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解鎖mRNA療法潛力的四大要素
2025-01-09 17:35:28在mRNA疫苗取得巨大成功之后，利用mRNA表達(dá)具有治療作用的蛋白，開發(fā)mRNA療法成為這一領(lǐng)域的下一個目標(biāo)。然而，將mRNA轉(zhuǎn)化為一種新治療模式，造福罕見和常見病患者，仍然面臨著一系列挑戰(zhàn)。不過，科學(xué)家們正在開發(fā)一系列創(chuàng)新技術(shù)，系統(tǒng)性地解決這些挑戰(zhàn)。日前，Nature Biotechnology上發(fā)表的一篇深度綜述對解鎖mRNA療法潛力的四大要素進(jìn)行了分析。
開發(fā)mRNA療法與mRNA疫苗的不同之處
開發(fā)mRNA療法與mRNA疫苗相比，需要克服額外的一系列挑戰(zhàn)。因?yàn)椋琺RNA疫苗需要生產(chǎn)的蛋白水平很低，人體的免疫系統(tǒng)會通過細(xì)胞和抗體介導(dǎo)的免疫反應(yīng)放大免疫信號。而mRNA療法需要產(chǎn)生的蛋白水平可能需要達(dá)到mRNA疫苗的1000倍才能產(chǎn)生治療效果。
很多情況下，mRNA療法產(chǎn)生的蛋白需要與特定器官、組織或細(xì)胞中的信號通路發(fā)生相互作用，這意味著靶標(biāo)細(xì)胞對療法的吸收將決定蛋白表達(dá)水平和療法的持久性。組織生物可利用度、血循環(huán)中的半衰期以及載體的靶向遞送效率都可能成為限速因素。向肝臟以外的組織精準(zhǔn)遞送mRNA療法仍然是一個挑戰(zhàn)。
mRNA療法的另一個挑戰(zhàn)是重復(fù)給藥。即使對mRNA進(jìn)行了化學(xué)修飾優(yōu)化并通過脂質(zhì)納米顆粒（LNP）遞送，長期給藥最終仍然會激發(fā)先天免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致蛋白表達(dá)水平下降。
增強(qiáng)蛋白表達(dá)水平的不同策略
mRNA的內(nèi)在免疫原性雖然會增強(qiáng)其作為疫苗的效力，但是反而會阻礙它們作為療法的效力。在小鼠模型中，mRNA作為酶替代療法（ERT），通常需要比mRNA疫苗高50~1000倍的劑量才能獲得治療水平的蛋白表達(dá)。目前，科學(xué)家們正在使用多種策略優(yōu)化mRNA療法的設(shè)計，達(dá)到維持高水平蛋白表達(dá)的目的。這些策略包括：
對mRNA序列的優(yōu)化
mRNA序列通常包括5’端帽（cap）、5’和3’端的非轉(zhuǎn)錄序列（UTR）、開放閱讀框（ORF）和多聚腺苷酸化尾（poly-A tail）。每一個部分都可以通過優(yōu)化來提高蛋白表達(dá)水平或mRNA的穩(wěn)定性。優(yōu)化mRNA序列方面最重要的突破之一是利用化學(xué)修飾的核苷來取代天然的核苷（特別是尿苷），這一技術(shù)可以顯著降低mRNA被先天免疫系統(tǒng)識別的可能，提高了蛋白的表達(dá)水平。在這方面做出突出貢獻(xiàn)的Katalin Karikó與Drew Weissman博士也在2021年獲得拉斯克臨床醫(yī)學(xué)研究獎。由于mRNA序列中的尿苷比例對先天免疫反應(yīng)有很大影響，即使不使用化學(xué)修飾的核苷，通過優(yōu)化密碼子，替換序列中的尿苷仍然能夠獲得降低免疫反應(yīng)，提高蛋白表達(dá)的效果。
在蛋白表達(dá)水平高低之外，限制mRNA療法的一個重要因素是蛋白生產(chǎn)的持續(xù)時間較短，這意味著需要反復(fù)給藥。目前，增強(qiáng)蛋白表達(dá)持久性的策略包括以下幾種：
自我擴(kuò)增mRNA（samRNAs）基于RNA病毒的自我擴(kuò)增機(jī)制，可以在細(xì)胞質(zhì)中誘導(dǎo)samRNA序列的復(fù)制。這一技術(shù)可以延長mRNA療法的表達(dá)動力學(xué)，從而降低給藥的頻率。與傳統(tǒng)線性mRNA相比，samRNA能夠在劑量降低約10倍的情況下維持相似的蛋白表達(dá)水平。
另一種策略為環(huán)形RNA（circRNA），這一技術(shù)消除了線形RNA被外切酶識別的兩端，顯著提高了mRNA的穩(wěn)定性。環(huán)形RNA半衰期的延長讓它們在不提高蛋白表達(dá)水平的情況下，增加蛋白的總產(chǎn)量。而且，環(huán)形RNA顯著降低了mRNA被先天免疫系統(tǒng)識別的可能。
這些策略之外，mRNA的純化對其表達(dá)水平也有重大的影響。mRNA的合成過程可能產(chǎn)生不想要的副產(chǎn)物，比如雙鏈RNA，沒有端帽的mRNA或者mRNA片段。這些副產(chǎn)物都可能嚴(yán)重干擾mRNA的轉(zhuǎn)譯，激活先天免疫系統(tǒng)，或者導(dǎo)致對mRNA活性的誤判。研究顯示，對化學(xué)修飾或未經(jīng)修飾的mRNA的純化，在小鼠模型中分別增加蛋白表達(dá)超過400%和30%，凸顯了純化步驟的重要性。
