗免疫应答图谱
在新冠病毒大流行期间，mRNA、腺病毒载体、重组蛋白亚基、蛋白纳米颗粒和灭活病毒等多种疫苗平台被应用于新冠病毒疫苗设计。不同病毒疫苗的保护效果和持久性各不相同。Hagan等[97]整合了减毒疫苗(如黄热病、天花和流感疫苗)、重组病毒载体疫苗(埃博拉和艾滋病毒疫苗)、灭活病毒(季节性流感疫苗)、多糖疫苗(肺炎球菌疫苗和脑膜炎球菌疫苗)、重组蛋白疫苗(疟疾)等13种疫苗的28项研究中的820名成年人的3 000多个样本的转录数据，与这些疫苗平台技术相比，新冠病毒mRNA疫苗接种后，在第1天能够引起类似的先天免疫反应[57]，但接种7天后(尤其是在二次免疫后)并没有检测到明显的B细胞转录特征变化，如抗体分泌细胞扩增的现象。由于RNA疫苗技术刚刚兴起，在近几年才获准用于临床。而RNA疫苗的免疫应答机制尚不清晰，还有以下问题亟需解答。(1)先天免疫信号通路如何平衡反应原性(不良反应)与免疫原性(疫苗有效性)需要进一步解析；(2) RNA疫苗制剂或其中特定组分是否是引发罕见多系统炎症综合征的原因；(3) RNA疫苗如何引起IgG4相关疾病? (4)不同类型RNA疫苗技术是否引起不同的免疫应答图谱? 针对RNA疫苗免疫应答图谱的研究将有助于提升RNA疫苗的保护性能，为未来RNA疫苗设计提供重要参考。
基金资助
中国科学院先导项目(XDB0570000)
--核糖核酸功能与应用专刊--
中国科学院核糖核酸功能与应用重点实验室聚焦“RNA的功能与应用”重大科技问题，着力研究RNA时空调控核心规律、RNA相关重大疾病致病机制、RNA原创技术与高效应用等，志在建立前沿性理念驱动、通用型技术为底盘的研发体系。依托核心骨干团队与《生命的化学》杂志精心组织了本期专刊。专刊聚焦于“新型RNA”“RNA新功能”“RNA新应用”等三个重要方向。专刊面向生物医学科研人员、科技政策管理人员、本科生及研究生等，期望展现RNA基础研究的科学前沿、RNA生物医学技术应用的瓶颈以及重点实验室面向国家重大战略需求的科研布局。
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《生命的化学》创刊于1980年，中国生物化学与分子生物学会主办、向国内外公开发行的生物综合类学术期刊。月刊，中国科技核心期刊，中国期刊网来源期刊，科技期刊世界影响力指数报告(WJCI)(2021)来源期刊，被化学文摘(CA)(美)、日本科学技术振兴机构数据库(JST)(日)等国际数据库收录。重点刊登生物化学、分子生物学及生命科学相关领域原创性研究论文、综述，反映当前领域国内外最新研究进展，介绍最新研究技术与方法。设有研究论文、综述、教学、科普等栏目。投稿网址：http://smhx.cbpt.cnki.net/
