新型脂质系统可以减少mRNA疫苗的副作用

　　新的脂质输送系统旨在提高效力和减少副作用。

　　正如任何营养师都会告诉你的那样，有些脂肪是有益的，在世界上使用最广泛的两种COVID-19疫苗中发现的小脂质球也是如此。这些被称为脂质纳米粒（LNPs）的微小脂质泡包裹着信使RNA（mRNA），它编码一种病毒蛋白，帮助将其运送到细胞中，并保护它免受破坏性酶的侵害。这项技术是Moderna公司和辉瑞生物科技公司合作成功COVID-19疫苗的关键。尽管这些脂质有益，但仍有很大的改善空间。

　　当纳米颗粒在体内扩散时，会引发许多人在接种疫苗后的疼痛和炎症，从而引发不良副作用。一旦进入细胞，它们就不能很好地卸载货物，这是蛋白质制造机器将mRNA序列转化为免疫启动信号的必要步骤。而且，由于它们在温暖时容易散开，因此必须在低温下储存，从而限制了它们在全球的使用。

　　新一代的LNPs具有更高的效力、更少的副作用、更高的稳定性和更精确的组织靶向性，目前正在大型制药和生物技术初创公司中开发。这些改进的纳米颗粒可能会导致更好的用于COVID-19和其他疾病的mRNA疫苗。它们也有助于mRNA的传递它有望成为一种治疗工具治疗疾病。佐治亚理工学院的生物医学工程师菲利普·桑坦杰罗（Philip Santangelo）与几家mRNA公司合作过，他说：“在交付方面有一些创新肯定会改变游戏规则。”

　　Cullis和他的同事大约20年前开发了第一个LNPs，将基因沉默药物携带到细胞中。他和其他人后来定制了LNPs的四种脂质成分，以向有缺陷的细胞传递纠正疾病的mRNA。mRNA疫苗公司VaxEquity的联合创始人、UBC生物工程师安娜·布拉克尼说，既然它们在疫苗中得到了新的应用，“仍有许多优化和开发需要进行。”当谈到如何理解细胞与纳米颗粒的相互作用时，“这只是个大问号。”

　　今年早些时候，基因泰克的科学家们展示了纳米颗粒激活特定的炎症途径，白细胞介素-1轴，对产生保护性免疫反应至关重要，但也会刺激副作用。在所测试的LNPs中，一种由SM-102（一种“可电离”的脂质体，有助于将mRNA结合并封装到LNPs中）制成的LNP被证明是这一途径的一个特别强的煽动者。这可能有助于解释为什么Moderna依靠SM-102的疫苗既高效又容易让人觉得恶心。

　　基因泰克团队没有评估辉瑞生物科技疫苗中发现的可比脂质。但是来自宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员测试了一种密切相关的炎症分子，发现它触发了一系列炎症分子，无论是想要的还是不想要的。现在的目标是设计能激活有利免疫途径而不过度刺激有害免疫途径的可电离脂质。

　　2021年，他们展示了LNPs的电荷对疫苗的成功至关重要负电荷使微粒不太可能停留在注射的小鼠的肌肉和淋巴结中，在那里它可以引起有益的免疫反应；相反，它往往会广泛传播，增加发烧、发冷和其他不良反应的风险。

　　为了制造一种带较少负电荷的纳米颗粒，研究人员调整了可电离脂质的化学性质。当配制成COVID-19的mRNA疫苗时，新的LNPs携带者促使鼠产生更多的保护性抗体根据去年以预印本形式发布的数据，目前Nature Communications正在对它进行审评。

　　纳米颗粒的特性

　　为了提高疫苗效力和限制副作用，研究人员正在改变组成脂质纳米粒的四种成分。每一种粒子都包含可电离的脂质，这些脂质结合信使核糖核酸（mRNA），一旦进入体内，它们的电荷就会从正电荷转移到中性，以限制粒子的毒性。其他三种脂质有助于其结构和稳定性。辅助性脂类也有助于颗粒与细胞融合，胆固醇帮助它们逃离细胞的内体，而聚乙二醇（PEG）脂质体可以防止它们聚集，从而延长它们的作用时间。

　　特拉维夫大学的生物化学家、疫苗投放初创公司NeoVac的联合创始人Dan Peer也开发了具有非典型结构的新型离子化脂质库。在未发表的实验中，它们似乎能使更好的mRNA疫苗产生更少的副作用，并能延长它们在室温下的货架稳定性。

　　其他的改进可能来自于促进LNPs进入细胞的吸收，然后增强它们挣脱细胞膜囊的能力，这些囊泡被称为内体，携带它们进入细胞内。俄勒冈健康与科学大学的生物工程师Gaurav Sahay说，绝大多数LNPs被困在这些容器中，然后在没有运送疫苗有效载荷的情况下被销毁或排出体外，这意味着“有大量的RNA没有被使用”。

　　可电离脂质的形状影响LNPs破坏内体的能力，胆固醇也是LNPs中的另一种脂质。Sahay和他的同事们在2020年与Moderna的科学家们一起报告说，使用不同形式的胆固醇可以提高LNPs逃逸率他建立了一家名为Enterx Biosciences的公司，将他的发现商业化。

　　赛诺菲已经开始在人体试验中对其定制的LNPs进行正面评估。例如，在2021年启动的一项研究中，该公司评估了两种LNPs方案，以提供正在研发的mRNA流感疫苗。根据初步数据，在2021年12月的一次投资者活动中，赛诺菲mRNA卓越中心的研究和生物标记负责人Frank DeRosa宣布一种脂质制剂证明在启动抗流感免疫方面效果更好。但同样的LNP在高剂量下也会引起更频繁的副作用。

　　其他公司，包括BioNTech和Arcturus Therapeutics，已经开始探索消除聚乙二醇，一种有助于稳定LNPs的化合物，但也与某些类型的不良疫苗反应有关。与此同时，越来越多的公司专注于优化脂质，以传递mRNA来治疗疾病，而不是预防疾病。这就需要获得能将疾病纠正蛋白编码到精确的细胞和组织中的mRNAs，而不仅仅是肝脏，因为目前的LNPs制剂往往会在输注后结束。卡利斯创立的初创公司纳米化疗法公司的联合创始人兼首席执行官Dominik Witzigmann说：“交付LNPs将是真正扩大mRNA在预防性疫苗之外的覆盖范围的关键。”

　　对LNPs技术的高度关注，以及从COVID-19疫苗中获得的利润，带来了更多的诉讼。Alnylam帮助开发了第一种经批准的LNP基因沉默药物，该药物自2018年起开始销售，用于治疗一种罕见的神经退行性疾病，该公司声称其基础ZL包括Moderna和Pfizer BioNTech疫苗的脂质成分。另外一家由卡利斯共同创立的加拿大公司杨梅生物制药公司（Arbutus BioPharma）因涉嫌侵犯一项涵盖含有一定比例脂类的LNP的ZL而向Moderna索赔。

　　参考文献：Massively parallel characterization of engineered transcript isoforms using direct RNA sequencing