導(dǎo)讀：近年來，mRNA技術(shù)在癌癥免疫治療領(lǐng)域展現(xiàn)出革命性潛力，尤其在個(gè)性化癌癥疫苗開發(fā)中備受關(guān)注。

2025年美國國家癌癥研究所聯(lián)合Moderna首席科學(xué)家在Journal for ImmunoTherapy of Cancer（IF：10.3）發(fā)表綜述：

Leveraging mRNA technology for antigen based immuno-oncology therapies

文章亮點(diǎn)：該文章結(jié)合腫瘤生物學(xué)、免疫學(xué)與計(jì)算生物學(xué)方法，提出了一套從抗原、抗原表位選擇到mRNA結(jié)構(gòu)優(yōu)化的完整框架，包括抗原表位的識別和計(jì)算的實(shí)用工具，為mRNA癌癥疫苗的設(shè)計(jì)優(yōu)化和臨床轉(zhuǎn)化提供了極具價(jià)值的技術(shù)指導(dǎo)。

01

研究背景

癌癥疫苗作為一種有效的組合伴侶，能夠激活宿主免疫系統(tǒng)對抗腫瘤，提高免疫療法的療效。自2004年以來，癌癥疫苗相關(guān)的臨床試驗(yàn)快速增加，但相關(guān)管線中僅有極少品種獲批上市。2020年以來，mRNA技術(shù)的出現(xiàn)為癌癥治療帶來了新的希望。

截至2024年8月，全球共有23項(xiàng)個(gè)體化新抗原mRNA疫苗試驗(yàn)正在招募，其中KEYNOTE-942 IIb期試驗(yàn)顯示，mRNA-4157聯(lián)合PD-1抑制劑帕博利珠單抗（Pembrolizumab）可顯著延長黑色素瘤患者無復(fù)發(fā)生存期（RFS）。據(jù)2025年Moderna最新披露新型，mRNA-4157作為首款mRNA癌癥疫苗，有望在2027年獲批上市。

選擇合適的腫瘤抗原是設(shè)計(jì)mRNA癌癥疫苗的關(guān)鍵步驟，包括共享抗原和患者特異性抗原、抗原表位的計(jì)算。此外，mRNA疫苗的另一特色是，需優(yōu)化mRNA結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)其免疫原性和穩(wěn)定性，例如密碼子優(yōu)化等序列設(shè)計(jì)策略、有效遞送系統(tǒng)的開發(fā)等。

02

抗原靶點(diǎn)分類

2.1腫瘤抗原分類

抗原靶點(diǎn)的選擇是癌癥疫苗設(shè)計(jì)的核心。癌癥抗原主要分為兩類：腫瘤相關(guān)抗原（TAAs）和腫瘤特異性抗原（TSAs）。

腫瘤相關(guān)抗原（TAAs）的代表有MAGE-A1、NY-ESO-1等，在腫瘤組織中異常高表達(dá)，但在正常組織中（除生殖細(xì)胞外）幾乎不表達(dá)。TAA是現(xiàn)貨型mRNA疫苗的熱門靶點(diǎn)。

腫瘤特異性抗原（TSAs）包括病毒抗原（如HPV、EBV）和新抗原（neoantigens），后者由體細(xì)胞突變（如SNV、Indel、基因融合）產(chǎn)生，具有高度個(gè)體特異性。TSA是癌癥個(gè)性化疫苗開發(fā)的靶點(diǎn)。

2.2 新抗原來源與分類

腫瘤新抗原根據(jù)突變類型可分為：非同義單核苷酸變異（SNVs）、二核苷酸變異（DNPs）、插入缺失（Indels）、基因融合和其他非經(jīng)典抗原。

其中非同義單核苷酸變異（SNVs）最為常見，但共享熱點(diǎn)突變免疫原性較低，如KRAS G12D。二核苷酸變異（DNPs）常被誤判為兩個(gè)獨(dú)立SNVs，需專用注釋工具（如MAC算法）校正。插入缺失（Indels）：與MHC結(jié)合親和力較高（較SNVs高3倍），但小片段Indel檢測易受低復(fù)雜度區(qū)域干擾。基因融合檢測算法往往產(chǎn)生假陽性。

03

抗原表位的選擇和優(yōu)化

靶抗原鑒定之后，通常通過計(jì)算機(jī)評估來確定靶抗原中是否存在可能引起免疫反應(yīng)的最小表位。個(gè)體化疫苗設(shè)計(jì)根據(jù)患者的特異性突變和HLA 等位基因選擇獨(dú)特的新抗原衍生表位，而泛等位基因“現(xiàn)貨”設(shè)計(jì)旨在通過選擇可能在更廣泛的 HLA 類型中有效的共享抗原來實(shí)現(xiàn)更廣泛的適用性。

預(yù)測肽-MHC 相互作用的工具包括：

1.HLA結(jié)合預(yù)測：NetMHCpan-4.1、MixMHCpred等工具結(jié)合質(zhì)譜數(shù)據(jù)（如HLAthena的1.4M HLA-II配體數(shù)據(jù)），顯著提升預(yù)測準(zhǔn)確性。

2.免疫原性評估：PRIME、IMPROVE等模型通過整合肽-HLA穩(wěn)定性、疏水性等特征，優(yōu)化免疫原性預(yù)測。

3.多組學(xué)整合：結(jié)合腫瘤突變負(fù)荷（TMB）、持久性TMB（pTMB）等生物標(biāo)志物，篩選高克隆性突變以提高疫苗靶向性。

對于選定的抗原和/或表位，下一步應(yīng)優(yōu)化蛋白質(zhì)或多肽序列。優(yōu)化的目的是最大化T細(xì)胞免疫原性，同時(shí)避免脫靶效應(yīng)和自身免疫風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)策略包括：

1.功能域剔除：如黑色素瘤疫苗中截?cái)嗬野彼崦缚缒そY(jié)構(gòu)域，消除其生理功能。

2.免疫抑制基序規(guī)避：如EB病毒核抗原1（EBNA1）的甘氨酸-丙氨酸重復(fù)（GAr）結(jié)構(gòu)域會(huì)抑制抗原呈遞，需通過密碼子優(yōu)化破壞其G-四鏈體結(jié)構(gòu)。

3.輔助肽融合：泛DR限制性輔助表位PADRE可激活CD4+ T細(xì)胞，在乳腺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤疫苗中顯著增強(qiáng)免疫反應(yīng)。

4.多表位設(shè)計(jì)：多表位設(shè)計(jì)中常用的連接子包括AAY、EAAAK、KK 和靈活的富含甘氨酸的基序，如 GPGPG、GGGGS。

04

mRNA和遞送系統(tǒng)的優(yōu)化

mRNA設(shè)計(jì)的核心在于平衡穩(wěn)定性與免疫原性：

1.密碼子優(yōu)化：LinearDesign算法通過穩(wěn)定mRNA二級結(jié)構(gòu)，提升翻譯效率（體內(nèi)外免疫原性提高3倍）。

2.核苷酸修飾：假尿苷（Ψ）和N1-甲基假尿苷（N1mΨ）可降低TLR介導(dǎo)的先天免疫激活，但過度修飾可能導(dǎo)致核糖體移碼（如N1mΨ引發(fā)+1移碼）。

3.雜質(zhì)控制：雙鏈RNA（dsRNA）殘留會(huì)觸發(fā)非特異性炎癥反應(yīng)，需通過純化工藝將其降至<1%。

有證據(jù)表明，脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）不僅是遞送載體，還具有內(nèi)在佐劑效應(yīng)，能夠增強(qiáng)mRNA的免疫原性。例如，可電離脂質(zhì)可激活抗原呈遞細(xì)胞（APCs），促進(jìn)細(xì)胞吞噬與成熟。此外，通過調(diào)整LNP組分（如DLin-MC3）可定向誘導(dǎo)Th1/Th2反應(yīng)，適應(yīng)不同治療需求。

05

mRNA癌癥疫苗未來研究方向

5.1聯(lián)合治療探索

當(dāng)前mRNA癌癥疫苗的臨床試驗(yàn)主要聚焦于免疫檢查點(diǎn)抑制劑（如PD-1抗體）聯(lián)用，未來可嘗試計(jì)算方法來預(yù)測最佳抗原組合、評估免疫原性和模擬免疫相互作用，以確定與mRNA 疫苗聯(lián)合使用的有前途的靶點(diǎn)，例如CTLA-4抗體、LAG-3抗體。

5.2新型生物標(biāo)志物開發(fā)

已建立的生物標(biāo)志物，如腫瘤突變負(fù)荷（TMB） 或 PD-L1 表達(dá)，為免疫檢查點(diǎn)抑制 （ICI）療法提供了有價(jià)值的見解，但它們對治療性疫苗的適用性有限。未來可探索更多新型的生物標(biāo)志物，如持續(xù)性TMB（pTMB）更準(zhǔn)確地預(yù)測持續(xù)的治療反應(yīng)。

06

總結(jié)與展望

mRNA技術(shù)為癌癥免疫治療提供了快速、靈活且安全的平臺(tái)，其成功依賴于抗原靶點(diǎn)的精準(zhǔn)識別與疫苗設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化。未來需通過跨學(xué)科合作（計(jì)算生物學(xué)、免疫學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)）突破免疫原性預(yù)測瓶頸，開發(fā)新型聯(lián)合策略，并推動(dòng)個(gè)體化疫苗的規(guī)?；a(chǎn)。隨著技術(shù)的迭代與臨床數(shù)據(jù)的積累，mRNA疫苗有望成為癌癥治療從“廣譜療法”邁向“精準(zhǔn)治療”的關(guān)鍵推手。

參考文獻(xiàn)

[1] Floudas CS, Sarkizova S, Ceccarelli M, Zheng W. Leveraging mRNA technology for antigen based immuno-oncology therapies. J Immunother Cancer. 2025 Jan 22;13(1):e010569. doi: 10.1136/jitc-2024-010569.

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撰寫| 工程菌星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設(shè)計(jì)| Alice