综述：mRNA疫苗用于多重耐药菌：前景、挑战及微生物组导向策略

《The Lancet Microbe》：mRNA vaccines for multidrug-resistant bacteria: promise, challenges, and microbiome-informed strategies

　　

抗菌素耐药性（AMR）已使多重耐药菌（MDRO），尤其是ESKAPE-E病原体[包括粪肠球菌（Enterococcus faecium）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、肠杆菌属（Enterobacter spp）及大肠杆菌（Escherichia coli）]成为现代医疗的重大威胁。尽管新型抗生素研发、抗菌药物管理及应用预防仍至关重要，但仅靠此类干预措施难以抵消预测的AMR发展趋势。疫苗可通过预防感染及减少抗生素暴露缓解AMR。世界卫生组织（WHO）估计，针对23种病原体（不含淋病奈瑟菌）的疫苗可使全球抗生素需求降低22%，相当于每年减少25亿限定日剂量。在mRNA技术时代，模块化疫苗平台可实现蛋白抗原及多价构建体的快速设计，针对部分细菌病原体的临床前概念验证已初步显现。研究人员在本述评中提出，mRNA疫苗应被视为针对特定蛋白类MDRO靶点的赋能平台，而非抗菌疫苗开发的通用解决方案。研究人员进一步提出微生物组导向框架，区分系统性保护与黏膜去定植效应，并使抗原选择、递送途径及试验终点与定植动力学、微生物组稳态及AMR削减目标相匹配。

Introduction

抗菌素耐药性（AMR）的快速上升已使多重耐药菌（MDRO）成为现代医疗的核心威胁。2021年全球因细菌AMR导致的死亡达471万例，其中114万例直接归因于AMR；预测至2050年，AMR直接归因死亡将达每年191万例，相关死亡可达822万例。WHO及全球监测框架界定的优先级病原体中，ESKAPE-E组因广泛的多重耐药性、新型治疗选择匮乏及对医疗相关感染与死亡的贡献而被重点关注。经合组织（OECD）国家数据显示，五分之一的细菌感染对抗生素治疗耐药，耐药感染每年导致OECD及欧盟/欧洲经济区国家约7.9万人死亡，其中医疗相关耐药感染占AMR相关死亡的60%以上。AMR带来的经济与社会成本显著，包括住院时间延长、治疗费用高昂及生产力下降，预计至本世纪中叶全球累计年成本可达数千亿美元。尽管抗菌药物管理项目、感染控制措施及新型抗菌药物研发仍是基础，但缺乏强有力的治理支撑时，仅靠这些措施无法抵消AMR的发展趋势，亟需疫苗接种等预防性策略补充。除疫苗外，其他免疫治疗方法也在探索中，如靶向细菌毒力因子的单克隆抗体（mAb）。靶向金黄色葡萄球菌α毒素的suvratoxumabⅡ期SAATELLITE试验虽未达主要终点，但探索性亚组分析显示其可降低特定定植患者的呼吸机相关性肺炎发生率；靶向铜绿假单胞菌PcrV和Psl的双特异性mAb MEDI3902（gremubamab）在定植的机械通气重症监护室（ICU）患者中完成了评估，为抗体类预防策略提供了机制与安全性数据。但既往抗毒力策略的经验提示需理性看待细菌mAb的前景，2016年获FDA批准用于预防艰难拟梭菌毒素B复发感染的bezlotoxumab，虽临床疗效明确，仍于2025年1月因商业与战略原因停产，表明除科学概念验证外，实施挑战、市场可持续性及在 evolving 治疗管线中的定位仍是抗感染免疫疗法的主要障碍。疫苗是成熟的AMR缓解策略，现有项目如b型流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae type b）及肺炎球菌结合疫苗已显著降低侵袭性疾病与抗生素使用，但针对多种ESKAPE-E病原体的后期研发管线仍十分匮乏。疫苗通过预防感染减少抗生素需求、限制耐药传播并产生人群层面的获益，WHO 2024年估计，针对23种病原体（不含淋病奈瑟菌）的疫苗可减少全球22%的抗生素需求，相当于每年减少约25亿限定日剂量，这为疫苗投资提供了超越疾病特异性终点的量化AMR相关依据。近期mRNA技术驱动的抗菌疫苗研究热潮不应掩盖历史上制约其成功的基础生物学挑战。过往2年的多篇综述总结了细菌mRNA疫苗概念与早期证据，本研究提出免疫-生态协同框架，将疫苗概念化为可将MDRO丰度降低至定植抗性重新发挥作用的阈值的工具，该框架的核心特征是明确区分系统性保护与黏膜去定植目标，这一区分是疫苗设计的核心，因为系统性策略与黏膜策略对感染、定植及微生物组动力学的影响存在显著差异：肌内注射诱导的系统性免疫以循环IgG和T细胞为特征，主要预防侵袭性感染，对黏膜定植影响极小；黏膜接种策略（如鼻内接种）可诱导分泌型IgA及组织驻留记忆T细胞，实现定植与传播的削减；整合微生物组动力学与MDRO疫苗应答显示，降低MDRO负荷可促进定植抗性恢复与菌群稳态重建，因此需将疫苗设计、给药途径及临床终点与感染预防和微生物组介导的AMR控制相匹配。

Vaccines against multidrug-resistant bacteria: concepts and challenges

数十年来，应对AMR的主导策略聚焦于新抗生素发现、优化管理与强化感染防控，这些支柱虽不可或缺，但单独应用明显不足。疫苗日益被视为核心AMR干预手段，可同时减少感染与抗生素消耗。b型流感嗜血杆菌结合疫苗在多数高收入国家儿童中实现该病原体所致侵袭性疾病与脑膜炎的近消除，在覆盖率达标地区均取得显著降幅；肺炎球菌结合疫苗（从PCV7到PCV10、PCV13，再到PCV15、PCV20、PCV21）则显著降低了疫苗血清型所致的侵袭性肺炎球菌病，但也伴随非疫苗血清型的出现，推动了更高价次配方的研发与引入。这些案例表明结合疫苗可大幅降低侵袭性细菌病与抗生素使用，同时也凸显了持续监测与迭代更新的必要性，这对针对多重耐药ESKAPE-E病原体的疫苗研发具有重要参考意义。疫苗通过多种机制缓解AMR，包括直接预防耐药株感染、间接减少伴发抗生素暴露（如预防病毒性感染以减少不必要的抗生素处方）及降低易感与耐药病原体的传播。WHO的政策导向分析及专家共识均强调，应将疫苗的AMR效应从次要考量提升至疫苗价值评估的正式组成部分，将其明确纳入优先级设定与成本效益框架。尽管概念清晰，但AMR压力最高的场景中疫苗研发仍滞后。ESKAPE-E病原体兼具广泛的抗原多样性、复杂的毒力机制及以医院流行病学为主的特征，传统蛋白或多糖疫苗屡遭挫折，如金黄色葡萄球菌的多个医院场景候选疫苗未显示临床获益，局限性包括抗原覆盖范围窄、脆弱宿主功能性免疫不足及非预期安全性信号。ESKAPE-E病原体的疫苗研发现状呈现显著的抗原-平台约束：粪肠球菌（耐万古霉素肠球菌，VRE）目前无活跃研发管线，仅明确定植与后续血流感染密切相关；金黄色葡萄球菌的多价mRNA-LNP候选疫苗处于临床前阶段，靶向MntC、Hla、FnBPA、IsdB等抗原，核心障碍为免疫逃逸及保护性相关标志物缺失，动物模型显示其可提高生存率并降低菌载；肺炎克雷伯菌的四价O抗原生物结合物Kleb4V处于Ⅰ/Ⅱ期临床，靶向O抗原，已在老年人群中证实安全性与免疫原性，核心障碍为抗原多样性；鲍曼不动杆菌的mRNA疫苗（含黏膜递送）处于临床前阶段，靶向外膜蛋白及Oxa23，动物肺炎模型显示黏膜免疫可改善清除效率，核心障碍为抗原异质性与途径依赖性；铜绿假单胞菌的mRNA-LNP疫苗处于临床前阶段，靶向PcrV、OprF/I，动物模型显示保护作用及菌载降低，核心障碍为抗原冗余；肠杆菌属目前无活跃研发管线，核心障碍为抗原复杂性及管线优先级低；肠外致病性大肠杆菌（ExPEC）的O抗原多糖结合疫苗Ⅲ期试验因无效终止，未观察到针对侵袭性疾病的有效性；尿路致病性大肠杆菌的mRNA-LNP疫苗靶向黏附素FimH（铁蛋白纳米颗粒设计），临床前研究显示其在啮齿类中诱导强免疫原性及功能性血清与尿液抗体应答，但尚无临床疗效数据。机制层面，抗体介导的调理吞噬可增加吞噬摄取，但不保证胞内杀伤，因此功能学检测应评估胞内清除而非仅依赖调理吞噬活性升高推断保护作用。此外，革兰阴性菌的核心保护靶点多为多糖（O抗原或荚膜），mRNA无法编码此类抗原，因此其比较优势最适用于蛋白抗原（如黏附素或保守外膜蛋白）或异源初免-加强策略，而非通用方案。同时，病原体相关共生菌的保护难度更高，因其毒力机制存在冗余；经济激励不足，AMR负担最高的场景购买力低下，使得医院获得性感染的后期大型试验财务吸引力弱；现有经济评估框架仍未充分捕捉疫苗接种的广义AMR相关价值，包括耐药性出现、抗生素消耗及医疗负担的下游效应。

What mRNA can and cannot solve

mRNA平台在抗菌研发中的能力与局限是核心议题。当保护性靶点为蛋白时，mRNA平台具备工程学优势：快速的设计-构建-测试周期、模块化多价构建体及比重组蛋白流程更快的迭代制造范式，这对循环谱系异质性高的病原体极具吸引力，此类病原体可能需要多价蛋白抗原组合且抗原面板需定期更新。但这些优势不应与生物学活性混淆：首先，mRNA无法编码多糖抗原，对ExPEC、肺炎克雷伯菌等关键革兰阴性病原体而言，主导保护性靶点包括O抗原或荚膜多糖结合物；其次，哺乳动物细胞中抗原的表达可能改变表位呈递，与天然细菌环境存在差异，可能影响功能性免疫；第三，mRNA无法克服导致既往疫苗失败的路径特异性屏障，包括免疫逃逸、毒力决定簇冗余、胞内持留及保护性相关标志物验证缺失，金黄色葡萄球菌的相关问题尤为突出；第四，多价mRNA配方面临抗原共表达、总mRNA剂量及反应原性的实际约束，增加编码抗原数量可能提升总剂量与反应原性，需谨慎优化剂量。虽然抗原竞争与免疫显性是情境依赖的，而非mRNA平台的固有局限，流感模型显示多价mRNA构建体可缓解经典的免疫显性层级（如血凝素优于神经氨酸酶），产生比重组蛋白方法更均衡的免疫应答，但这种效应能否转化至具有冗余性、可变表达及独特免疫逃逸策略的复杂细菌抗原仍不确定，需实证验证；第五，递送途径需匹配预期终点：肌内疫苗高效诱导系统性IgG与循环T细胞，支持侵袭性疾病预防，而黏膜表面去定植可能需要诱导局部免疫的黏膜递送系统。但黏膜mRNA-LNP疫苗的临床转化仍面临多重制剂与递送障碍，包括黏液纤毛层滞留、黏膜核酸酶降解及呼吸道表面局部炎症反应性风险；最后，实施约束包括冷链要求、规模化递送及与监管机构对齐的终点，仍是实际瓶颈。综上，mRNA平台应被视为针对特定蛋白靶点的赋能技术，而非抗菌疫苗开发的通用解决方案。

mRNA vaccine platforms and preclinical evidence

COVID-19疫苗的快速开发与部署加速了mRNA疫苗技术的发展，重新激发了针对MDRO的下一代抗菌疫苗策略研究热情。mRNA平台可实现多抗原构建体的快速规模化生产、根据本地流行病学灵活调整及跨谱系的保守靶点整合。已有综述总结了mRNA疫苗如何工程化编码细菌病原体的表面抗原、类毒素或分泌毒力因子，以及脂质纳米颗粒（LNP）递送系统如何调控以诱导强烈的体液与细胞应答。针对多重耐药ESKAPE-E病原体的专项综述描述了新兴的mRNA候选疫苗，其靶向多种MDRO的黏附素、营养获取系统及毒素组合，并强调了随耐药模式演变快速更新抗原面板的可行性。临床前研究为部分细菌mRNA构建体提供了概念验证，但从动物模型到人类的转化仍不确定。小鼠模型中，编码多种金黄色葡萄球菌毒力因子的多价mRNA构建体可诱导强烈抗体应答及Th1或Th17偏倚的细胞免疫，转化为脓毒症与肺炎模型的生存率提升及菌载降低。针对革兰阴性ESKAPE-E成员如鲍曼不动杆菌，靶向保守外膜蛋白或Oxa23等碳青霉烯酶的实验性mRNA疫苗在小鼠肺炎模型中显示保护作用，尤其是通过黏膜途径递送时可产生局部免疫。针对铜绿假单胞菌，编码PcrV和OprF/I的mRNA-LNP构建体在小鼠烧伤创面及全身感染模型中显示免疫原性与保护活性，多价配方优于单价抗原，支持临床前阶段利用mRNA平台编码多价蛋白抗原的可行性，同时也凸显临床转化中需解决抗原冗余与菌株变异性的问题。这些概念验证研究强调了多基因配方的优势，可根据临床流行病学快速重新设计与组合。但mRNA疫苗进入高级临床开发前仍需解决多项挑战：抗原选择需平衡广度与保守性，靶点应在流行克隆中稳定表达，同时充分暴露且具有足够免疫原性以诱导有效效应应答；多数ESKAPE-E病原体的保护性相关标志物定义不完整，调理吞噬杀伤、补体介导杀菌活性及T细胞细胞因子谱等功能学检测需标准化为替代终点；最可能获益的人群（如危重患者、血液系统恶性肿瘤患者、移植受者及长期护理机构居民）的疫苗应答可能减弱，且mRNA和LNP诱导的先天免疫激活需谨慎校准，以避免在临床脆弱宿主中引发过度反应原性；此外，许多MDRO（如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌）同时作为肠道共生菌存在，针对此类生物的疫苗接种引发了宿主-微生物组免疫相互作用及潜在肠道稳态破坏的理论问题，目前人类相关数据仍十分有限。解决这些安全性与生态学问题是大规模实施的前提。

Microbiome-informed targets and clinical implications

微生物组导向疫苗设计利用纵向携带及菌株或耐药组（resistome）数据，优先选择在定植或侵袭期表达的抗原，并定义超越二元感染结局的生态学终点。MDRO去定植概念支持阈值模型，即降低病原体丰度可使定植抗性重新发挥作用。对定植控制的关注自然将疫苗议程与肠道微生物组关联，后者是定植与传播动力学的关键生态库，尤其对多重耐药肠杆菌目细菌及耐万古霉素肠球菌（VRE）而言。现有证据综合显示，肠道MDRO定植与超额发病、死亡及医疗成本相关，非抗生素策略（如粪便 microbiota 移植、益生菌、噬菌体及定义的细菌联合体）可通过生态调节缓解耐药性，这凸显肠道生态系统不仅是治疗靶点，也是耐药基因持留与种间传播的关键决定因素。生态干预旨在通过重塑微生物群落恢复定植抗性，而疫苗接种是免疫精准工具，二者机制不同，但若疫苗接种足以降低MDRO丰度以促进共生菌恢复与定植抗性重建，理论上可产生协同效应。VRE定植是特定高风险宿主的可信中间终点，恶性肿瘤患者的系统综述与荟萃分析显示，VRE定植者发生后续VRE血流感染的风险显著高于非定植者（风险比[RR] 24.15，95%CI 10.27–56.79），13%（95%CI 8–19）的定植者发展为VRE血流感染。产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）肠杆菌目细菌及碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌（CRE）也存在类似的定植-血流感染关联，尤其在医院高危人群中。CRE携带者系统综述显示，1806例定植者中299例（16.6%）后续发展为CRE感染，包括30例血流感染。这些数据支持针对选定MDRO（尤其是肠杆菌目细菌）在高风险人群中的定植富集试验设计，此类人群中肠道携带先于血流感染。未来MDRO靶向疫苗需考虑其与微生物组的相互作用，后者既是耐药基因的储存库，也是定植动力学的决定因素。机制研究详细阐述了微生物组组成如何塑造多重耐药菌定植：特定肠道微生物组特征与多重耐药菌定植相关，反复验证发现多样性降低及肠杆菌目扩增与定植抗性丧失相关；近期合成数据显示，富含毛螺菌科（Lachnospiraceae）的群落与保护相关，而高丰度肠杆菌目则与持续携带相关。综上，若建立定量、标准化的微生物组指标及经验证的保护性相关标志物，微生物组谱分析可为MDRO疫苗的抗原选择与终点定义提供依据，这也与新兴的微生物组导向精准疫苗学及双向微生物组-疫苗相互作用概念一致。定植密度、携带时长及特定微生物组变化可作为未来试验的微生物组导向靶点与读数。将该整合愿景转化为实践需分步推进：明确优先应用场景，聚焦MDRO定植与感染负担沉重、疫苗接种AMR获益可能最大的高风险场景，ICU与长期护理机构尤为相关，此类场景中MDRO感染与携带始终与更长住院时间、超额发病死亡及高额医疗成本相关；VRE或CRE的定植富集疫苗策略在血液科或移植单元可作为务实的早期应用案例，与现有高危人群定植-感染文献的发现一致。需明确区分系统性目标与黏膜目标：肌内mRNA疫苗主要诱导血清IgG与循环T细胞，可降低侵袭性疾病严重程度，但黏膜携带削减通常需要局部免疫机制（如分泌型IgA与组织驻留记忆细胞），因此若将去定植作为明确目标，黏膜递送是研发前提，小鼠碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌模型中，鼻内递送mRNA疫苗改善了细菌清除并诱导肺组织驻留记忆T细胞，印证了途径-终点对齐对定植控制策略的支持作用。ESKAPE-E病原体mRNA疫苗的早期试验应将定植、抗生素消耗及耐药特异性结局与传统临床终点并列纳入，正如Tadesse等对疫苗-AMR评估的倡导。在试验中嵌入纵向微生物组测序与定量MDRO携带评估，可更细致地理解疫苗接种如何重塑微生物生态系统与耐药库。mRNA平台可能是实现蛋白靶点这一目标的一种赋能路径，但其效用仍限于抗原类别特异性与终点特异性（含递送途径约束），其快速整合新抗原以应对新出现克隆或耐药模式的独特能力与动态、位点特异性微生物组数据相契合，支持将本地生态数据整合至抗原选择策略。同时，微生物组研究为定义成功标准提供了概念与方法学基础：不仅是更少的MDR感染，还包括定植压力降低及向固有抵抗MDRO过度生长的微生物群落的转变。综上，这些观察既展现了mRNA策略用于MDRO的前景，也揭示了其结构性局限，但mRNA疫苗仅是抗菌疫苗研发广阔版图中组成部分之一。

Beyond mRNA: other vaccine strategies

由于多种主要细菌保护性靶点为多糖类，而mRNA平台局限于蛋白抗原表达，平台选择应以抗原生物学为导向。以多糖为主导的保护（荚膜与O抗原）更适合结合疫苗、生物结合疫苗、外膜囊泡（OMV）或膜抗原通用模块策略，而蛋白抗原则可能适配mRNA、蛋白亚单位或病毒载体方法。临床前研究显示，OMV包被的纳米颗粒疫苗在鲍曼不动杆菌肺炎与脓毒症小鼠模型中提供强效保护，凸显了OMV平台对优先级AMR病原体的相关性。另一有前景的方向是使用跨菌种高度保守的广谱保护性糖抗原，可与OMV载体成功联用。更宏观的战略层面，抗菌疫苗管线的全景绘制显示，尽管AMR形势紧迫，当前研发版图仍极为狭窄，临床前与临床阶段针对ESKAPE-E病原体的候选疫苗仅有3种，这与多重耐药病原体负担不断加重形成鲜明对比，距离1928年弗莱明发现青霉素已近一个世纪。

Regulatory pathway and endpoints

尽管生物学依据充分，监管路径仍是MDRO疫苗的主要瓶颈。当前FDA与欧洲药品管理局（EMA）框架优先考虑临床疾病终点，而多数MDRO靶向策略的核心目标是降低定植或病原体负荷。但除非有经验证的保护性相关标志物支持，定植终点极少被接受为主要终点，这造成了结构性错配：对多数MDRO而言，侵袭性感染发生率低且异质性强，传统效力试验的实施难度大。务实的路径可能依赖分步证据框架：结合与保护 plausibly 相关的功能性免疫标志物、在携带可预测疾病的明确高风险人群中降低定植或病原体负荷的证据，以及上市后有效性研究。母体B族链球菌疫苗的研发为此类方法提供了先例，其保护性相关标志物与定植数据支持监管决策。短期内，在携带-感染关联明确的高风险人群中开展定植富集试验设计可能是最可行的转化路径；相比之下，监管层面更广泛接受定植削减作为主要许可终点，仍需经验证的保护性相关标志物及监管机构的进一步共识。早期与监管机构对齐以明确可接受终点、降低临床开发风险至关重要。

Conclusion

针对MDRO的疫苗是AMR缓解的关键但尚未充分开发的支柱。尽管mRNA平台为蛋白抗原设计与快速迭代提供了灵活性，但其无法克服历史上制约抗菌疫苗成功的基础生物学约束。最终，针对MDRO的成功疫苗策略很可能需以病原体驱动、终点驱动及生态驱动为核心，疫苗平台作为赋能工具而非独立解决方案。桥接免疫学、微生物组科学与监管框架，有助于定义开发既能降低感染负担又能削减AMR的现实路径。