突破mRNA应用的局限 这一技术能带来新一代疗法吗？

基于mRNA的疫苗和疗法开发近日成为人们关注的热点之一，上周致力于开发环状RNA技术的Laronde完成4.4亿美元的B轮融资，今日另一家mRNA新锐又出现在人们的视野里。Replicate Bioscience宣布完成4000万美元的A轮融资，将开发针对癌症耐药性，以及治疗自身免疫和炎症等多种疾病的创新疗法。该公司的技术平台是称为自我复制RNA（self-replicating RNA, srRNA）的创新技术。

mRNA在传染病疫苗开发方面已经获得了成功，然而，将它开发成为治疗疾病的疗法仍然面临着多重挑战，那么自我复制RNA技术与传统的mRNA技术相比有何不同，它能够帮助扩展mRNA的应用范围么？

什么是自我复制RNA？

自我复制RNA更常见的名字是自扩增RNA（self-amplifying RNA，saRNA），它与普通的mRNA相比，重要的区别在于能够以自身的RNA序列为模板，进行自我复制。通常mRNA编码需要表达的蛋白，利用细胞中的核糖体完成转译和蛋白的生成。而saRNA除了表达目标蛋白以外，还携带着能够表达RNA聚合酶（称为RNA依赖性RNA聚合酶，RdRP）的序列。这种RNA聚合酶在生成之后，能够以saRNA为模板，产生更多的saRNA拷贝。

目前让RNA自我扩增的设计有两种，一种将编码RNA聚合酶的序列和表达目标蛋白的序列装在同一个线性mRNA中，这是常见的saRNA。另一方法是将编码RNA聚合酶的序列和编码目标蛋白的mRNA序列分成两部分，分别导入细胞中，这一策略称为反式扩增（trans-amplifying）。

▲传统（A）、自扩增（B）、反式扩增（C）RNA的设计（图片来源：参考资料[2]）

自扩增RNA的优势

无论是作为疫苗还是疗法，mRNA的作用方式是通过表达蛋白，起到激发免疫系统反应或者治疗的作用。因此，蛋白的表达水平与疗法的功效息息相关。传统mRNA的一个缺陷是它们的稳定性不高，在细胞内几天内就会被降解，导致蛋白的表达水平不能持久。如果作为长期治疗疾病的疗法，可能需要患者多次、大量注射mRNA，这可能增加mRNA疗法的毒副作用。

能够自我扩增的RNA的主要优势在于它可以用很低的剂量达到了传统mRNA相同的蛋白表达水平，已有研究显示，作为疫苗，saRNA在剂量比传统mRNA小几百倍甚至上千倍的情况下能够产生相同的免疫应答。由于saRNA可能延长抗原蛋白在体内存在的时间，这可能增强免疫反应，让基于saRNA的疫苗只需接种一针，就达到传统mRNA疫苗接种两针的效果。在生产方面，更低有效剂量可能降低saRNA的生产成本。作为疗法，这一特征可能减少mRNA疗法使用的剂量和注射次数，从而在延长疗效的同时，降低mRNA和递送载体可能产生的毒副作用。

saRNA的另一个特点是它本身可能具有激发免疫反应的潜力。人体细胞中存在着识别外来病毒入侵的传感器，它们称为模式识别受体（pattern recognition receptors）。它们识别的信号之一是在细胞质中出现的双链RNA，因为这可能代表着病毒RNA在细胞中进行复制。而saRNA在复制的过程中会形成双链RNA，它们与复制中的病毒RNA很像，因此可能激发细胞的先天免疫反应。这有可能进一步增强疫苗的作用。

自扩增RNA面对的挑战

然而，自我扩增的RNA在研发方面也面对着独特的挑战。由于saRNA将编码RNA聚合酶的序列与表达目标蛋白的序列连接在一起，导致整个mRNA分子的分子量比传统的mRNA要大很多，因此在递送方式上需要对递送载体进行特别的设计或者配方调整。分子量过大可能导致递送效率的下降。

反式扩增技术将编码RNA聚合酶的序列和表达目标蛋白的序列分开，也是提高RNA递送效率的一个策略。

此外，saRNA自我扩增时激发的免疫反应是一把“双刃剑”，作为疫苗，它可能达到促进免疫应答的作用，但是作为疗法，激发的免疫反应可能造成副作用。而且如果激发的先天免疫反应过强，可能导致mRNA的表达受到抑制，反而影响疗法和疫苗的疗效。因此，对saRNA的免疫原性需要精准的设计和调整。

此外，负责扩增saRNA的RNA聚合酶是一种来源于病毒的蛋白，它们会激发什么样的免疫反应？目前在这方面的研究信息仍然不足。

图片来源：Replicate Bioscience公司官网

今日完成A轮融资的Replicate Bioscience公司表示，由于多种因素之间的复杂相互作用，该公司的策略是针对每种疗法，个体化设计相应的基因序列，RNA聚合酶以及递送方式。该公司将探索新的病毒品种或者亚型，并且利用合成生物学对载体进行改造，从而最大化疗法的效益/风险比。

目前管线中主要为癌症疫苗和传染病疫苗

目前，多家生物技术和医药公司已经开展了基于能够自我扩增的RNA技术的产品开发。大多数研发产品的主攻领域为传染病疫苗和癌症免疫疗法/疫苗。

例如葛兰素史克公司利用saRNA技术开发的狂犬病疫苗已经进入临床开发阶段。Gritstone bio公司利用saRNA技术开发的癌症疫苗也已经进入2期临床试验。Replicate Bioscience公司管线中三款旨在克服肿瘤耐药性的候选疗法的原理与癌症疫苗有类似之处。它们表达导致肿瘤产生耐药性的蛋白，在进入细胞后会大量复制，模拟病毒感染，从而激发免疫系统识别和攻击表达导致耐药性蛋白的肿瘤细胞。

▲Replicate Bioscience公司的研发管线（图片来源：Replicate Bioscience公司官网）

该公司还有一款用于治疗炎症性疾病和自身免疫疾病的在研疗法，这款RNA疗法的设计旨在降低RNA的免疫原性，让它们能够在疾病组织表达大量抑制免疫反应的蛋白。

将mRNA扩展到疫苗以外的应用领域，需要解决提高mRNA表达的蛋白水平，以及mRNA疗法因为多次给药产生的潜在毒副作用问题。近日完成融资的Laronde公司和Replicate Bioscience公司，代表了使用环状RNA和自扩增RNA解决这些问题的研发方向。我们期待随着RNA技术的不断进步，它能够在疫苗之外，为更多疾病患者造福。