下一代RNA疫苗 | saRNA能否带来历史性突破？

saRNA的事迹报道

在大流行席卷全球的危急时刻， saRNA疫苗同样登上了抗疫舞台。与其它RNA疫苗不同的是，它进入细胞后，可以自动复制来源源不断地生成抗原，激发强大的免疫反应，以低剂量便能实现良好的免疫效果。研究表明，针对大流行的saRNA疫苗在动物试验中表现良好，能有效诱导抗体和T细胞免疫反应，并已在多个国家进入临床试验阶段。在日本，saRNA疫苗已经获得了批准，为全球抗疫提供了新的选择。这项技术的持续发展，有望在未来传染病防控中发挥重要作用。

saRNA的构想来源

保守序列（CSE）：位于5′和3′非翻译区，包含关键的复制信号。

在设计saRNA时，仅保留非结构区和CSE，移除结构区，以消除感染扩散的可能性，同时保留其自我复制功能。

saRNA的设计方法

saRNA疫苗和传统mRNA疫苗的获得方法几乎一致，主要依赖于DNA模板，该模板携带编码RNA疫苗的抗原序列和启动转录的DNA依赖性RNA聚合酶的启动子（T7、T3或SP6噬菌体等来源）。通过体外转录，线性化的DNA模板则生成大量RNA转录产物。随后，RNA两端添加5′帽子和poly(A)尾巴，并经过纯化后即可用于制剂和递送。

saRNA的设计优化涉及多个关键部分，例如修饰5′帽子结构、控制poly(A)尾巴长度、引入化学修饰核苷酸、优化密码子使用以及调整5′和3′非翻译区（UTRs）。这些调整不仅影响RNA的稳定性，还影响其免疫反应和翻译效率。然而并非每种改进都奏效，例如，添加假尿苷等修饰虽然在传统mRNA中表现良好，但在saRNA中可能因自我复制过程中丢失修饰而效果有限。

另一个改进方向是从其来源中找到的灵感——通过参考α病毒的基因结构，优化saRNA的UTRs区域和非结构蛋白（nsP1-4）的序列。这些病毒天生具备复杂的二级结构，能够绕过宿主的翻译限制并躲避免疫系统的识别。基于这一特性，研究人员通过体外进化策略识别出委内瑞拉马脑炎病毒（VEEV）非结构蛋白中的关键突变，这些突变能显著提升亚基因组RNA的表达水平。

三种不同的RNA疫苗的概念：A. 传统mRNA：包含疫苗抗原编码区，两侧有5′和3′非翻译区（UTRs），在细胞中直接翻译成抗原或免疫疗法分子。B. 自扩增RNA（saRNA）：包含5′和3′的保守序列（CSE）、非结构蛋白（nsP1-4）基因、亚基因组启动子以及疫苗抗原。翻译后，nsP1-4蛋白形成RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）复合体，识别两侧的CSE序列，放大疫苗编码的转录本，增加细胞内抗原积累。C. 转扩增RNA（taRNA）：使用两种不同的转录本，一种为传统mRNA，编码nsP1-4基因及UTRs，另一种转录本编码病毒CSE序列、亚基因组启动子和疫苗抗原。在体内翻译产生RdRP复合体，放大疫苗编码的转录本，类似于saRNA效果。（来源：参考文献[1]）

saRNA疫苗的递送

递送saRNA疫苗是一个充满创新的领域，其挑战主要源于saRNA比传统mRNA更长的特点。目前，开发了多种非病毒递送方式，如脂质纳米颗粒（LNP）、阳离子脂质和高分子量聚合物等，这些方法通过增强细胞内运输和RNA释放显著提高了递送效率。例如，甘露糖修饰的LNP增强了皮内免疫效果，DAA阳离子脂质无需包裹即可保护RNA并诱导强效免疫。此外，有研究还比较了不同递送配方的性能，发现葛兰素史克的专有阳离子纳米乳剂（CNE）表现最佳。

为进一步优化，转扩增策略将saRNA分为两部分，即taRNA，缩短其长度并简化递送过程。这种方法在流感疫苗研究中展现出优异效果，成功诱导了中和抗体。总之，通过递送创新和策略优化，saRNA疫苗正在向高效、安全的方向迈进。

基于α病毒的saRNA疫苗表达外源基因的机制（参考文献[2]）

低剂量 强效果

与传统疫苗相比，saRNA疫苗就像一个自带“扩音器”的信使RNA（mRNA）。传统mRNA疫苗需要较高剂量才能在人体内表达足够的抗原，但saRNA疫苗则不然。它通过引入病毒复制酶基因，在细胞内自我扩增，从而在低剂量下实现更高水平的抗原表达。这意味着，我们可以用更少的疫苗剂量激发更强的免疫反应，不仅更有效，还减少了接种次数。

与传统的病毒载体疫苗不同，saRNA的自扩增虽和病毒基因组复制相关，却无需依赖完整的病毒颗粒，只需通过体外合成便可快速大量生产，并且免疫原性更可控，不容易引发对载体的过度免疫反应，避免了疫苗接种后可能的副作用。这种“轻便高效”的特点，使得saRNA疫苗能够在疾病爆发时快速响应，成为对抗新兴病原体的有力武器。病毒载体疫苗的一个主要问题是其自身可能引发免疫反应，即病毒载体的免疫原性可能导致机体产生针对载体的免疫。这种预存免疫会削弱后续加强剂接种的效果，从而降低疫苗的整体有效性，saRNA疫苗的生产和递送可以与传统mRNA疫苗类似，从而避开这种预存免疫的问题。

那么saRNA会在体内无限复制吗？

saRNA是RNA分子，进入细胞后，它会逐渐被细胞内的核糖核酸酶（RNases）降解。这些酶广泛存在于细胞中，可分解RNA分子以防止其过度积累。saRNA在完成抗原表达和自我复制的过程后，会被这些酶逐步清除。saRNA的设计特点是瞬时表达。它通过编码的RNA依赖性RNA聚合酶（RdRP）在细胞质中进行自我复制，并转录抗原序列。一旦细胞用尽其转录资源，或者细胞进入免疫清除阶段，saRNA的表达就会停止。因此，它的作用是短暂且自限的。

saRNA疫苗的局限性

过度的炎症反应：为了减少RNA转录过程中可能产生的非特异性免疫刺激，比如双链RNA（dsRNA）等副产物，研究者们尝试优化体外转录反应和液相色谱纯化技术。这些方法在传统mRNA疫苗中效果显著，但对于saRNA来说却并非万能，因为在其自我复制过程中，不可避免地会形成新的dsRNA中间体，从而增加炎症风险。

固有免疫激活：saRNA在复制过程中可能激活宿主细胞的模式识别受体（如RIG-I），诱导强烈的干扰素（IFN）反应。这种反应一方面可以增强免疫反应，但也可能抑制抗原表达，削弱疫苗效果。

临床数据不足：尽管saRNA疫苗在动物试验中表现良好，但目前在人类中的临床研究仍然有限。saRNA是否能在更大范围的群体中保持一致的免疫效果，仍需要通过进一步的临床试验证实。

结语

saRNA用少量RNA开启细胞内的“生产车间”，快速放大抗原的表达，为人体建立强大的免疫防线。它不仅具备传统疫苗无法比拟的生产速度和灵活性，还以低剂量实现高效免疫反应，为应对传染病提供了革命性的解决方案。展望未来，saRNA不仅有潜力在大流行中发挥关键作用，还可能在癌症免疫治疗和慢性疾病预防领域创造新突破。

saRNA的故事才刚刚开始，它的每一次技术进步都在推动疫苗学进入一个更高效、更安全、更普惠的时代。也许不久的将来，这个微小的RNA分子，将成为我们抵御疾病的强大盟友，为全球健康开辟全新的可能。

参考文献：

[1] Bloom, K., Berg, F. van den & Arbuthnot, P. Self-amplifying RNA vaccines for infectious diseases. Gene Ther. 28, 117–129 (2021).

[2] Silva-Pilipich, N., Beloki, U., Salaberry, L. & Smerdou, C. Self-Amplifying RNA: A Second Revolution of mRNA Vaccines against COVID-19.Vaccines 12, 318 (2024).

[3] Aliahmad, P., Miyake-Stoner, S. J., Geall, A. J. & Wang, N. S. Next generation self-replicating RNA vectors for vaccines and immunotherapies. Cancer Gene Ther. 30, 785–793 (2023).