mRNA疫苗技术在抗寄生虫疫苗开发的前景与挑战

基于mRNA的疫苗技术为抗寄生虫疫苗的开发带来了新的希望。mRNA疫苗能激发强烈的体液和T细胞免疫反应，与传统的蛋白质或DNA疫苗相比，其具有更高的效率和更低的成本，使其成为应对流行性病原体爆发的理想选择。最近，发表在《Clinical Microbiology Reviews》上的一篇题为“The mRNA Vaccine Technology Era and the Future Control of Parasitic Infections”的文章深入探讨了开发强效抗寄生虫疫苗所需的特征，并为基于寄生虫mRNA的疫苗开发提供了概念基础。文章还回顾了抗寄生虫疫苗的最新进展和挑战，并评估了针对寄生虫（如疟疾和血吸虫病等）的mRNA疫苗的潜力。

图1 mRNA疫苗的作用机制

（参考来源：Greg Richter/https://drexel.edu/news/）

01 寄生虫疫苗开发的挑战

寄生虫生命周期的复杂性及其与宿主之间的相互作用，加之寄生虫逃避和调节宿主免疫系统的能力，使得开发有效的抗寄生虫疫苗面临重重挑战。主要难点包括疫苗研发过程的复杂性和高昂成本，以及传统疫苗无法诱导持久保护性免疫的问题。目前，抗寄生虫疫苗主要包括传统的蛋白质疫苗和基因疫苗，但它们在诱导针对如疟原虫、血吸虫等寄生虫的有效保护性免疫方面表现有限。因此，需要探索新的疫苗平台，以高通量评估新型候选疫苗的有效性。

02 mRNA 疫苗的概述和历史

自1990年始，科学家们开始探索mRNA疫苗的可能性。当时，他们将编码b-半乳糖苷酶、荧光素酶和氯霉素乙酰转移酶这三种蛋白的mRNA注入小鼠骨骼肌中，并成功地观察到了这些蛋白在体内的表达。然而，由于担忧mRNA产物的不稳定性及其可能引发的先天性免疫反应，这一发现并未立即引起研究界的广泛关注。

然而，转折点出现在2005年。德鲁·魏斯曼（Drew Weissman）和卡塔林·卡里科（Katalin Kariko）领导的研究小组取得了重大突破。他们发现，通过用异构体伪尿嘧啶取代尿苷，可以对mRNA进行化学修饰，这不仅能显著提高蛋白质的表达水平，还能有效抑制不必要的先天性免疫反应。这一发现彻底改变了科学界对mRNA疫苗制药潜力的看法，为未来的疫苗开发开辟了全新的道路。

03 mRNA疫苗与重组蛋白疫苗和DNA 疫苗的特性比较

迄今为止，针对三种寄生原生动物（疟原虫属（Plasmodium spp.）、唐氏利什曼原虫（Leishmania donovani）、弓形虫（Toxoplasma gondii））和黑腿蜱（Ixodes scapulari）的 mRNA 疫苗研发工作已经启动。

表1 mRNA 疫苗、DNA 疫苗和重组蛋白疫苗的特点

04 mRNA疫苗的机制及其引发的免疫反应

mRNA疫苗的核心机制在于将编码目标免疫原的mRNA精准地传递到细胞质，随后由核糖体将其翻译成相应蛋白质。这种mRNA设计灵活，可编码多种蛋白质类型，包括细胞内、跨膜和分泌型蛋白。mRNA疫苗主要分为自扩增mRNA（SAM）和非复制mRNA（NRM）两类。SAM分子较大，除携带目标转录本外，还编码四种非结构蛋白（NSP），通过扩增RNA链提高抗原表达水平，因此通常能以较低剂量实现理想免疫效果。这一优势已在多种动物和人体试验中得到验证，对防治狂犬病、流感、呼吸道合胞病毒、艾滋病和埃博拉等疾病有显著效果。

mRNA疫苗接种后，通过激活适应性免疫和先天性免疫引发免疫反应。关键在于细胞如何识别非自身mRNA并启动防御机制。mRNA的三维结构包含病原体相关分子模式（PAMPs），可被细胞表面的模式识别受体（PRRs）识别。PAMPs与PRRs结合形成复合物，激活信号通路，促进促炎细胞因子和趋化因子的生成。其中，Toll样受体（TLRs）和RIGI样受体家族是关键PRRs。

在抗原呈递细胞（APC）内，特定的TLRs（如TLR3、TLR7和TLR8）识别RNA，诱导产生I型干扰素（IFN-a/b）。同时，RIG-I和MDA5激活IRF3和NF-kB，提高IFN生成。mRNA疫苗的安全性和有效性可通过优化mRNA质量、修饰方式、传递途径和给药方式等策略提升。例如，使用假尿苷替代尿苷，结合HPLC纯化，可减少不良免疫反应，增强抗原稳定性和表达水平。将修饰后的mRNA封装到脂质纳米颗粒（LNPs）中，可诱发强烈的T细胞反应，产生长效B细胞和高滴度抗体。

在GC启动过程中，持续存在的抗原促进抗体反应和B细胞/滤泡辅助细胞反应，增强中和抗体反应。即使低剂量免疫接种，mRNA疫苗也能引发强大的中和抗体反应，并激发多成分免疫记忆，维持长期记忆性B细胞和T细胞反应。这种免疫记忆在抗原再次暴露后迅速启动，提供持续保护。

图2 mRNA疫苗的组成与机制，及引发的免疫反应

05 mRNA疫苗在抗击寄生虫感染中的巨大潜力

mRNA疫苗平台凭借其出色的灵活性和高效性，为传染病病原体疫苗研发开辟了新途径。在流感病毒、寨卡病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）及HIV等病原体的临床试验中，mRNA疫苗的应用正稳步推进，Moderna、辉瑞和赛诺菲等领军企业为疫情防控提供了坚实科学基础。此外，mRNA疫苗在抗癌领域也取得了显著成果，尤其是针对肿瘤特异性新表位和肿瘤相关抗原的疫苗，已进入实体瘤的1/2期临床试验。

在寄生虫感染领域，mRNA疫苗的研发同样取得了重大突破。针对疟疾、由唐诺瓦尼氏菌（L. donovani）和弓形虫（T. gondii）等引起的寄生虫感染，mRNA疫苗通过调控免疫反应，有效控制了感染进程。特别值得一提的是，新型的PMIF mRNA疫苗在抗疟疾方面表现出色，通过调控关键免疫反应，显著提高了抗体水平和记忆T细胞分化，实现了较好的保护效果。

研究认为，抑制MIF可能是一种通用的策略，能刺激保护性免疫反应，对抗多种寄生虫感染。同时，编码恶性疟原虫周孢子虫蛋白的mRNA疫苗也在小鼠体内引发了无菌保护性免疫力，为红细胞前PfCSP mRNA疫苗的研发奠定了基础。这些发现促使BioNTech计划开发首个基于mRNA的疟疾疫苗，并预计在未来进入临床试验。

此外，针对多诺万利什曼原虫、弓形虫等寄生虫的mRNA疫苗研究也取得了积极进展。这些疫苗通过激发强大的抗原特异性T细胞反应，有效对抗细胞内病原体。同时，新型疫苗策略如利用改性树枝状聚合物纳米颗粒（MDNP）的疫苗平台，也为寄生虫等病原体的防控提供了新途径。

06 小结

mRNA疫苗平台在疫苗研发领域掀起了一场革命。其简便快捷的生产过程、低廉的成本以及激发的强大且持久的免疫反应使其成为抗击多种病原体的有力武器。特别是针对SARS-CoV-2的mRNA疫苗，其迅速研发和广泛应用为抗击COVID-19疫情立下了赫赫战功。

目前，针对多种病原体的mRNA疫苗正稳步推进临床试验，其中包括针对全球四分之一人口受影响的高发病率寄生虫蠕虫疫苗。这些蠕虫主要侵扰贫困农村地区的居民，因此其疫苗研发显得尤为重要。在众多寄生虫疫苗中，血吸虫病疫苗的研发前景尤为光明，尽管目前尚无有效的人类或动物血吸虫病疫苗问世。

研究人员已发现并测试了众多候选抗螺旋体疫苗，但仅有少数成功进入临床试验阶段，这主要归因于所诱导的保护性免疫水平不足。因此，构建一个高效、创新的抗异刺胞体19疫苗平台变得至关重要。

要开发有效的疫苗平台并进行优化设计，仍需深入了解寄生虫感染机制和免疫机制。未来，随着基因组学、转录组学、蛋白质组学等领域的深入研究，有望推动抗寄生虫感染疫苗的快速研发，为全球公共卫生带来重大突破。

参考文献

You H, Jones M K, Gordon C A, et al. The mRNA Vaccine Technology Era and the Future Control of Parasitic Infections[J]. Clinical Microbiology Reviews, 2023, 36(1): e00241-21.