德尔塔病毒致疫情反复，从工艺出发揭秘mRNA疫苗为何具有抵抗变异毒株的保护力丨医麦猛爆料
2021年8月10日/医麦客新闻 eMedClub News/--近日，卫健委新闻发言人米锋在国务院联防联控机制新闻发布会上报告了本轮由德尔塔变异毒株为主的新冠疫情。全国累计报告显示，7月新增本土确诊病例共328例，接近此前五个月总和。
事实上，自2020年末在印度发现了德尔塔以来，到日前（7月28日）世界卫生组织发布的新冠肺炎每周流行病学报告显示，132个国家和地区报告发现了德尔塔变异株，德尔塔已经成为全球新冠疫情的主要毒株。而现有的新冠疫苗能否有效预防德尔塔变异株已经成为公众关心的问题。
▲图片来源：俄罗斯卫星通讯社
目前国内接种的新冠疫苗种类主要有三种，分别是灭活疫苗、腺病毒载体疫苗和重组亚单位疫苗。其余新冠疫苗还包括mRNA疫苗、合成多肽疫苗、DNA新冠疫苗，国内外均在研制或已经有产品投入使用。
mRNA疫苗无疑是其中备受关注的新型疫苗，与传统疫苗相比，mRNA疫苗的安全性和产业化显得更有优势。mRNA疫苗保持了DNA疫苗能够表达胞内抗原的优点，同时克服其免疫原性低、可能产生抗载体的非特异免疫的缺点；同时和传统的多肽对比，mRNA开发周期和生产周期则要短很多，在对抗大规模爆发性传染疾病时有着重要的意义。
mRNA疫苗对德尔塔毒株保护效力良好
WHO的统计数据显示，截至2021年7月30日，全球共有18款mRNA新冠疫苗在临床试验阶段。其中BioNTech的mRNA疫苗BNT162b2和Moderna研发的mRNA-1273已经获批上市。相较传统疫苗而言mRNA疫苗首先占据了短研发周期的先发优势。而对于德尔塔变异毒株，mRNA疫苗同样能提供强而有力的防护。
6月22日，《新英格兰医学杂志》（NEJM）发表的最新论文显示，完成2剂BNT162b2 mRNA疫苗后，预防德尔塔变异株的保护率为88%。对比接种一剂mRNA疫苗，完整两剂疫苗对德尔塔突变株保护效力显著增高。
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6月29日，Moderna公司在美国纳斯达克证券交易所的公告上发布了针对接种mRNA疫苗的个体血清的体外中和研究。该研究论文《Serum Neutralizing Activity of mRNA-1273 against SARS-CoV-2 Variants》也同步在生命科学预印本平台BioRxiv上提交。
研究中，8名受试者者接受了两剂mRNA-1273疫苗后检测血清中和效力。结果显示，与原始毒株D641G（血清抗体数值1870）相比，针对Delta病毒株（血清抗体数值883），血清的中和滴度有所下降。但整体来看，Delta仍易受mRNA-1273诱导的血清中和作用影响。
mRNA疫苗在推进中发现问题
2021年7月21日，沃森生物和艾博生物合作研发的mRNA新冠疫苗（ARCoV）在中国临床试验网上登记了国内3期临床研究信息。这是国产mRNA疫苗开展的首个3期临床试验，旨在评价新型冠状病毒（mRNA）疫苗在18周岁及以上人群中接种的保护效力、安全性和免疫原性。
2021年3月25日，由斯微生物、同济大学附属东方医院合作研发的mRNA新冠疫苗的I期临床试验正式启动，主要评估18岁及以上健康易感人群中接种的安全性及免疫原性，这标志着上海自主研发mRNA新冠肺炎疫苗正式进入了预防新冠疫情的临床试验行列。
2021年3月16日，珠海丽凡达生物研制的新型冠状病毒mRNA疫苗获得国家药监局（NMPA）核准签发的《药物临床试验批件》，正按计划启动临床试验。该疫苗为继沃森生物以及斯微生物之后的第三款国产新冠mRNA疫苗。
mRNA疫苗在新冠疫情中发展迅速，但我们同样注意到，mRNA疫苗作为一个新的技术，不是每个厂家都能做到那么完美。
2021年6月16日，Curevac在公司官网公布了第一代新冠mRNA候选疫苗CVnCoV造国际关键2b/3期HERALD研究中的第二次中期分析结果，显示这款疫苗在预防症状性COVID-19的有效性只有47%。这是全球mRNA候选疫苗在最后阶段试验中的首次失败记录，CVnCoV未达到预定的研发目标，以及美国监管机构认可的最低标准线。
据公开信息披露，CureVac的mRNA疫苗，使用的是未经“化学修饰”的mRNA，在正常冷藏温度下就可以保持结构稳定，没有其他mRNA疫苗需要的超低温冷藏要求。同时，它的制造成本也更低廉，对急需获得疫苗的低收入和中等收入国家更具有吸引力。
目前尚不清楚问题是由病毒变异的特异性导致的，还是生产工艺的欠缺导致疫苗本身无法产生高水平的中和抗体。
mRNA疫苗工艺流程
随着mRNA疫苗的上市，其生产工艺也正在逐渐趋于成熟，mRNA疫苗生产工艺主要包括线性质粒的制备、RNA的体外转录、特异性捕获、精细纯化以及载体递送。
▲mRNA疫苗主流生产工艺（图片来源：参考资料三）
2021年5月，纽约时报将mRNA疫苗的制造过程首次公开，详细介绍了mRNA从一个质粒到运输接种的全过程。
mRNA生产（合成）过程从一个质粒DNA（pDNA）生成开始，该pDNA包含DNA依赖性RNA聚合酶启动子，如T7，和编码mRNA结构的相应序列。质粒在大肠杆菌的繁殖中得到扩增，然后从大肠杆菌中收获质粒。把质粒切开，只留下编码mRNA结构的的DNA，制备并得到高纯的线性pDNA之后，制备mRNA的前序步骤就已经准备就绪了。
▲线性质粒的制备（图片来源：参考资料四）
mRNA的产生是通过所谓的体外转录(IVT)以及共转录加帽进行的。体外转录(IVT)与共转录加帽是mRNA产生的工艺步骤。
上一步制备得到的DNA链与酶和核苷酸混合，pDNA作为DNA依赖性RNA聚合酶转录mRNA的模板，转录mRNA完成后通过DNase使模板降解。在真核生物中，转录后的mRNA必需经过一系列修饰才能形成完整的结构，即在5’端形成一个帽子结构（Cap1），3’端形成PolyA尾结构。这些结构与mRNA的稳定、转运和翻译密切相关。
▲mRNA的体外转录(IVT)（图片来源：参考资料四）
目前，已有多种修饰技术被用于产生更稳定的mRNA结构。其中最引人注目的是“加帽”技术，即在mRNA疫苗的mRNA片段的前端加一个“帽子”。不仅如此，还要在末端加一个3'端poly(A)尾部，加尾在mRNA翻译以及mRNA的酶稳定性中也起着重要作用，其可与几种多聚腺苷酸结合蛋白（PABP）结合，同时与5'端帽结构协同作用以调节翻译效率。
▲mRNA的修饰及生产流程（图片来源：参考资料五）
mRNA主要的修饰手段是N6-甲基腺苷、假尿苷(Ψ)和2'-O-甲基化（Nm）。N6-甲基腺苷（m6A）起到调节mRNA稳定性的作用。而人体对mRNA疫苗的免疫反应主要和尿苷 (部分由尿嘧啶组成)有关，利用假尿嘧啶替代尿嘧啶就能够减少免疫系统对mRNA的识别，RNA 5'帽子的2'-O-甲基化修饰可以使其逃脱宿主的抗病毒应答。赛默飞ARCA加帽策略的转录试剂盒mMESSAGE mMACHINE™ T7 ULTRA Transcription Kit可以引入调控元件（多聚腺苷酸尾）从而提高翻译效率，延缓mRNA的衰减，达到对mRNA进行修饰的作用。
mRNA疫苗“大厂”Moderna和BioNTech都是利用假尿嘧啶修饰保持mRNA的稳定性。
mRNA的纯化：通过体外转录获取mRNA的整个途径包括多个纯化步骤，传统的酚氯仿或离心柱法纯化容量有限，且不适合用于自动化。基于磁珠的纯化技术更为灵活，体系可扩展且适合用于自动化。纯化后所得的原料药基于无菌性、一致性、纯度和效力测试便可配制成药物产品并放行。这些工艺使GMP设施可以在很短的时间内转换为新疫苗，因为反应材料和容器是相同的。
mRNA的递送：递送方式主要包括：（1）利用载体将mRNA注入体内，常用载体包括包括脂质体和DC细胞；（2）可以通过体内转染试剂直接将mRNA注入体内；（3）通过物理递送方法直接穿透细胞膜，将mRNA注入细胞内。赛默飞拥有体外递送转染策略：Lipofectamine MessengerMAX试剂和突破性的Neon电穿孔转染系统。
▲Neon电穿孔转染系统
mRNA疫苗生产完毕后，其安全性和有效性是其最终开发是否成功的关键指标。疫苗进入体内后的吸收分布，引起的免疫原性和毒性，以及疫苗的功能性等，均是检验安全性和有效性的重要方法。因此，完整的分析方法的建立，对于mRNA疫苗产品的最终评估尤为重要。
为了控制终产品的质量，可采用动态光散射测量LNP的粒径。通过凝胶电泳中对部分终产品进行分析，以验证RNA的完整性以及来自制剂或包装过程的主要杂质是否有残留。如果当地监管机构有要求，还可以使用高效液相色谱(HPLC)代替凝胶电泳，以进行分析。
mRNA疫苗快速布局传染病领域
近年来，mRNA疫苗以极为惊人的速度在迅速发展，在新冠大流行期间的mRNA疫苗成功出道。而且很快人们发现mRNA技术的特性同样适用于疟疾、狂犬病、寨卡病毒等传染病领域，制药巨头们纷纷加快mRNA在传染病领域的研究。
2021年6月22日，赛诺菲（Sanofi）与Translate Bio合作启动了一项评估mRNA疫苗治疗季节性流感的1期临床试验。
▲Sanofi季节性流感mRNA疫苗sp0273（图片来源：Sanofi）
Moderna在今年1月份开启了三种流感mRNA疫苗研发管线，并制定了今年进入临床的计划。另外，Moderna在巨细胞病毒等疾病也有相应的mRNA疫苗在研发阶段。
2021年7月7日，Moderna公司宣布其在研疫苗mRNA-1010的1/2期临床试验已完成首批受试者接种。同时，检验H10N8流感疫苗mRNA-1440和检验H7N9流感疫苗mRNA-1851的临床试验均进展顺利，为预防流感提供全新疫苗选择。
2021年7月，成功研发新冠疫苗的德国生物新技术公司（BioNTech）宣布，将基于信使核糖核酸（mRNA）技术开发一种安全高效的疟疾疫苗，并计划于2022年底开始进行相关的临床试验。
结语
mRNA疫苗由于自身的天然优势，例如可以在体外生产和纯化，制备工艺通用性强，可以制备多价疫苗等等,已经涉足包括传染病在内的多个疾病领域。在全球的制药企业对mRNA疫苗的深入研究之下，mRNA的创新药品已经展现出良好的治疗前景，后续更多的mRNA创新药的商业化应用将值得期待。
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参考资料：
1.https://sputniknews.cn/covid-2019/202107301034172951/
2.http://www.dyhjw.com/gold/20210709-51887.html
3.https://mp.weixin.qq.com/s? src=11×tamp=1628487818&ver=3241&signature=F23VLdVKxYKpLj3v3PdQw1pnCmyhX6sTVrEqYKbWoCmGjYTh2nbBIB2o4VxzzXeoFA2iv39D0T4-IPEBA0jCApyujzK9bly-qdrOk7n3kfxqcZms55lPGguam14YQc3G&new=1
4.https://mp.weixin.qq.com/s? src=11×tamp=1628487891&ver=3241&signature=rTCUfbM4sVPH6e5ie1d5-vMm8bnXsc8G2jXcAMnPiI4kNP2Nd91D4HfsV*O9K*KZr-NuTPOOEiHS0xJEkc5sLinaMUfxLjyFUcUXnD2xor34dyLu67vmrUe8cjeEKV6L&new=1
5.https://mp.weixin.qq.com/s? src=11×tamp=1628488243&ver=3241&signature=G8LUK5PEtfSfQVnkHY7LYV5HPf3qeLnnzlj7i5yl8ZfN3vprhBIDUl0vHCWGO8wg*wi1vZiZeFI6iIWf0jiohTjv6ZIRogkoDXaBixWB0MlvFXtejjPtKmhTyQ9H3Cht&new=1