mRNA疫苗抗癌 从Moderna公司的KRAS疫苗说起

文章来源：医药魔方Pro

作者：陈燚

在过去几十年里，从被质疑到成功用于临床，尤其是新冠疫情大爆发推动了史上最快速的疫苗开发，mRNA疫苗已在疫苗研发历史上留下了浓墨重彩的一笔。而更令人期待的是，COVID-19并不是mRNA疫苗的唯一“用武之地”，在肿瘤治疗中mRNA疫苗也开始显露头角。

31家mRNA技术公司管线分布（来源：Nat Rev Drug Discov. 2021;10.1038/d41573-021-00147-y.）

2021年2月，Molecular Cancer杂志的一篇综述总结了mRNA疫苗在肿瘤治疗领域的应用，已有20多种基于mRNA的免疫疗法进入临床试验，在实体瘤治疗方面已初见成效。

临床中的肿瘤治疗mRNA疫苗可分为三大类：编码免疫刺激物的mRNA疫苗、编码TAAs (肿瘤相关抗原) 的mRNA疫苗和编码新抗原 (neoantigens) 的个性化疫苗。裸mRNA或基于载体的mRNA疫苗能有效地表达肿瘤抗原，促进抗原递呈细胞激活并刺激天然/适应性免疫。

表1 编码免疫刺激物的mRNA疫苗的临床试验

来源：Mol Cancer 20, 41 (2021)

表2 编码TAAs的mRNA疫苗的临床试验

来源：Mol Cancer 20, 41 (2021)

表3 编码新抗原的mRNA疫苗的临床试验

来源：Mol Cancer 20, 41 (2021)

mRNA疫苗属于核酸类疫苗，相比于其他肿瘤疫苗（基于肿瘤或免疫细胞的疫苗、基于肽的疫苗和基于病毒载体的疫苗）具有以下几方面的优势：

——核酸类疫苗可同时传递多种抗原，包括各种TAAs或体细胞突变，激活体液和细胞介导的免疫应答；

——与肽疫苗不同，核酸类疫苗可以编码全长肿瘤抗原，使得APCs可以同时或交叉递呈I类和II类特异性HLA（人类白细胞抗原）的多个表位；

——核酸类疫苗是非传染性的，在生产过程中没有蛋白质或病毒来源的污染。

mRNA疫苗与DNA疫苗相比，也有其独特的优势：

——mRNA可以在分裂细胞和非分裂细胞中翻译，只需要内化到细胞质中，然后一步翻译成目的抗原。mRNA疫苗的蛋白表达率和数量通常高于DNA疫苗。

——与DNA疫苗不同，mRNA疫苗不能整合到基因组序列中，因此不会发生插入突变。

目前，全球已有多家企业和机构在开发抗癌mRNA疫苗，包括mRNA疫苗巨头Moderna公司，其正在开发靶向KRAS突变的mRNA疫苗mRNA-5671。

moderna公司肿瘤疫苗（来源：moderna）

众所周知，KRAS是胞内蛋白，它又是如何作为mRNA疫苗靶标被开发的呢？实际上，mRNA-5671是一种KRAS个性化疫苗，其编码KRAS新抗原，这将是本文介绍的重点。

moderna公司mRNA疫苗（来源：moderna）

癌变过程中遗传不稳定性引起的基因突变通常发生在非编码区和编码区，编码区突变引起的氨基酸序列变化可以产生正常细胞中没有的蛋白质。这些蛋白质可以激活免疫系统，导致免疫系统攻击癌细胞。这些可被免疫细胞识别的异常抗原称为新抗原，它是癌细胞基因突变的结果，也称为肿瘤特异性抗原（TSA）。新抗原也可以通过病毒感染、选择性剪接和基因重排产生。新抗原可以出现在细胞表面，然后在主要组织相容性复合物（MHC）分子的作用下被T细胞识别。

新抗原（neoantigen）的特征（来源：Nat RevCancer 21, 360–378 (2021)）

与肿瘤特异性抗原（TSA）对应的是肿瘤相关抗原（TAA）。TAA是一种由未突变基因表达的蛋白质，在肿瘤细胞中表达明显高于正常细胞。因为TAA是正常的宿主蛋白，同时受到中枢和外周耐受机制的影响，因此，靶向TAA可能导致自身免疫毒性，而TSA是一种由体细胞突变产生的新抗原，只在肿瘤细胞中表达，而在正常细胞中不表达，因此免疫系统认为它们是非自体的，TSA新抗原特异性免疫反应不受免疫耐受的影响。此外，靶向TSA不易诱导自身免疫。因此，新抗原是治疗性癌症疫苗和基于T细胞的癌症免疫治疗的理想靶点。

新抗原的生物信息学特征概述（来源：Genome Med 11, 56 (2019)）

Moderna关于KRAS疫苗的想法最早可以追溯到2015年，当时NIH的研究人员报道了一种转基因小鼠对KRAS癌症疫苗反应良好。他们通过HLA肽预测算法，注意到HLA-A*11:01可能可以呈递KRAS突变蛋白。通过对HLA-A*11:01转基因小鼠进行免疫接种，产生了鼠源T细胞，随后分离出了对突变KRAS蛋白G12V和G12D具有高度反应性的T细胞受体（TCR）。用这些TCR转导的外周血淋巴细胞（PBL）可以识别带有相应KRAS突变的多个HLA-A*11:01+肿瘤系。在异种移植瘤模型中，过继转移与HLA-A*11:01、G12D突变的胰腺癌细胞系反应的PBL可显著降低NSG小鼠中移植瘤生长。

一年后，NIH的研究人员在《新英格兰医学杂志》上报道了成功应用过继性T细胞治疗KRAS突变癌症患者的病例。在1例转移性结直肠癌患者的肿瘤浸润淋巴细胞中，他们鉴定出一种针对突变型KRAS G12D的多克隆CD8+ T细胞应答。在将大约1.11×1011个HLA-C*08:02限制性肿瘤浸润淋巴细胞（由4种不同的特异性靶向KRAS G12D的T细胞克隆型组成）输注给该患者后，所有7个肺转移灶都观察到了肿瘤消退。然而，在治疗后的9个月后，其中1个病灶出现了进展。切除该病灶后发现它缺失了由6号染色体单倍体型编码的HLA-C*08:02 I类MHC分子，该分子的表达缺失直接导致了肿瘤免疫逃逸。

来源：N Engl J Med 2016; 375:2255-2262

基于以上研究，Moderna决定开始研发靶向KRAS的mRNA疫苗，到2017年底，Moderna就已经推出了，编码G12C、G12D、G12V和G13C突变体抗原的候选mRNA产品，该项目于2019年推进到I期临床（NCT03948763）。

这些进展并不是空穴来风，其实在Moderna公司的Poster中都可以找到蛛丝马迹。

Moderna公司KRAS疫苗（来源：moderna）

有关KRAS新抗原的鉴定，这可能是mRNA疫苗开发最关注的内容。今年7月，Nature Communications杂志发表了题为“Biochemical and functionalcharacterization of mutant KRAS epitopes validates this oncoprotein forimmunological targeting”的文章，详细介绍了突变KRAS抗原表位的生化和功能特征。

该研究首先利用计算表位预测、生化检测和蛋白质组学分析，预测和鉴定了突变KRAS（mKRAS G12）肽对HLA-A*03:01、HLA-A*11:01和HLA-B*07:02抗原表位的高亲和力和/或高稳定性，并确定这些表位是相应HLA I类配体组的组成部分。

为了评估选定的mKRAS多肽的免疫原性，从健康供体分离的CD8+T细胞与带有候选表位的自体单核细胞来源的成熟树突状细胞（mDC）共培养，既证实了多肽的免疫原性，又分离出针对以下三种表位的mKRAS特异性TCRs: G12V/HLA-A*03:01、G12V/HLA-A*11:01和G12R/HLA-B*07:02。这些mKRAS特异性TCRαβ在NFAT诱导的报告T细胞系或TCRαβ缺失原代CD8+ T细胞中的表达可作为分析肿瘤细胞系中mKRAS G12抗原表位表达的探针。TCR限制性T细胞对mKRAS突变肿瘤细胞株具有细胞毒作用，但对野生型KRAS多肽无反应性，证明mKRAS G12V和G12R多肽配体是真正的新抗原。

最后，TCR过继转移特异性表达G12V/HLA-A*03:01或G12V/HLA-A*11:01的CD8 +人T细胞，可使转移性肺癌小鼠移植瘤消失，延长生存期。这些研究结果进一步证实了突变KRAS（mKRAS G12）可作为免疫靶点。

突变KRAS抗原表位的生化和功能特征（来源：Nat Commun. 2021;12(1):4365）

总结来说，个性化mRNA疫苗的确为肿瘤精准治疗开辟了新方向，至于其临床疗效还需要数据说话。

参考文献：

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[10]https://modernatx.gcs-web.com/static-files/12f15d58-0a61-4ca4-a3e1-61d06ab28e0c