導(dǎo)讀：2017年，美國(guó)華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院與Valera（Moderna子公司）、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）合作在Cell期刊發(fā)表了基于mRNA技術(shù)開(kāi)發(fā)寨卡病毒（ZIKV, Zika virus）的研究成果：Modified mRNA Vaccines Protect against Zika Virus Infection。這也是Moderna第一代寨卡病毒疫苗mRNA-1325的早期研發(fā)數(shù)據(jù)。隨后，Moderna又基于mRNA-1325進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計(jì)了第二代疫苗mRNA-1893，在維持免疫效力的同時(shí)降低了使用劑量。目前，Moderna已將mRNA-1325和mRNA-1893推進(jìn)至臨床階段。

本期文章將結(jié)合兩篇Moderna參與發(fā)表的兩篇經(jīng)典文獻(xiàn)，以及專利等公開(kāi)信息，解析Moderna 寨卡病毒mRNA疫苗的設(shè)計(jì)與優(yōu)化策略，以供參考。

01

第一代mRNA疫苗的設(shè)計(jì)

2017年，Moderna等發(fā)表在Cell期刊的研究主要包括兩種疫苗設(shè)計(jì)思路：一是基于野生毒株prM-E抗原設(shè)計(jì)mRNA疫苗，二是嘗試設(shè)計(jì)prM-E抗原突變體，目的是降低抗體依賴性增強(qiáng)（ADE）效應(yīng)。

1.1 野生型prM-E抗原

研究人員開(kāi)發(fā)出一種脂質(zhì)納米顆粒（LNP）包封的修飾 mRNA 疫苗，包含特定的 5' 和 3' 非翻譯區(qū)、修飾核苷等，以提高翻譯效率和穩(wěn)定性，減少先天免疫激活。其中編碼區(qū)域包括免疫球蛋白E（IgE）信號(hào)肽序列，下游是ZIKV Micronesia 2007分離株來(lái)源的prM-E蛋白。

研究在兩類小鼠模型中評(píng)估了該mRNA疫苗（IgEsig-prM-E）的免疫效力，一種是缺乏 I 型和 II 型干擾素信號(hào)反應(yīng)的 AG129 小鼠，另一種是免疫健全的 C57BL/6 小鼠。結(jié)果顯示，兩劑mRNA疫苗能誘導(dǎo)產(chǎn)生高中和抗體滴度（~1/100,000），保護(hù)不同品系小鼠免受 ZIKV 感染，部分實(shí)現(xiàn)絕育免疫。

1.2 prM-E抗原突變體的嘗試

考慮到ZIKV 與 DENV 的交叉反應(yīng)可能導(dǎo)致抗體依賴的增強(qiáng)作用（ADE），研究人員對(duì)mRNA疫苗進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)在 E 蛋白的 DII 區(qū)融合環(huán)（E-DII-FL）引入四個(gè)突變（T76R、Q77E、W101R 和 L107R），并嘗試了不同的信號(hào)肽序列（日本腦炎病毒JEV來(lái)源），設(shè)計(jì)了兩款mRNA 疫苗：IgEsig-prM-E FL、JEVsig-prM-E-FL。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，編碼FL突變體的mRNA疫苗在 BALB/c 小鼠中能誘導(dǎo)產(chǎn)生保護(hù)性抗體，但JEVsig-prM-E FL誘導(dǎo)的中和抗體滴度有所降低。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和 AG129 小鼠實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)L突變疫苗顯著減少了針對(duì) DENV 的增強(qiáng)抗體產(chǎn)生，降低了 DENV 感染的 ADE 風(fēng)險(xiǎn)。

以上數(shù)據(jù)提示，編碼FL突變體的mRNA疫苗在減少 DENV 感染增強(qiáng)方面有一定效果，但存在中和抗體滴度降低的問(wèn)題。

02

第二代mRNA疫苗的設(shè)計(jì)

隨著更多寨卡病毒毒株的出現(xiàn)，Moderna對(duì)第一代疫苗mRNA-1325進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生了第二代ZIKV疫苗mRNA-1893。研究成果于2023年發(fā)表于NPJ Vaccine期刊。

mRNA-1893編碼Zika RIO-U1（當(dāng)代毒株）來(lái)源的prM-E抗原，信號(hào)肽序列來(lái)源于日本腦炎病毒（JEV）。整體來(lái)看，相比mRNA-1325，mRNA-1893發(fā)生了兩點(diǎn)核心差異：一是信號(hào)肽序列的更換，二是prM-E抗原編碼序列存在5個(gè)氨基酸的差異，位于pr和E編碼區(qū)：V1A、S17N、A228T、V640M、T655M（位點(diǎn)是基于信號(hào)肽外編碼區(qū)域的依次排序）。

兩款mRNA疫苗的體外表達(dá)特征：研究發(fā)現(xiàn)，mRNA-1893 在體外可形成并分泌 VLP，而 mRNA-1325 無(wú)法生成分泌型 VLP。在細(xì)胞裂解物中，兩者都能檢測(cè)到 E 蛋白，但僅mRNA-1893 的上清液中可檢測(cè)到成熟的 VLP 相關(guān)蛋白。此外，mRNA-1325 表達(dá)的 E 蛋白半衰期小于 2 小時(shí)，會(huì)被蛋白酶體快速降解；而 mRNA-1893 表達(dá)的 E 蛋白半衰期不低于 6 小時(shí)。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)顯示，將mRNA-1325編碼抗原中的 E 蛋白第 40 位氨基酸由丙氨酸替換為蘇氨酸（E A40T）可挽救 VLP 生成。

兩款mRNA疫苗的免疫反應(yīng)分析：在恒河猴試驗(yàn)中，更低劑量（10μg）的mRNA-1893與200μg mRNA-1325引發(fā)相當(dāng)?shù)闹泻涂贵w滴度。動(dòng)物攻毒后，mRNA-1893組未檢測(cè)到病毒RNA，而 mRNA-1325 各劑量組均有動(dòng)物出現(xiàn)病毒突破。

此外，該研究也嘗試了針對(duì)mRNA-1893編碼區(qū)域的優(yōu)化，在prM-E抗原基礎(chǔ)上增加C抗原，設(shè)計(jì)了兩款額外的mRNA構(gòu)建體：CprME/NS2B3、C-2A-prME。但在小鼠免疫原性研究中，相同劑量下的mRNA-1893 與含 C 的 mRNA 構(gòu)建體產(chǎn)生的中和抗體滴度相似。

03

結(jié)語(yǔ)

整體來(lái)講，Moderna在寨卡病毒mRNA疫苗的設(shè)計(jì)中，將編碼區(qū)域的設(shè)計(jì)作為了重點(diǎn)之一，主要體現(xiàn)在信號(hào)肽的設(shè)計(jì)和替換（IgE或JEV），以及抗原序列的選擇和優(yōu)化（含不同毒株來(lái)源的野生型prM-E、prM-E突變體、或者額外添加C抗原）。

結(jié)合Moderna針對(duì)寨卡病毒的相關(guān)專利US10653767來(lái)看，在臨床管線mRNA-1325和mRNA-1893的實(shí)際設(shè)計(jì)中，Moderna仍采用了野生型prM-E抗原，其原因可能是幾種設(shè)想的抗原優(yōu)化方案沒(méi)有表現(xiàn)出絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] Richner JM, Himansu S, Dowd KA, et al. Modified mRNA Vaccines Protect against Zika Virus Infection. Cell. 2017 Mar 9;168(6):1114-1125.e10. doi: 10.1016/j.cell.2017.02.017.

[2] Bollman B, Nunna N, Bahl K, et al. An optimized messenger RNA vaccine candidate protects non-human primates from Zika virus infection. NPJ Vaccines. 2023 Apr 20;8(1):58. doi: 10.1038/s41541-023-00656-4.

[3] Moderna Patent. Zika virus mRNA vaccines. US10653767.

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撰寫| RNA星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設(shè)計(jì)| Alice