气道递送mRNA疫苗的序列优化与高纯度制备策略：消除dsRNA污染以增强黏膜免疫应答

本研究针对呼吸道黏膜mRNA疫苗因dsRNA污染引发先天免疫导致效力不足的问题，通过筛选肺组织特异性UTR序列结合亲和层析纯化技术，使气道接种mRNA的蛋白表达提升30倍，显著增强黏膜sIgA和CD8+ Trm 细胞应答，为黏膜疫苗设计提供新范式。

　　

呼吸道黏膜是新冠病毒等病原体入侵的主要门户，但现有注射型mRNA疫苗难以诱导有效的黏膜免疫。尽管科学家们已投入大量精力优化脂质纳米粒(LNP)递送系统，却鲜少关注mRNA分子本身的质量对气道接种效果的影响。更棘手的是，呼吸道密集分布的抗原呈递细胞(APC)对双链RNA(dsRNA)异常敏感——这种体外转录(IVT)过程中产生的副产物会触发TLR-3/RIG-I等模式识别受体，导致mRNA被快速降解。这种"先天免疫陷阱"使得开发黏膜mRNA疫苗如同在雷区中穿行，亟需从mRNA序列设计和纯化工艺层面突破瓶颈。

中国研究人员通过系统性研究揭示：与肌肉注射相比，气道递送的mRNA疫苗需要更严格的纯化标准和肺组织特异的序列设计。研究团队首先从肺细胞高表达基因中筛选出TMSB10基因的UTR区域，经miRNA结合位点删除等优化后，使mRNA在肺部的翻译效率达到BNT-162b2疫苗UTR的10倍。更关键的是，采用亲和层析技术去除99.5%的dsRNA污染物后，气道接种组的抗原表达量飙升30倍，且肺组织炎症显著减轻。这种"双管齐下"的策略使黏膜sIgA水平提升4倍，CD8⁺
IFN-γ⁺
T细胞扩增9倍，肺组织驻留记忆T细胞(T_rm
)更增加68倍，而相同mRNA经肌肉注射仅显示2-3倍的改善。

关键技术方法
研究采用单细胞RNA测序筛选肺组织特异性UTR，通过生物信息学预测miRNA结合位点进行序列优化；建立基于J2抗体亲和层析的dsRNA去除工艺；利用流式细胞术检测CD8⁺
T细胞亚群及黏膜sIgA；采用ELISpot分析IFN-γ分泌细胞；通过小鼠气道接种模型评估肺组织炎症因子水平。

主要研究结果

Screening and modification of endogenous UTRs to enhance IVT mRNA translation
通过分析支气管上皮至肺树突状细胞的单细胞转录组数据，发现TMSB10基因的UTR能显著提升mRNA在肺组织的稳定性。优化后的UTR使荧光素酶报告基因在气道接种后表达量较传统β-globin UTR提高10倍，且翻译持续时间延长72小时。

Discussion
研究证实dsRNA是导致气道与肌肉接种差异的关键因素：人工添加dsRNA会使肌肉注射mRNA效力降低63%，而气道接种组功能丧失达98.8%。这解释了为何传统肌肉注射疫苗设计标准不适用于黏膜接种。

结论与意义
该研究首次阐明mRNA分子质量对呼吸道疫苗接种的决定性影响，建立了两大核心技术标准：①采用肺组织特异性UTR增强靶向表达；②通过高效纯化消除dsRNA以避免"先天免疫陷阱"。这种策略不仅使抗原表达量产生数量级提升，更实现了黏膜疫苗梦寐以求的三重保护：循环IgG、黏膜sIgA和组织驻留T_rm
细胞。研究为开发抗呼吸道感染mRNA疫苗提供了全新设计框架，其揭示的"黏膜屏障效应"对RNA药物肺部递送具有普适指导价值。论文成果已发表于《Molecular Therapy》，通讯作者为S.G.团队。