**强效DNA平台癌症疫苗的设计考量** **摘要：** 基于DNA的癌症疫苗正在研发中，但其临床效力仍然有限。这可能是由于抗原呈递不佳、免疫刺激微弱以及存在免疫抑制性肿瘤微环境所致。在此，我们探讨了DNA疫苗的效力与耐受性之间的关系。我们假设，免疫系统会对宿主基因组中不存在抗原作出更强烈的反应。为了验证这一假设，我们分析了针对与人类肽段具有部分序列同源性、且与癌症相关的抗原设计的DNA疫苗所具有的潜在自身免疫风险。我们的结果表明，尽管针对与癌症相关的新抗原的DNA疫苗引起自身免疫的风险很小，但它们可能只能引发适度的免疫反应。相反，针对与人类肽段具有高序列同源性、且与癌症相关的抗原的DNA疫苗可能具有很强的免疫原性，但它们引起自身免疫的风险很大。疗效与安全性之间的这种权衡凸显了需要采取一种整体性的疫苗设计方法，该方法整合了对肿瘤微环境、抗原选择和递送方法的理解。通过平衡这些因素，我们可以开发出更有效、更安全的基于DNA的癌症疫苗，利用免疫系统的全部潜力来对抗癌症

《Current Opinion in Biomedical Engineering》：Design considerations for potent DNA-platform-based cancer vaccines

　　

癌症疫苗具有利用免疫系统力量安全有效地对抗癌症的潜力，但其效力依赖于疫苗组分的递送与精准调控。与其他递送平台不同，基于DNA的纳米结构是一种高度可编程的架构，能够精确控制支架的大小、几何形状、柔性和共轭基团的空间组织。DNA纳米结构的模块化特性使该领域能够考虑并编程影响疫苗效力的各种决定因素，包括生物分布、货物保护、细胞摄取和胞内加工。因此，利用各种基于DNA的材料衍生出了众多设计策略。总体而言，这些进展表明结构上的微小变化会对抗肿瘤免疫刺激反应的强度和方向产生显著影响。随着结构与免疫调节之间关系认识的不断深入，基于DNA的纳米结构作为精准且强效的癌症疫苗递送平台的潜力将得到进一步实现。

引言

免疫疗法利用免疫系统的力量，具有针对癌症进行高度肿瘤特异性治疗、减少副作用和低复发率的潜力。癌症疫苗具体包含免疫刺激组分（佐剂）和目标（抗原），旨在训练免疫细胞识别并杀伤癌细胞。由于其靶向性强且能够引入免疫记忆，癌症疫苗前景广阔。然而，治疗性癌症疫苗未能引发完全有效的T细胞反应，临床成功有限，这在一定程度上是由于疫苗组分的递送和呈递效率低下所致[1]。

疫苗递送平台通过转运和保护货物、促进细胞摄取、优化佐剂呈递以增强免疫刺激以及促进内体逃逸以实现抗原交叉呈递，从而影响组分加工和免疫反应的强度[2,3]。

基于DNA的纳米结构是一类利用核苷酸易于合成和自组装能力形成高度结构化DNA架构的材料。它们可作为疫苗组分载体，精确控制大小、几何形状、柔性和间距[4]。虽然DNA也被用于编码抗原蛋白，但本综述将重点介绍DNA作为生物材料在疫苗组分递送中的应用。基于DNA的纳米结构的模块化特性使其能够同时解决当前疫苗的诸多缺陷——生物分布、货物保护、细胞摄取和胞内加工——使其成为治疗开发中的理想选择[4]。本文综述了基于DNA的纳米结构用于疫苗组分递送的当前设计考虑因素，并重点介绍了解决这些设计考虑因素以增强疫苗效力的基于DNA的纳米结构策略。

章节摘要

设计考虑因素

将基于DNA的纳米结构设计为疫苗佐剂和抗原载体时，必须考虑影响效力的各种驱动因素，以实现有意义的影响（图1）。疫苗组分应转运至淋巴结，因为树突状细胞（DCs）和T细胞在此共定位[5]。虽然20至100纳米之间的纳米载体能够自由通过淋巴系统循环，并可能在淋巴结内表现出更高的滞留性，但100纳米或更大的颗粒更可能被内部化

序列选择与分子修饰

设计DNA序列及其是否包含修饰是采用基于DNA的疫苗平台的关键第一步。虽然DNA可以被模式识别受体（PRRs）内源性感知，但具体序列和化学修饰在细胞如何检测和处理DNA方面起着重要作用。寡核苷酸的化学修饰可以提高摄取率、减少核酸酶降解、增强靶点结合并调节刺激活性[18]。大多数修饰是对其中任一进行

球形核酸

球形核酸（SNAs）是一类寡核苷酸治疗药物，由功能化有密集径向排列核酸壳层的纳米颗粒核心组成，为疫苗设计提供了多功能平台[26]。这种寡核苷酸呈递方式通过A类清道夫受体（SR-A）的多价相互作用提高摄取率，该类受体广泛存在于包括抗原呈递细胞（APCs）在内的多种细胞表面。因此，SNAs能够高效地将抗原和佐剂递送至免疫细胞。这一特性结合壳层的

DNA折纸

DNA折纸结构通过杂交将DNA构建成复杂的纳米级形态，并能够精确控制其表面分子的空间排列。与SNAs类似，DNA折纸利用DNA的可编程性进行疫苗构建，生成高度定义、刚性的纳米结构，具有独特的空间精度（表1）。佐剂间距和抗原定位的精确设计实现了结构特征的优化，并直接决定免疫学结果[15]。

DNA纳米凝胶和水凝胶

基于DNA的水凝胶系统通过利用其可编程的三维网络提供独特解决方案。DNA纳米凝胶作为独立的、高容量载体，能够保护包封的货物免受降解，同时实现细胞摄取后的刺激响应性解聚和无痕释放[17,39]。在宏观尺度上，可注射的DNA水凝胶作为原位疫苗储库，持续释放诱导免疫原性细胞死亡（ICD）的佐剂和个性化的

其他基于DNA的平台和混合平台

其他基于DNA的架构和混合平台也应运而生，这些平台纳入了关键设计考虑因素，以提升整体疫苗性能（表1）。这些包括四面体及其他多面体DNA框架、DNA树枝状分子和多足DNA组装体，以及滚环扩增（RCA）衍生的纳米结构（即DNA纳米花朵）。

四面体及其他多面体DNA框架是由寡核苷酸组装而成的离散、封闭的三维纳米结构

转化挑战与临床展望

尽管基于DNA平台的癌症疫苗仍处于早期转化阶段，但更广泛的寡核苷酸治疗领域已经为核酸药物奠定了坚实的临床基础。多种化学修饰的反义寡核苷酸，如Nusinersen、Inotersen和Volanesorsen，已获得监管批准，证明化学定义的核酸治疗药物可以在GMP条件下生产[53]。某些基于DNA的纳米结构已

结论与展望

本文重点介绍了产生最有效癌症疫苗所需的设计考虑因素，以及利用基于DNA的纳米结构实施这些考虑因素的策略。在这些平台中，大小、几何形状、柔性、分子间距和表面组织等结构特征是生物分布、货物保护、细胞摄取、胞内加工以及最终免疫学结果的主动决定因素。各种DNA平台提供了独特的设计选项以

资金来源

作者感谢以下机构的支持：Hartwell基金会、Arnold and Mabel Beckman基金会（Beckman青年研究员奖，Crossref ID：https://doi.org/10.13039/100000997）、美国国立卫生研究院-国家一般医学科学院（NIH-NIGMS，R35GM157326）以及美国国家科学基金会（CAREER奖，项目编号2542672）。A.F.还感谢生物材料转化研究博士生培养资助（T32EB006359）的支持。S.Z.还感谢合成生物学与生物技术

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：MHT持有Flashpoint Therapeutics Inc.和Holden Pharma LLC的财务利益，这些公司可能会从本研究的结果中受益。其他作者声明他们没有利益冲突。

Anna Maria Ferrante | Meifang Chen | Meredith A. Davis | Siyi Zheng | Michelle H. Teplensky