Science子刊：世界首個能抵御致死性細菌感染的mRNA疫苗問世
摘要：開發出了首個基于mRNA的疫苗，其或能100%有效抵御一種對人類致死的細菌。
信使RNA（mRNA）脂質納米顆粒（LNP）疫苗如今已經成為一種有效的疫苗接種策略，盡管目前其適用于病毒性病原體，但有關該平臺抵御細菌病原體有效性的數據卻非常有限。
近日，一篇發表在國際雜志Science Advances上題為“A single-dose F1-based mRNA-LNP vaccine provides protection against the lethal plague bacterium”的研究報告中，來自以色列特拉維夫大學等機構的科學家們通過研究開發出了首個基于mRNA的疫苗，其或能100%有效抵御一種對人類致死的細菌。
圖1 科學家們通過研究開發出了首個基于mRNA的疫苗
通過對動物模型進行研究，研究人員發現，所有接受治療的動物都能被保護抵御細菌（鼠疫耶爾森菌）的感染，這種新型技術或能幫助快速開發出針對細菌性疾病的有效疫苗，包括對抗生素耐藥的細菌所引起的疾病。
研究者Edo Kon解釋道，到目前為止，mRNA疫苗（比如針對COVID-19的mRNA疫苗）被認為對于抵御病毒感染有效，但卻對細菌感染沒有作用；然而這類疫苗的最大優勢除了其有效性之外，就是其能非常快速地被開發出來，一旦諸如SARS-CoV-2病毒的遺傳序列被公布，研究人員僅需要花費63天時間就能開始首次臨床試驗；然而，直到現在，研究人員認為，抵御細菌感染的mRNA疫苗從生物學上來講是無法實現的。這項研究中，研究人員就通過研究開發了針對致死性細菌的100%有效的mRNA疫苗。
研究人員解釋道，病毒會依賴于宿主細胞來進行繁殖，將其自身的mRNA分子插入到人類細胞中，病毒既能利用我們的細胞作為工廠來生產基于自身遺傳物質的病毒蛋白，從而復制自己。在mRNA疫苗中，這種相同的分子能在實驗室中被合成，隨后就能包裹到類似人類細胞膜的脂質納米顆粒中，當疫苗注射到人體后，脂質就會粘附到細胞上，隨后細胞就會產生病毒蛋白，當免疫系統熟悉了這些蛋白后，其就會學習在接觸到真實病毒時如何保護機體自身了。
由于病毒會在我們自身的細胞中制造蛋白質，從病毒遺傳序列所翻譯出的蛋白質與從實驗室中合成的mRNA所翻譯的蛋白質相似；然而，細菌或許就是一個完全不同的故事，其并不需要宿主自身的細胞來產生自身的蛋白質，而且，由于人類和細菌的進化過程并不相同，因此細菌所產生的蛋白質就與人類細胞所產生的蛋白質不同，即使是基于相同的遺傳序列也是如此。
為此研究人員就嘗試在人類細胞中合成細菌蛋白，但暴露于這些蛋白質會導致機體出現較低的抗體水平且普遍缺乏保護性免疫反應，這或許是因為，盡管細菌所產生的蛋白質從本質上來講與在實驗室中合成的蛋白質基本相同，且都是基于相同的“制造指令”，但在人體細胞中所產生的蛋白質在從人體細胞分泌時就會發生重大變化，比如會增加糖類分子的水平等。
為了解決這個問題，研究人員開發出了分泌細菌蛋白的方法，同時還繞過了經典的分泌途徑，這一途徑在這種應用中是最容易出現問題的，其結果就是會產生顯著的免疫反應，免疫系統會將疫苗中的蛋白質視為免疫原性細菌蛋白，為了增強細菌蛋白的穩定性并確保其在體內不會被快速分解，研究人員利用一部分人類蛋白對其加固，通過結合兩種突破性的策略，研究人員就能獲得全面的免疫反應。
Peer教授說道，目前有很多致病菌我們并沒有疫苗，此外，由于人們在過去幾十年里過量使用抗生素，很多細菌都對抗生素產生了一定的耐受性，因此，抗生素耐藥菌已經對全球人類的健康構成了嚴重的威脅，因此開發一種新型疫苗或許就能為改善人類健康提供一定的基礎。
圖2 整個研究中使用的mRNA-LNPs制劑的結構設計、物理化學特性以及SP-cp-caf1 mRNA-LNPs引起的免疫反應。
這項研究中，研究人員檢測了新型的mRNA疫苗在治療被致死性細菌感染的動物中的作用效果，在一周內所有未接種疫苗的動物都死亡了，而接種了新型疫苗的動物則生存良好；此外，在其中一種疫苗策略中，但一個劑量的疫苗在使用兩周后就能為動物機體提供全面的保護力，僅需要一劑疫苗就能提供全面保護的能力對于抵御未來快速擴散的細菌的流行和爆發至關重要。
值得注意的是，COVID-19疫苗之所以能被很快地開發出來因為其依賴于科學家們針對相類似病毒的mRNA疫苗多年的研究，如果明天我們面臨某種細菌的大流行，我們的研究或許就能為快速開發安全且有效的mRNA疫苗提供新的路徑。
綜上，本文研究結果表明，這種新型的mRNA-LNP疫苗或能在C57BL/6小鼠中產生體液和細胞免疫反應，并在單劑量注射后能提供抵御鼠疫耶爾森菌的快速全面的保護，相關研究結果或為開發急需有效的抗菌疫苗開辟了新的路徑。
參考資料：
[1] A single-dose F1-based mRNA-LNP vaccine provides protection against the lethal plague bacterium
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此文關鍵字：mRNA-LNP
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