前沿技术 | RNA递送将用于下一代癌症免疫疗法？

2023-05-08 18:28:49, 锘海生命科学锘海生物科学仪器（上海）股份有限公司

应

用

背

景

免疫疗法是现代癌症治疗的关键组成部分，一些疗法已成功地应用于恶性肿瘤，但存在的非普适性及多副作用等问题仍未较好解决。RNA设计和递送的进步正在引领RNA免疫治疗的新时代，对癌症免疫学理解的实质性进步、个性化癌症抗原的识别以及RNA递送载体性能的优化，都将在下一代免疫治疗中发挥核心作用。

用于癌症疫苗的mRNA纳米颗粒

唯一获得批准的癌症疫苗是Sipuleucel-T，这是一种用于前列腺癌的自体树突状细胞疗法，于2010年获得批准，但由于其成本高且临床疗效不尽如人意，并未获得广泛使用。

mRNA脂质纳米颗粒（LNP）疫苗在抑制COVID-19大流行方面取得了巨大成功，因此，很有希望成为治疗性癌症疫苗的候选疫苗。其制备过程无需体外细胞培养或蛋白质工程，可直接从测序数据中体外转录编码患者特异性新抗原的mRNA，这展现了该平台新抗原疫苗接种的灵活性。此外，多个新抗原可由一个mRNA编码，以增加疫苗的广度和效力。将免疫刺激RNA注入疫苗制剂可以对抗免疫抑制肿瘤微环境，并大大提高治疗效果。

表1. mRNA癌症疫苗临床试验（自2021年1月开始）

下一代mRNA癌症疫苗的改进

mRNA癌症疫苗的改进可分为三个方向：1.增加可治疗的患者数量；2.提高RNA-LNPs的效力；3.提高其耐受性。

为解决第一个问题，需要更好地了解如何为更广泛的癌症患者设计抗原。以低突变负担癌症来讲，新抗原数量较少，可能需要额外的工具来改进抗原设计，神经网络和深度学习技术的进步，可利用多个数据源为抗原设计做出最佳预测。

针对第二个问题，可电离脂质的开发虽然增加了mRNA的递送，但只有一小部分给药的mRNA被抗原呈递细胞（APCs）处理。将mRNA疫苗靶向具有MHC-I交叉呈递和CD8 T细胞活化能力的淋巴器官APCs，可能提高疫苗效力。例如BNT111，目前正处于黑色素瘤的II期临床试验中（见表1），并取得了良好的早期结果，该药物利用一种带负电荷的配方，可促进巨噬细胞和树突状APCs的特异性摄取。除了基于电荷的靶向，与LNP表面的配体偶联（例如，抗CD11c或DEC205抗体）也可以改善APC靶向，这些都可作为增强低RNA剂量下免疫反应的改进方向。

在提高耐受性方面，尽管SARS-CoV-2 mRNA疫苗已具备较好的临床安全性，但减小mRNA疫苗副作用的问题仍值得研究。确定mRNA-LNP反应原性的来源是困难的，最近的研究提供了对调节反应原性生物机制的见解。其中，对LNP设计和遗传/环境因素如何影响mRNA疫苗反应原性的理解存在巨大差异。重要的是，激活这些炎症途径和I型干扰素最终可以抑制疫苗mRNA的翻译，从而抑制抗原表达和抑制免疫。因此，减轻这些炎症过程可能会改善疫苗效力以及副作用，可能的方式包括改变或替换某些LNP成分、结合隐形脂质以避免免疫监视、进行RNA修饰以减少PRR识别。此外，免疫激活的时间和位置（局部还是全身）可能决定其结果是破坏性的还是保护性的。需要细致的工程设计来设计疫苗，将适得其反的先天免疫反应的激活降到最低，同时仍然促进APC成熟，抗原呈递和适应性免疫。

图1. RNA脂质纳米颗粒（LNPs）是模块化的工具，可精确地调整免疫反应

靶向RNA递送用于体内CAR治疗

体内RNA递送到T细胞是一种有吸引力的方法。即将CAR-mRNA封装到细胞类型特异性（即T细胞）的纳米颗粒中（图1）。这种基于mRNA-LNP的体内CAR-T生成除了具有时间和成本优势外，还可能带来治疗和安全性方面的好处。mRNA-LNP递送减轻了与现有CAR-T疗法中使用的慢病毒载体相关的插入突变的担忧。此外，mRNA表达的短暂性可以通过给药调节CAR-T水平，与已批准的疗法相比，这可能会降低毒性。

CAR-T应用中最大的挑战是增加LNP的特异性。关于T细胞表面受体配体（例如，针对CD3/4/5/8的抗体）结合到mRNA-LNPs上的潜在T细胞靶向已经得到了证明。在临床前，靶向抗体的共价吸附和静电吸附都已成功使用。提高偶联效率、控制配体的实际取向、设计更精确的靶向配体工程，都能提高LNP的效力。

CAR-mRNA纳米颗粒可能需要重复给药，但RNA-LNPs相关的副作用限制了给药次数。因此，增加CAR的表达时间是有必要的。一种方法是使用环状mRNA，没有末端，它可以抵抗外切酶降解和脱帽，与线性mRNA相比，获得了更高的表达扩展。另外，LNP本身也可以调优，Moderna最近报道了一种LNP，与现有的LNP相比，其表达时间增加了近6倍，这也让我们认识到，RNA设计和递送的进步必将大幅提高细胞转染的效力和治疗时间，从而实现体内CAR-T治疗。

将体内CAR疗法扩展到T细胞之外

特异性、灵活性等设计原则也可将靶RNA递送到其他免疫细胞以达到不同的治疗目的。例如，将CAR-mRNA靶向巨噬细胞可以促进实体肿瘤CAR疗法的发展，这是现有CAR-T无法解决的问题。

与T细胞不同，巨噬细胞在许多实体肿瘤中大量存在，占浸润免疫细胞的50%。作为吞噬细胞，巨噬细胞递送CAR-LNPs可能比T细胞容易得多。Carisma Therapeutics 证明了CAR巨噬细胞靶向HER2，能够吞噬异种移植的SKOV3癌细胞，呈递抗原，并重建肿瘤微环境。Carisma和Moderna已经合作利用mRNA-LNPs在体内靶向单核细胞/巨噬细胞进行CAR表达。

大剂量静脉RNA-LNP治疗的挑战

临床批准的静脉RNA-LNP治疗通常需要预先使用免疫抑制剂。例如，根据FDA对Onpattro的药品标签，静脉注射siRNA-LNP在高达20%的患者中观察到IRRs，因此，注射前6小试，需要进行类固醇、抗组胺药和退烧药等联合用药。

与局部给药相比，全身输注使用更高剂量的RNA-LNPs之前需要免疫抑制，这是一个未被充分认识的挑战，因为免疫疗法需要具备一定的免疫功能。因此，对静脉注射RNA-LNPs有严重不良反应的患者可能无法接受这些治疗。

临床前体内CAR研究通常需要高全身剂量。因此，新的配方和RNA修饰以进一步降低RNA-LNP的反应原性对治疗成功具有非常重要的意义。对于LNP结构以及其他类型的RNA纳米配方来讲，尚存在着广阔的、未被发掘的巨大空间，希望脂质和LNP制剂的发展不断赢得突破，为更多疾病的治疗打开mRNA疗法窗口。

结论

免疫疗法的巨大成功表明，免疫系统仍然是我们对抗癌症最有力的工具之一。开发普适性的免疫药物，惠及更多的患者是所有研究人员、临床医生的共同努力目标。RNA疗法具有靶向特定基因、诱导免疫激活的固有能力，且易于通过靶向纳米颗粒在体内传递。尽管开发安全高效的RNA递送系统仍面临挑战，但相信，RNA纳米递送终将成为下一代免疫疗法的重要组成部分。

参考文献：

1.Raimondo TM, Reed K, Shi D, Langer R, Anderson DG. Delivering the next generation of cancer immunotherapies with RNA. Cell. 2023 Apr 13;186(8):1535-1540. doi: 10.1016/j.cell.2023.02.031. PMID: 37059063.

锘海相关产品-铭汰 Microflow 系列微流控纳米药物递送平台