一、mRNA的一个现实问题：剂量为什么总是下不来？

过去几年，mRNA技术的成功几乎重塑了疫苗和治疗研发范式，但随着应用深入，一个问题逐渐变得无法回避：剂量始终很难降低。

当前主流mRNA疫苗通常需要几十微克级别剂量，这不仅意味着生产成本高，也直接影响可及性与全球推广能力。更重要的是，高剂量往往伴随着更强的炎症反应和副作用风险。对于急性传染病，这种代价尚可接受，但当mRNA试图进入慢病治疗或蛋白替代领域时，问题就变得更加突出。

其根本原因在于：mRNA在细胞内是一次性模板。进入细胞后，它只被翻译有限次数，随后迅速降解。一般进入体内后，72小时之内基本降解完全（Fig1）。因此表达量与输入剂量呈近似线性关系——要更多蛋白，就只能打更多RNA。

也正是在这一限制之下，研究者开始思考另一种可能：如果RNA能在细胞内自我复制，是否可以从根本上改变剂量逻辑？

Fig 1. Expression and biodistribution of lipid nanoparticle-packaged mRNA. Mol Ther Nucleic Acids. 2022 Aug 13;29:657-671. 

二、自复制RNA：把“剂量问题”变成“复制效率问题”

Fig 2. Main steps of the saRNA replication cycle within the host cell. Viruses. 2025 Apr 14;17(4):566. 

自复制RNA（self-amplifying RNA, saRNA）的核心设计来源于α病毒复制系统。与传统mRNA不同，它在序列中引入了编码复制酶复合体（nsP1–nsP4）的区域，使RNA在进入细胞后不仅能被翻译，还能在细胞质中进行自我复制。其机制是：首先翻译产生复制酶复合体，随后以正链RNA为模板合成负链中间体，再由负链模板生成大量新的正链RNA，同时产生亚基因组RNA用于高效表达目标蛋白。这一过程本质上将“单次翻译”转变为“持续扩增+表达”的过程，使蛋白表达不再受初始RNA剂量线性限制。

这种复制驱动的表达机制直接带来了显著的剂量优势。研究显示，在流感模型中，传统mRNA疫苗需要约80 μg剂量才能诱导保护性免疫，而自复制RNA在约1.25 μg剂量下即可达到相似效果；在SARS-CoV-2研究中，1 μg级别的自复制RNA已能诱导强中和抗体反应。同时，其抗原表达持续时间也明显延长：自复制RNA在淋巴结中可维持表达数周甚至更久，而非复制型mRNA通常仅持续数天 。因此，自复制RNA并非简单提高翻译效率，而是通过RNA扩增机制，在更低剂量下实现更高且更持久的蛋白表达。

三、从概念到临床：表达与安全的平衡优化

如果说早期自复制RNA还停留在实验室阶段，那么近两年的发展已经明确表明：这一技术正在进入临床和产业化阶段。

最具代表性的案例是Arcturus开发的自复制RNA疫苗ARCT-154。该疫苗已在多项临床试验中验证其安全性和免疫原性。在一项整合的I/II/III期研究中，接种两剂后，超过94%的受试者产生中和抗体，且对重症COVID-19保护率超过95% （The Lancet Infectious Diseases, 2023; 24, 351-360）。更进一步，ARCT-154已在日本获得批准，成为全球首批获批的自复制RNA疫苗之一，这标志着自复制RNA正式迈入“商业化验证阶段”。

同时，多个研究团队正在系统优化replicon结构、调控复制强度和表达动力学，这些进展表明自复制RNA已经从概念验证进入“工程化优化阶段”。

四、放大表达的代价：自复制RNA真正的挑战

尽管自复制RNA在降低剂量和提高表达方面具有优势，但其复杂性也更高。首先是分子尺寸问题。相比传统mRNA，自复制RNA通常更长，典型alphavirus来源saRNA可接近或超过9 kb，这会增加递送和制剂开发难度。为进一步降低单条RNA的负担，Beissert等人在Molecular Therapy提出trans-amplifying RNA策略，将复制酶与抗原表达模块拆分为两个RNA分子；其中优化后的非复制mRNA提供复制酶时，transreplicon表达可提高10–100倍，并且低至50 ng抗原编码RNA即可诱导保护性免疫（Molecular Therapy, 2019; 28, 119-128）。

Fig 3. Expression from Trans-amplifying RNA in Conjunction with nrRNA-Delivered Replicase Activity Is as Efficient as Expression from Self-Amplifying RNA (Molecular Therapy, 2019; 28, 119-128).

另一方面，自复制RNA复制过程中产生的dsRNA中间体会激活先天免疫通路，带来反应原性、翻译抑制和细胞毒性问题。针对这一点，Gong等人在Advanced Science中通过nsP3 macrodomain突变获得低毒性saRNA，Q48P和I113F突变降低了dsRNA感知相关先天免疫激活，并在体内外提高蛋白表达（Advanced Science, 2024, 11: e2402936）。Wojcechowskyj等人在npj Vaccines中则通过共递送编码cardiovirus leader protein的RNAx，抑制过度先天免疫信号，在降低反应原性标志物的同时保持甚至增强免疫原性（npj Vaccines, 2025, 10: 85）。这些研究说明，自复制RNA的优化重点已经从“能不能表达”转向“如何在表达强度、持续时间和安全性之间取得平衡”。

Fig 4. RNAx suppresses proinflammatory cytokines in mice following vaccination (npj Vaccines 10, 85, 2025) 

结语

自复制RNA（saRNA）正在推动RNA药物从“瞬时表达”走向“持续扩增表达”。相比传统mRNA，其低剂量、高表达和更强细胞免疫激活能力，使其在疫苗、肿瘤免疫和蛋白治疗中展现出巨大潜力。尽管仍面临递送、安全性和表达调控等挑战，但随着复制子工程、LNP优化和RNA设计技术的发展，saRNA有望成为下一代RNA药物的重要平台。