《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Bioengineering strategies for improving the immunogenicity of mRNA vaccines
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信使RNA（mRNA）疫苗通过实现快速抗原设计、可规模化生产以及协调诱导体液免疫与细胞免疫，重塑了现代疫苗学。其临床成功已将mRNA确立为应对传染病、癌症免疫治疗及新兴治疗应用的通用平台。然而，向心血管疾病、神经退行性疾病、自身免疫病及代谢紊乱等领域的拓展，提
信使RNA（mRNA）疫苗通过实现快速抗原设计、可规模化生产以及协调诱导体液免疫与细胞免疫，重塑了现代疫苗学。其临床成功已将mRNA确立为应对传染病、癌症免疫治疗及新兴治疗应用的通用平台。然而，向心血管疾病、神经退行性疾病、自身免疫病及代谢紊乱等领域的拓展，提出了无法通过统一设计策略解决的适应症特异性需求。疫苗性能不仅取决于抗原输出量，还取决于RNA架构与递送系统如何调控先天感应、胞内运输、组织分布及适应性免疫编程。本综述总结了通过协调抗原表达效率与先天免疫调节来提升mRNA疫苗免疫原性的生物工程策略。研究人员比较了非复制型mRNA、自我扩增RNA（saRNA）及环状RNA（circRNA）在表达动力学、翻译逻辑、安全性考量及先天免疫激活方面的差异。随后讨论了增强稳定性、翻译效率及免疫控制的分子工程方法，包括帽结构、非翻译区、poly(A)尾、核苷酸修饰、密码子使用偏好以及针对saRNA和circRNA的平台特异性设计的优化。进一步审视了递送系统，涵盖脂质纳米颗粒（LNP）、外泌体、聚合物载体、病毒样颗粒及杂合平台，强调其在货物运输与免疫调节中的双重作用。最后探讨了适应症特异性设计原则、生产制约因素及转化挑战。研究人员提出，下一代mRNA疫苗需要RNA分子与递送平台的疾病匹配协同设计，以增强抗原表达、调节免疫激活并加强临床转化。
论文主体内容总结
mRNA疫苗平台的免疫机制
目前主要的mRNA疫苗平台大致分为非复制型mRNA、自我扩增RNA（saRNA）和环状RNA（circRNA）。这些模式在抗原生成方式及被先天免疫受体识别的途径上存在差异，导致不同的翻译效率和先天免疫激活谱。
非复制型mRNA疫苗
非复制型线性mRNA是目前应用最广泛的mRNA疫苗平台，其结构模拟真核mRNA，包含5′帽、5′和3′非翻译区（UTR）、开放阅读框（ORF）及poly(A)尾。进入胞质后，mRNA直接被翻译产生抗原然后降解。蛋白表达通常在胞质中存在足够mRNA后迅速开始，随mRNA降解而下降。因此，抗原输出取决于输入mRNA的翻译能力及其胞内稳定性。核苷酸修饰是控制先天感应的成熟方法，例如掺入假尿苷（Ψ）及相关类似物可降低Toll样受体（TLR）介导的RNA识别并减少树突状细胞（DC）活化。
自我扩增RNA（saRNA）疫苗
saRNA疫苗将抗原序列与编码RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）的病毒复制机器结合。该设计使抗原编码亚基因组RNA得以在细胞内扩增，从而以较低输入剂量维持抗原表达。saRNA通常基于甲病毒复制子系统构建。抗原表达动力学方面，saRNA首先进入依赖复制酶的阶段，抗原表达可能不立即达到峰值，而是随复制进行而增加。saRNA的先天免疫激活与其胞内复制过程密切相关，复制相关的双链RNA中间体会增强先天激活和自我佐剂效应。同时，过度的抗病毒信号可能抑制saRNA复制并减少抗原输出。
环状RNA（circRNA）疫苗
circRNA疫苗因其共价闭合结构能够延长RNA持久性和抗原表达时间。核心功能模块由ORF和内部核糖体进入位点（IRES）组成。ORF长度是关键考虑因素，短ORF（sORF）可能在高效翻译和合成便利性间取得平衡。circRNA不进行胞内复制，但其共价闭合结构可通过增强对外切酶降解的抵抗来更长时间地保持编码能力。circRNA的先天免疫激活更多受制备相关副产物和纯化质量影响。充分纯化的circRNA可在低免疫刺激下支持持久翻译，但残留的双链结构、线性前体和剪接副产物仍可能触发先天免疫。
mRNA疫苗平台的比较安全性考量
非复制型mRNA拥有最广泛的临床经验，支持短暂且相对可控的表达窗口，主要安全考量涉及RNA纯度、体外转录（IVT）衍生杂质、LNP相关反应原性及重复给药耐受性。saRNA通过胞内扩增提供剂量节约潜力，但复制相关的双链RNA中间体会激活抗病毒先天通路，过度激活可能限制扩增、抑制翻译并增加炎症反应原性。circRNA通过共价闭合结构支持持久表达，但其安全性评估尚缺乏充分临床验证，且强烈受环化效率和产品纯度影响。
mRNA分子工程调控翻译与先天免疫信号
5′-帽结构与poly(A)尾
所有真核mRNA的5′端具有7-甲基鸟苷（m7G）帽结构，对核糖体招募和翻译起始至关重要。抗反向帽类似物（ARCA）和优化的共转录加帽策略提高了正确帽取向比例。AvantCap等新型5′帽修饰可增强翻译效率。延伸的3′ poly(A)尾约含100-200个腺苷残基，是mRNA稳定性和翻译效率的关键决定因素。分支化学修饰的poly(A)尾相比传统线性poly(A)尾显著提高翻译效率。
5′和3′ UTR
5′ UTR直接影响翻译起始效率和核糖体装载，常采用源自高表达基因的短序列并加入Kozak共有序列。3′ UTR通过顺式作用元件招募RNA结合蛋白来稳定转录本或促进其降解。深度学习框架如Optimus 5-Prime和mRNA designer等网络工具可生成针对高翻译输出定制的全新UTR。
核苷酸修饰
对尿苷和胞苷残基进行化学修饰是改善外源mRNA稳定性、减少过度先天感测和支持抗原表达的常用策略。掺入Ψ和N1-甲基假尿苷（N1mΨ）等化学修饰核苷可提高RNA稳定性、降低过度先天免疫感测并增强蛋白表达。Ψ通过缺陷溶酶体加工和降低受体参与的双重机制抑制先天免疫感测。
