：信使核糖核酸（mRNA）疫苗具備獨特的有利特性，它們能夠產(chǎn)生無毒、有效的免疫反應(yīng)，可以快速設(shè)計和放大，使其成為2019年冠狀病毒（COVID-19）大流行期間的優(yōu)秀候選產(chǎn)品。Moderna和BioNTech兩種獲得加速監(jiān)管授權(quán)的COVID-19疫苗對有癥狀的嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥冠狀病毒2（SARS-CoV-2）感染顯示出超過90%的保護效力，并且在關(guān)鍵的III期臨床試驗中具有可耐受的安全性。隨著多種SARS-CoV-2病毒變體的出現(xiàn)，有可能逃避先前疫苗接種或感染所提供的免疫力，RNA疫苗巨頭Moderna和輝瑞/BioNTech關(guān)于COVID-19 mRNA疫苗的研發(fā)也一直沒有終制。本期文章，菌菌將梳理Moderna mRNA新冠疫苗管線的全面局，了解COVID-19 mRNA疫苗的設(shè)計思路和最新動向。

01

第一代新冠疫苗及其迭代產(chǎn)品

Spikevax（mRNA-1273）是比肩輝瑞/BioNTech疫苗Comirity（BNT162b2）的緊急獲批mRNA疫苗，吃到了mRNA技術(shù)的第一波紅利。mRNA-1273序列編碼了S-2P蛋白，其編碼序列在SARS-CoV-2基因組序列（NC_045512）的基礎(chǔ)上存在兩個氨基酸位點的突變，以穩(wěn)定融合前狀態(tài)的刺突蛋白。mRNA-1273中的5′-UTR是V1-UTR。它由SEQ ID NO 1和富含GC的CCCCGGCGCC組成，后者位于Kozak序列ACCAUG之前。5’UTR中富含GC的元件及其促成的二級結(jié)構(gòu)可以通過減少泄漏掃描來提高mRNA的穩(wěn)定性和翻譯準確性。同時，mRNA-1273將人類α-珠蛋白基因110nt的3′-UTR“粘貼”在終止密碼子UGAUAAUAG和poly(A)尾之間。

關(guān)于mRNA-1273的脂質(zhì)納米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNP）成分，如圖1所示，我們可以了解到其使用的關(guān)鍵性脂質(zhì)成分有新型可電離脂質(zhì)SM-102、膽固醇、磷脂DSPC、PEG脂質(zhì)（PEG2000-DMG），各脂質(zhì)比例為陽離子脂質(zhì)：膽固醇：結(jié)構(gòu)脂質(zhì)：聚乙二醇=50：38.5：10：1.5（摩爾比）[1]。

圖1mRNA-1273與BNT162b2比較

除了首次批準的Spikevax單價苗以外，mRNA-1273也隨著COVID-19疫情病毒株的變化在進行新的迭代。菌菌匯總了Moderna關(guān)于新冠mRNA疫苗的其他管線布局，并將其匯總在了表1中。

與mRNA-1273一樣，mRNA-1273.351編碼SARS-CoV-2的預(yù)融合穩(wěn)定S蛋白，而且mRNA-1273.351還包含存在于B.1.351變體中的關(guān)鍵突變，如L18F、D80A、D215G、Δ242-244、R246I、K417N、E484K、N501Y、D614G和A701V。而mRNA-1273.211則是mRNA-1273和mRNA-1273.351的1：1混合物，可以把覆蓋范圍擴大到多種流行的變體以及仍在全球傳播的野生型病毒。其他迭代疫苗還包括含有編碼Omicron毒株的其他二價苗與單價苗，如mRNA-1273.214、mRNA-1273.222、mRNA-1273.529、mRNA-1273.815（Spikevax XBB.1.5）[2,3]。

表1 mRNA-1273單價苗及其迭代疫苗

02

第二代新冠疫苗及其迭代產(chǎn)品

上文提及，Moderna第一代疫苗mRNA-1273及其迭代產(chǎn)品的基本信息。第一代疫苗的研發(fā)思路為，編碼SARS-CoV-2的全長刺突蛋白，以及通過增加新病毒變體來實現(xiàn)更廣地疾病預(yù)防效果。

2023年9月Moderna團隊在Science Translational Medicine上發(fā)表其第二代COVID-19疫苗的最新研發(fā)思路及成果。如圖2所示，團隊開發(fā)了四種基于WA1/2020 S序列的僅表達SARS-CoV-2刺突蛋白的N末端結(jié)構(gòu)域（N-terminal domain, NTD）和受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（Receptor binding domain, RBD）的mRNA疫苗，具體為將RBD（mRNA-1284）、NTD（mRNA-1285）、RBD和NTD編碼為兩個獨立的mRNA，以1：1的比例混合的mRNA-1282，以及通過G3SG3接頭連接的NTD-RBD（mRNA-1283）。所有mRNA編碼以促進細胞表面表達，并被封裝在LNP中。

結(jié)果顯示，與臨床可用的編碼全長刺突蛋白的mRNA-1273相比，mRNA-1283在冷藏溫度（2~8°C）下顯示出更好的抗原表達、抗體反應(yīng)和穩(wěn)定性。在BALB/c小鼠中，在針對野生型、β、Delta或Omicron（BA.1）病毒的病毒攻擊中，觀察到比mRNA-1273相似或更強的免疫反應(yīng)，尤其是在較低疫苗劑量下。而且，在K18-hACE2小鼠中也有類似的結(jié)果[4]。

圖2基于結(jié)構(gòu)域的第二代候選疫苗

這些結(jié)果支持mRNA-1283的臨床評估，該評估現(xiàn)已進入臨床試驗。在今年3月Moderna宣布的Ⅲ期臨床試驗中（NCT05815498），與mRNA-1273.222相比，mRNA-1283被證明能夠針對Omicron BA.4/BA.5和原始病毒株引發(fā)更高的免疫反應(yīng)。重要的是，這種免疫優(yōu)勢在65歲以上的高危險受試者中最為明顯。而不良反應(yīng)也僅為注射部位疼痛、頭痛、疲勞、肌痛和發(fā)冷。

03

呼吸道病毒聯(lián)合疫苗

聯(lián)合疫苗有可能減輕呼吸道病毒對衛(wèi)生系統(tǒng)的負擔，并為人們提供更方便的疫苗接種選擇，從而提高依從性并提供更強的季節(jié)性疾病保護。如圖3所示，根據(jù)官網(wǎng)披露，Moderna設(shè)計了針對SARS-CoV-2、流感和呼吸道合胞病毒（RSV）的綜合臨床產(chǎn)品mRNA-1230，其將作為年度加強針，可以同時抵御上述所有三種病毒，并在幾年中保持免疫原性，目前處于臨床試驗Ⅰ期。

圖3 COVID-19聯(lián)合疫苗管線

mRNA-1083則是流感和新冠的聯(lián)合疫苗，包括mRNA-1010（Moderna的季節(jié)性流感候選疫苗）和mRNA-1283（第二代COVID-19候選疫苗）的成分。目前，Ⅲ期臨床試驗已經(jīng)結(jié)束，結(jié)果顯示在≥50歲人群中，單劑量mRNA-1083的免疫反應(yīng)不劣于共同給藥的陽性對照。同時，mRNA-1083顯示出可接受的耐受性和安全性。大多數(shù)引發(fā)的不良反應(yīng)的嚴重程度為1級或2級，與試驗中使用的許可疫苗一致。最常見的不良反應(yīng)是注射部位疼痛、疲勞、肌痛和頭痛。

04

結(jié)語

COVID-19大流行導(dǎo)致了歷史上最快的疫苗開發(fā)。盡管mRNA的治療潛力之前已經(jīng)研究了幾十年，但尚未作為上市醫(yī)學(xué)治療方法提供，但與傳統(tǒng)疫苗方法相比，利用其獨特特性的時機已經(jīng)成熟。基于mRNA-LNP的疫苗設(shè)計的靈活性和生產(chǎn)的可擴展性實現(xiàn)了原始毒株設(shè)計疫苗效力較低的情況下對其他新型SARS-CoV-2變體做出快速反應(yīng)。在本文中，菌菌帶領(lǐng)大家一起回顧了mRNA-1273疫苗的序列設(shè)計，其迭代疫苗在毒株變體相關(guān)的設(shè)計，Moderna第二代疫苗在結(jié)構(gòu)域方向的最新進展，以及COVID-19聯(lián)合疫苗的管線。

參考文獻

[1] Szabó GT, Mahiny AJ, Vlatkovic I. COVID-19 mRNA vaccines: Platforms and current developments. Mol Ther. 2022 May 4;30(5):1850-1868.

[2] Chalkias S, McGhee N, Whatley JL, et al. Interim Report of the Reactogenicity and Immunogenicity of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 XBB-Containing Vaccines. J Infect Dis. 2024 Aug 16;230(2):e279-e286.

[3] Chalkias S, Eder F, Essink B, et al. Safety, immunogenicity and antibody persistence of a bivalent Beta-containing booster vaccine against COVID-19: a phase 2/3 trial. Nat Med. 2022 Nov;28(11):2388-2397.

[4] Stewart-Jones GBE, Elbashir SM, et al. Domain-based mRNA vaccines encoding spike protein N-terminal and receptor binding domains confer protection against SARS-CoV-2. Sci Transl Med. 2023 Sep 13;15(713):eadf4100.

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撰寫| 工程菌星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設(shè)計| Alice