核苷修饰与离子化脂质组成的协同效应对mRNA疫苗翻译效率及免疫反应的调控机制研究

本研究针对mRNA疫苗中核苷修饰（m1ψ）与离子化脂质（LNP）组成对翻译效率、先天免疫激活及免疫原性的协同影响机制展开研究。通过体外实验和小鼠/NHP模型证实，m1ψ修饰可增强蛋白表达并降低dsRNA介导的免疫识别，而LNP组成（OF-02/cKK-E10/SM-102）显著影响干扰素信号通路激活与抗体持久性。该研究为优化mRNA疫苗安全性与有效性提供了关键策略。

　　

mRNA疫苗技术的崛起为传染病防控带来了革命性突破，其通过体内表达靶抗原诱导免疫应答的特性，在COVID-19疫情中展现出卓越效果。然而，未经修饰的mRNA易被Toll样受体（TLR3/7/8）、RIG-I和MDA-5等模式识别受体识别，触发Ⅰ型干扰素反应导致炎症反应性与翻译抑制，制约了疫苗的临床应用。尽管当前已上市疫苗采用N1-甲基假尿苷（N1-methylpseudouridine, m1ψ）修饰以降低免疫原性，但中高度先天免疫应答仍见于初次免疫后，且次级免疫会放大炎症单核细胞频率与血清IFNγ水平。此外，脂质纳米颗粒（LNP）作为mRNA递送载体，其离子化脂质成分（如SM-102、cKK-E10）本身具有佐剂效应，可通过激活IL-6、TLR2/4等通路增强免疫反应，但LNP组成与mRNA修饰的协同机制尚不明确。

为解析这些机制，Sanofi疫苗研究中心团队在《npj Vaccines》发表研究，系统评估了未修饰（UNR）与m1ψ修饰（MNR）mRNA在不同LNP（OF-02、cKK-E10、SM-102）中的蛋白表达、翻译效率、免疫原性与转录组特征。研究以甲型流感病毒H3血凝素（HA）为模型抗原，通过体外细胞实验（人源树突细胞hDCs、骨骼肌成肌细胞HSKM）与体内动物模型（BALB/c小鼠、食蟹猴NHP），结合多组学技术揭示了核苷修饰与脂质组成的协同效应。

研究采用的关键技术包括：①体外转染与蛋白表达检测（免疫荧光成像、流式细胞术）；②转录组测序（RNA-seq）与基因集变异分析（GSVA）；③嘌霉素掺入试验评估全局翻译抑制；④血凝抑制试验（HAI）测定功能性抗体滴度；⑤Luminex多因子检测血清细胞因子；⑥NHP全血转录组分析（基于食蟹猴CynoWashU2013基因组）。其中NHP样本来自随机分组的食蟹猴队列，小鼠实验采用BALB/c品系。

结果部分：

mRNA修饰显著增强体外蛋白表达且依赖脂质类型

通过转染HSKM细胞与hDCs发现，MNR mRNA在cKK-E10和OF-02 LNP中蛋白表达显著高于UNR（p<0.05），但在SM-102 LNP中呈现细胞类型依赖性差异：在hDCs中MNR表达更高，而在HSKM中UNR更具优势。此外，对5种流感株HA的测试表明，m1ψ修饰对蛋白表达的提升程度受序列背景与dsRNA杂质水平影响。

未修饰与修饰mRNA-LNP均引起体外全局翻译抑制

嘌霉素掺入试验显示，UNR mRNA-LNP（尤其是OF-02配方）导致更显著的全局翻译抑制（较MNR高40-46%），表明UNR通过激活RNA传感器更强抑制蛋白质合成。

UNR与MNR mRNA-LNP均诱导抗病毒转录应答

转录组分析发现，所有LNP转染后均上调OAS家族、MX1、IFIT家族等抗病毒基因。GSVA分析显示，cKK-E10与OF-02 LNP显著激活蛋白翻译与代谢通路（PC1），而SM-102更易激活细胞因子受体结合与病毒应答通路（PC2）。UNR在OF-02中早期（4h）抗病毒信号更强，而SM-102中24h才显现。

mRNA修饰对功能性抗体滴度的影响具有脂质特异性

小鼠模型中，MNR cKK-E10在0.08μg与1μg剂量下HAI滴度显著高于UNR（p<0.05），而OF-02与SM-102组无显著差异。NHP实验中，cKK-E10 MNR在45μg剂量下抗体持久性更强（至180天），而SM-102 MNR在135μg剂量下初期（14/42天）滴度更高但后期下降，提示脂质组成影响抗体持久性。

mRNA修饰对炎症细胞因子的影响存在物种差异

小鼠中UNR与MNR诱导的IFNγ、IL-1α、IP10等细胞因子无显著差别，而NHP中UNR组IFNγ、IFNα、MCP1等显著高于MNR组。空LNP实验证实LNP本身可诱导G-CSF、IL-6等炎症因子，且m1ψ修饰未能完全消除CRP（C反应蛋白）升高。

NHP转录组揭示mRNA修饰显著降低先天免疫通路激活

RNA-seq显示UNR mRNA-LNP强烈上调OAS1、DDX58、STAT1等PKR信号通路基因与干扰素刺激基因（ISG），而MNR处理后这些通路激活显著减弱。cKK-E10 MNR对ISG的抑制效果优于SM-102 MNR（相关性系数r=0.29 vs 0.87），表明脂质组成修饰协同效应。

翻译与降解通路基因验证MNR减轻翻译抑制

UNR免疫的NHP中，EIF2AK2（PKR）、EIF4EBP1等翻译抑制因子及XRN1、LSM1-7等mRNA降解基因显著上调，而核糖体蛋白与翻译起始因子下调。MNR组这些变化减弱，证实m1ψ修饰通过减少先天免疫识别缓解翻译抑制。

结论与意义

本研究阐明mRNA疫苗中核苷修饰与LNP组成的协同作用：m1ψ修饰通过降低dsRNA杂质介导的PKR与RIG-I识别，减少干扰素通路激活与翻译抑制，从而增强抗原表达；而LNP离子化脂质（如cKK-E10与SM-102）通过调节细胞摄取动力学与炎症信号强度，直接影响抗体应答的幅度与持久性。该发现为下一代mRNA疫苗的理性设计提供了双重优化策略——通过协同调控mRNA化学修饰与递送系统组成，可在保持免疫原性的同时降低反应原性，推进mRNA技术在传染病与肿瘤疫苗领域的应用。