mRNA疫苗体外效力与体内免疫原性相关性研究的突破性进展及其在疫苗开发中的应用价值

本文聚焦mRNA疫苗开发中的关键瓶颈问题——如何建立体外效力（in vitro potency）与体内免疫原性（in vivo immunogenicity）的可靠相关性。研究人员通过热应力诱导mRNA-LNP（脂质纳米颗粒）结构 destabilization，系统评估了细胞转染效率与动物模型抗体应答的关联性，证实基于HepG2细胞的体外蛋白表达检测可敏感反映疫苗功能完整性。该研究为替代传统动物实验、加速mRNA疫苗CMC（化学制造与控制）流程提供了重要方法论支撑，对应对突发传染病具有重大实践意义。

　　

疫苗开发的"动物实验困境"与mRNA技术革命
在疫苗研发领域，动物实验长期扮演着不可或缺的角色，但其高昂成本、伦理争议和结果异质性成为制约因素。随着mRNA疫苗技术的爆发式发展——从COVID-19疫情中两款mRNA疫苗的快速获批可见一斑，科学家们面临一个迫切问题：能否用体外检测替代部分动物实验？这不仅是3R原则（替代、减少、优化）的实践要求，更是应对突发疫情时加速疫苗量产的关键。

Gautam Sanyal的研究团队在《npj Vaccines》发表的这项研究，犹如打开了一扇新的大门。通过创新性地采用热应力诱导mRNA-LNP结构渐变 destabilization，他们构建了系列不同效力的疫苗样本，首次系统验证了基于HepG2细胞的体外蛋白表达检测与小鼠模型抗体中和效价（ED₅₀
）的显著相关性。这项工作为mRNA疫苗的"体外-体内桥接"（in vitro-in vivo correlation）提供了范式转换级的解决方案。

关键技术方法
研究采用多学科交叉策略：1）通过60°C加速降解制备梯度效力mRNA-LNP样本；2）毛细管凝胶电泳（CGE）定量mRNA完整性；3）建立HepG2细胞转染模型，结合荧光标记抗体定量RSVpreF蛋白表达；4）小鼠免疫实验测定血清抗体滴度与假病毒中和活性（FFA法）；5）动态光散射（DLS）监控LNP粒径分布。

研究结果解析

mRNA完整性决定翻译效能

数据显示，当mRNA完整度（CGE测定）降至80%时，HepG2细胞的蛋白表达量已显著下降40%，提示体外检测的敏感性远超结构分析。值得注意的是，80-120nm粒径范围的LNP展现出最佳转染效率，这与体内研究报道的90-130nm最优窗口高度吻合。

跨物种免疫应答差异
在小鼠模型中，ALC-0315（Comirnaty配方）与SM-102（Spikevax配方）脂质体诱导的抗体滴度无显著差异，但体外实验中后者蛋白表达量高出30%。这种"体外-体内脱钩"现象突显了种属特异性因素的重要性，提示非人灵长类可能更适合作为预测模型。

多价疫苗的检测挑战
针对编码多种抗原的mRNA疫苗（如猴痘六价候选疫苗），研究团队开发了流式细胞术多重检测方案。当缺乏特异性抗体时，采用无细胞翻译系统结合质谱可实现对六种抗原蛋白的同步定量，该方法灵敏度达fg级别。

T细胞疫苗的新思路
对于以CD8⁺
T细胞应答为核心的疫苗（如SARS-CoV-2核衣壳蛋白疫苗），研究建议采用PBMC（外周血单个核细胞）培养模型评估抗原提呈效率。虽然体外难以完全模拟MHC（主要组织相容性复合体）限制性应答，但结构导向的表位稳定性分析可作为替代指标。

结论与行业影响
这项工作确立了mRNA疫苗质量控制的"黄金标准"：1）证实体外蛋白表达检测能敏感捕捉mRNA结构微损伤；2）为EMA（欧洲药品管理局）倡导的"功能测试"（functionality test）提供了科学依据；3）开创了加速疫苗开发的"3D策略"——Degradation（可控降解）、Detection（多模态检测）、Data correlation（数据关联）。

随着FDA 2022年纳米材料指南研讨会和EMA 2025年mRNA疫苗质量草案的发布，该研究建立的框架正在重塑全球疫苗监管范式。特别对于资源有限地区，这种减少动物依赖的策略可降低疫苗生产成本达40%，为全球疫苗公平性带来曙光。未来研究需进一步验证该模型在HIV、结核病等复杂病原体疫苗开发中的普适性。