DNA疫苗与mRNA疫苗:对抗人类疾病的两把利器

龚方苑  发布于:2023年10月27日 13:55

文 | 龚方苑,苏州大学基础医学院与生物科学学院副教授。




DNA疫苗和mRNA疫苗是核酸疫苗家族的“同胞兄弟”,在作用原理上颇为类似,均需在宿主细胞中翻译成蛋白质抗原来发挥免疫刺激作用,诱导特异性的体液免疫和细胞免疫应答,从而起到保护作用。30年前DNA疫苗诞生时曾是疫苗界的掌上明珠,在日内瓦召开的国际专题会议上被定名为“核酸疫苗”,并被称为继病原体疫苗和重组蛋白疫苗之后的“第三代疫苗”以及“第三次疫苗革命”。然而,在“哥哥”DNA疫苗经历了近30年的不断进化,眼看就要修成正果的时候,横空出世的“弟弟”mRNA疫苗凭借新冠疫情的风势一骑绝尘,将“哥哥”甩在了后面。然而,我们应该看到的是,DNA疫苗的诸多优点是mRNA无法比拟的,DNA疫苗的研发在全球范围内仍在继续。DNA疫苗与mRNA疫苗并非相生相克的“冤家”,它们各有优缺点,随着研发的不断深入,两者均能成为人类疾病预防和治疗的利器。



DNA疫苗的基本特点与价值









DNA疫苗即含目的蛋白编码基因的重组真核表达质粒,免疫后即可在宿主细胞中表达抗原蛋白,诱导保护性免疫应答。与传统疫苗相比,DNA疫苗有许多优点:第一,构建工艺简单、生产成本低廉,易于改造以适应流行毒株变异,且不必冒操作病原毒株的危险;第二,质粒DNA与活病毒不同,不会自复制,不存在“毒力返祖”类的安全问题;第三,不但能诱导体液免疫,而且能高效激活细胞免疫;第四,将多种质粒DNA简单混合,就可组成多价疫苗;第五,分子稳定,可制成多种制剂,如DNA疫苗冻干苗和常温液体制剂等,便于运输和保存;第六,疫苗质粒的双链DNA中含有具有免疫佐剂功能的序列,对外加佐剂的要求较低;第七,不良反应小。上述特点使DNA疫苗开发、生产和存储的灵活性大大增加,尤其适合作为国家储备疫苗。

表1罗列了DNA疫苗和mRNA疫苗的优缺点比较。作为核酸疫苗的一种,mRNA疫苗同样具备上述前4点的优势,但不稳定性是其一大缺点。mRNA疫苗在生产过程中会有密码子随机突变,导致产品异质性高,从而诱导不可预期的免疫反应。另外,mRNA对存储和运输条件要求苛刻,通常需要保存在低温环境下。更为重要的是,mRNA疫苗接种所带来的一些不良反应至今未得到有效解决。

1688458522462.jpg



国内外DNA疫苗研发现状









DNA疫苗技术自诞生以来不断进化,已在提高转染效率和免疫效果上取得了长足进步。2017年6月,夏季达沃斯世界经济论坛发布了全球十大新兴技术榜单,包括DNA疫苗在内的基因疫苗等技术入选。2021年8月,印度Cadila Healthcare公司的新冠DNA疫苗ZyCoV-D获得紧急授权许可,成为世界上第一种人用DNA疫苗。该疫苗使用无针注射器给药,对预防有症状感染的有效率达67%。美国INOVIO公司与中国艾棣维欣生物公司自2020年起共同开发了新冠DNA疫苗INO-4800。该疫苗由编码SARS-CoV-2刺突蛋白的优化DNA质粒组成,在中国和美国分别完成了Ⅰ期和Ⅱ期临床试验,随后陆续获准在巴西、菲律宾、墨西哥、泰国、哥伦比亚开展Ⅲ期临床试验,世界卫生组织(WHO)“团结试验+”也正在同步开展。除此之外,全球范围尚有30余种DNA新冠疫苗进入Ⅰ至Ⅲ期临床试验。

在我国,一直高举DNA疫苗大旗的是复旦大学教授王宾。他是DNA疫苗技术的初创者之一,其所创立的艾棣维欣生物公司在DNA疫苗生产和研发上投入了大量人力物力资源,已具备国际领先的DNA疫苗开发平台以及工业化生产能力,拥有国内首个DNA疫苗生产许可证。

基于近年来DNA疫苗研发进展,WHO于2020年8月更新了关于DNA疫苗研发的指导原则(WHO/BS/2020.2380),再次重申DNA疫苗的主要优点,如制备快速简单、易于紧跟病毒变异情况开发交叉保护性疫苗、室温稳定、不良反应少等。WHO的这一立场为DNA疫苗的后续发展吹响了号角。预计DNA疫苗是未来新型疫苗的重点发展方向之一,在传染病和肿瘤的防治中具有广阔的临床应用前景。



DNA疫苗仍面临的发展瓶颈与解决途径









相比之下,DNA疫苗的免疫原性不及mRNA疫苗是不争的事实。究其原因,DNA疫苗质粒分子较大,通过肌肉注射进入体内的疫苗质粒有一部分因难以通过细胞膜而滞留在细胞间隙,随后被迅速降解。电脉冲或基因枪(无针注射器)大幅度提高质粒进入靶细胞的效率,使得DNA疫苗在应对突发性传染病(如高致病性禽流感、中东呼吸综合征、裂谷热、寨卡热和新冠感染)的临床试验中取得了较为满意的效果,然而,额外使用的医疗器械又反过来束缚了DNA疫苗的应用推广。鉴于此,开发新的更加方便且高效的DNA疫苗递送系统成为疫苗研发领域的一个主攻方向。可溶性微针(D-MAP)是将生物可降解聚合物材料和药物制备成足够强度的微针阵列,在穿过角质层屏障刺入皮肤后,由可降解材料形成的针体在组织微环境中迅速降解,药物同步释放,药物分子经皮下组织吸收进入体内。D-MAP递送的DNA疫苗不需要电脉冲辅助也能引起较强的免疫反应。艾棣维欣生物公司制备的基于D-MAP的DNA疫苗在小鼠、兔和猪的实验中获得了高滴度的中和抗体,且在活病毒攻毒实验中显示了良好的保护效果。这一技术的突破为DNA疫苗的推广奠定了基础。更为重要的是,DNA疫苗贴片摆脱了电击仪、注射针头、注射器及西林瓶等传统器械的束缚,贴片疫苗接种就像贴敷创可贴一样简单,这在很大程度上摆脱了对疫苗接种专业人员的依赖。


"

DNA疫苗和mRNA疫苗各有所长,也各有发展瓶颈。随着技术的进步,它们所面临的问题终将被解决。这对核酸疫苗“兄弟”必将成为人类抵御传染性疾病和癌症的“智勇双雄”。

"




END