多年來,普遍接受的觀念是不太穩定的、很難操作的mRNA不能有效地應用于醫療,然而,科研人員攻克這一難題后在體內表達藥用蛋白看上去是可行的(至少在原則上),如今,mRNA分子成為研究對象的領域涉及到,新的醫療手段(如腫瘤疫苗)、預防性疫苗接種(針對感染性疾病)以及基因&蛋白療法的替代治療。
攜帶遺傳信息的mRNA分子在細胞中發揮著基礎而又不可或缺的作用,憑借無毒性能在所有細胞類型表達瞬時蛋白,并在基因轉移和特定分子表達上比DNA分子更具優勢。此外,已知序列的蛋白質能被重寫編碼和表達,這使得mRNA在合成和應用過程中具有更大的靈活性。
科研人員在mRNA提取中都會遇到繁瑣的過程,其中最為重要的是保持mRNA的穩定性以供后續分析,而對mRNA構成威脅的是人體分泌的RNA酶,它存在于眼淚、唾液、黏液和汗水等體液中負責降解單鏈RNA以防御那些入侵的微生物。
腫瘤免疫治療和預防性疫苗
理想的腫瘤疫苗可激活先天性和適應性免疫系統,以誘導廣泛有效的持久免疫應答(體液免疫和T細胞介導的應答),而編碼腫瘤相關抗原的mRNA分子提供一條體內合成抗原的最佳途徑,從而對腫瘤患者進行直接性的接種免疫。
廣為人知的是,人體免疫系統將細菌DNA和病毒RNA視為外源核酸,這些核酸通過活化Toll樣受體可激活哺乳動物的固有免疫系統即非特異性免疫系統。雙聯RNA作為常見的病毒中間體可激活TLR3,而單鏈RNA和病毒性RNA激活人體TLR7和TLR8。
10多年前一項研究表明,直接注射裸露的、未受保護的mRNA能引起細胞毒T淋巴細胞和抗體的免疫應答,這反映出mRNA在腫瘤免疫治療領域提供了有吸引力的多肽和DNA的替代疫苗,該研究為以后的首個基于mRNA的免疫治療鋪平了道路。
但是,用裸露的RNA進行接種免疫在臨床上是不可行的,其不能有效地誘導抗原遞呈細胞的成熟,而那些結合陽離子肽和硫代磷酸酯骨架的mRNA能抵御RNA酶分解,并成為功能強大的免疫激活分子。此外,兩種成分的RNA分子(游離的和精蛋白結合的)組成了mRNA絡合物,能誘導適應性免疫應答并提供體液和T細胞介導的微環境。mRNA絡合物支持了抗原表達和TLR7介導的免疫刺激(完全獨立于HLA),從而彌補了多肽和蛋白疫苗的缺失特性。
早期臨床試驗表明,前列腺癌和肺癌患者接受mRNA疫苗治療后表現出令人信服的安全性,值得注意的是,mRNA疫苗不需要任何的轉運載體而從皮內注射。早期的數據表明,基于mRNA的特異性免疫療法在兩個試驗中都達到了預定的目標:T細胞的特異性抗原在多數患者中被檢測出;B細胞非特異性抗原的頻度在多數患者中提高了。
mRNA疫苗在傳染性疾病的應用還處于研究之中,近來德國研制出一次接種終生有效的mRNA流感疫苗,結果發表在在《自然 生物技術》(Nature Biotechnology)上。當mRNA被注入人體時,它會被人體免疫細胞檢測到,然后將其翻譯成蛋白質。研究人員解釋說,這些疫苗蛋白質會被人體認為異物而對其進行免疫應答。 MRNA不被降解,這種應答反應就持續存在。此后一旦身體再遇到該種病毒時,就會促發人體快速免疫反應,從而將病毒扼殺在初期。
展望mRNA的其他醫療用途
mRNA 在體內用作基因治療的主要限制是,其能引起先天性免疫應答。Katalin Karikói博士及其同事研究發現,樹突狀細胞和表達TLR的細胞被高效激活的對象是細胞和病毒RNA(富含修飾過的核酸),而不是哺乳動物的RNA,這表明先天性免疫系統識別那些缺少修飾的核酸。此外,修飾核酸摻入后能降低先天性免疫應答并提高mRNA的表達,而去除雙鏈RNA(經高性能液相色譜 HPLC處理)也可避免對I型干擾素(干擾素)和促炎細胞因子的誘導。
經化學修飾的mRNA能逃避人體的先天性免疫應答,目前這一種類型的mRNA處于臨床前研發階段,其體內合成的途徑包括胞內蛋白和分泌蛋白兩種。
mRNA被認為是一種多用途的、無毒性分子,能用于治療人類許多疾病。研究人員已克服mRNA的利用難題,這將見證高效的、低成本的mRNA治療時代的來臨。
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