韩雪祥等开发LNP新组分——佐剂类脂质，增强mRNA疫苗的递送效率和免疫原性

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

自2019年以来，新冠病毒（SARS-CoV-2）引起的新冠疫情仍在持续，迄今为止已在全世界导致了超过了600万人死亡。 疫苗已被证明能够有效降低这种传染病的传播和死亡率 。 目前，包括mRNA疫苗、腺病毒疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗在内的几种疫苗形式已获批准使用。 在不同的疫苗开发平台中，mRNA疫苗不仅表现出对多种新冠病毒突变株诱导中和抗体（NAb）产生和T细胞反应的能力，而且还具有开发和生产时间短、生产成本低的优势 。

mRNA早在1961年就被Sydney Brenner教授发现，但由于其已被酶降解，体内递送效率低，以及先天免疫原性高等问题，其在疫苗开发中的应用一直进展不顺。直到2020年，新冠疫情为mRNA疫苗开发带来转机。将mRNA与递送系统相结合，可以保护mRNA免受降解，并提高其穿越各种生物屏障的效率，克服mRNA疫苗的前两大挑战。

由可电离脂质（或类脂质）、磷脂、聚乙二醇化脂质和胆固醇组成的四组分脂质纳米颗粒（LNP）是目前临床上最先进的mRNA递送系统，辉瑞/BioNTech和Moderna公司各自开发的mRNA新冠疫苗就是例证 。

mRNA疫苗的另一个挑战——先天免疫原性问题，则是由Drew Weissman和Katalin Karikó提出的N1-甲基假尿苷（m1ψ）修饰所解决。虽然这种 核苷修饰mRNA的耐受性和蛋白翻译能力得到了改善，但它也会在很大程度上损害先天免疫反应，削弱了树突状细胞（mRNA-LNP疫苗的主要受体细胞）的激活，而树突状细胞是对疫苗接种产生强适应性免疫的关键过程。

2023年6月26日，宾夕法尼亚大学Drew Weissman教授、Michael J. Mitchell教授团队合作，在Nature Nanotechnology期刊发表了题为： Adjuvant lipidoid-substituted lipid nanoparticles augment the immunogenicity of SARS-CoV-2 mRNA vaccines 的研究论文 【1】 。

该研究开发了一种新的LNP组分——佐剂类脂质，可以增强mRNA-LNP疫苗的佐剂性。 研究结果表明，用佐剂类脂质部分替代LNP的可电离类脂质组分，不仅增强了mRNA的递送，还使LNP具有了TLR7/8激动剂活性，从而显著提高了SARS-CoV-2 mRNA-LNP疫苗在小鼠体内的先天免疫力，并具有良好的耐受性。

该研究优化的mRNA-LNP疫苗可诱导针对多种SARS-CoV-2假病毒突变株的强效中和抗体，以及强大的Th1偏倚细胞免疫反应、B细胞反应和长寿浆细胞（LLPC）反应。 重要的是，这种佐剂类脂质替代策略在临床相关mRNA-LNP疫苗中成功地发挥作用，证明了其转化潜力。

韩雪祥本科毕业于上海大学，博士毕业于清华大学，博士期间在国家纳米科学中心 赵宇亮研究员、聂广军研究员指导下从事纳米药物的抗肿瘤研究。2020年，韩雪祥加入了宾夕法尼亚大学Michael J. Mitchell实验室进行博士后研究工作，开发用于mRNA递送的新型LNP。2021年12月，韩雪祥作为第一作者在Nature Communications发表文章 ，系统总结并讨论了用于RNA递送的五种可电离脂质类型，并对未来发展的挑战和前景进行了展望【2】。详情：

之前有研究发现，某些脂质纳米颗粒（LNP）具有内在的佐剂活性，可以 促 进mRNA疫苗和亚单位疫苗的细胞和体液免疫反应的诱导。然而，LNP的佐剂活性是根据所使用的脂质而变化的，活性通常较弱，且非特异性。

Toll样受体激动剂（TLRa）是一种强效佐剂，可激活树突状细胞的呈递抗原，表达共刺激分子并产生选择性细胞因子（例如肿瘤坏死因子-α，TNF-α），有效刺激从先天免疫到适应性免疫的转变 。

脂肪酸修饰的TLRa掺入抗原负载的脂质体或纳米颗粒，已被证明可以增强适应性免疫反应的强度和持续时间。因此，将理性设计的TLRa衍生的可电离类脂质加入到LNP中带来额外的佐剂特性，有望进一步增强 mRNA-LNP疫苗的免疫原性 。

在这项研究中，研究团队以TLR7/8激动剂为基础，化学合成了一种LNP组分——佐剂类脂质。 TLRa通常通过酰化与大分子（例如脂质、多肽和聚合物）结合，在含胺的TLRa和烷基环氧化物C12之间进行开环反应，合成了佐剂类脂质C12-TLRa，将 该佐剂类脂质、磷脂、胆固醇和DMG-PEG按35:16:46.5:2.5的摩尔比例配置成C12-TLRa LNP，可与 带负电荷的mRNA结合并将其递送到细胞中。

为了进一步优化递送载体的递送效率，研究团队进行了进一步优化，使用佐剂类脂质C12-TLRa取代C12-113 LNP中的可电离脂质，当取代比例为5%摩尔比时，转染递送效率最高。

接下来，研究团队系统地评估了该疫苗的 先天和适应性免疫反应 。该 SARS-CoV-2 mRNA-LNP疫苗是用佐剂类脂质、类脂质、磷脂、DMG-PEG和胆固醇组成的递送载体与m1ψ修饰的编码二脯氨酸修饰的新冠病毒 刺突蛋白的的mRNA配制而成。

注射后，疫苗被树突状细胞内化，疫苗LNP中的佐剂类脂质使内体细胞定位的TLR7/8激活树突状细胞, mRNA被翻译为刺突蛋白作为抗原，由树突状细胞加工并呈递。在迁移到引流淋巴结后，活化的树突状细胞与CD4+T细胞、CD8+T细胞和B细胞一起协同发挥强大的适应性免疫反应。

总的来说，该研究开发了一种新型可电离类脂质——佐剂类脂质C12-TLRa，它不仅可以作为LNP的结构组分来增强mRNA的递送，还能作为作为一种佐剂 。该 佐剂类脂质替代的SARS-CoV-2 mRNA-LNP疫苗，显著增强了淋巴内树突状细胞激活和淋巴结内促炎细胞因子的产生，而且 具有良好的耐受性。 由于 先天免疫 的改善，佐剂类脂质 替代mRNA-LNP疫 苗免疫接种后，对SARS-CoV-2建立了更强的适应性免疫，包括较强的Th1偏倚细胞免疫反应、抗体反应、B细胞反应和长寿浆细胞（LLPC）反应。 此外， 该研究还 证实佐剂类脂质 替代可以增强临床相关mRNA-LNP疫苗的免疫原性 。

该研究为引入佐剂类脂质以提高mRNA-LNP疫苗适应性免疫反应的质量和强度提供了新的LNP配方基础，具有很强的转化用用潜力。

论文链接：

1. https://www.nature.com/articles/s41565-023-01404-4

2. https://www.nature.com/articles/s41467-021-27493-0