疫苗前沿 | mRNA疫苗質量屬性與免疫原性的關聯

文獻題目：mRNA vaccines: immunogenicity and quality characteristics（mRNA疫苗：免疫原性與質量特征）

發表期刊：

Journal of Nanobiotechnology

發表時間：2025年11月27日在線發表

作者團隊：中檢院呼吸病毒疫苗室權婭茹等

摘要：mRNA疫苗技術平臺近年來發展迅速，已成為疫苗研發的重要方向。基于關鍵質量屬性（CQAs）建立質量控制平臺是保障疫苗效力和安全性的基礎。本文系統探討了mRNA疫苗的關鍵質量屬性及其對疫苗免疫原性的影響，介紹了mRNA疫苗的技術原理、發展現狀、關鍵質量控制項目及其意義和免疫原性指標，并論述了研究關鍵質量屬性與免疫原性相關性的重要性。

（目前該文章為在線優先出版狀態，尚未正式出版，部分圖片無法查看，正文內容以文字形式供大家參考）

背景

盡管mRNA疫苗發展迅猛，但作為前沿醫療產品，其質量屬性的研究與有效控制直接關系到疫苗的安全性、有效性和質量一致性。目前行業面臨的關鍵問題包括：

• 關鍵質量屬性（CQAs）的界定與控制標準不統一，不同技術路線的疫苗缺乏標準化的質量評估體系；

• 質量屬性與免疫原性之間的關聯機制尚未完全闡明，難以通過質量指標精準預測疫苗的臨床效果；

• 生產過程中產生的雜質（如雙鏈RNA、DNA殘留等）對免疫效果和安全性的影響需要深入評估；

• 遞送系統的優化與質量控制成為提升疫苗性能的關鍵瓶頸。

  因此，系統梳理mRNA疫苗的質量控制要點，解析其與免疫原性的內在聯系，對于推動技術產業化、保障產品質量具有重要的現實意義。

研究結果解讀

（一）mRNA疫苗的關鍵質量屬性（CQAs）：三大核心維度

關鍵質量屬性是保障mRNA疫苗安全有效的基礎，根據中國CDE、美國USP等指南，主要分為三大類，每一類都直接影響疫苗的最終性能。

1.mRNA分子特征：疫苗的"核心骨架"

mRNA分子的結構完整性和純度是決定其能否有效發揮作用的前提，核心包括五大組成部分：5'帽結構、5'非翻譯區（UTR）、編碼序列（CDS）、3'非翻譯區（UTR）和多聚腺苷酸（poly(A)）尾。

5'帽結構：相當于mRNA的"保護帽"，不僅能啟動翻譯，還能保護mRNA免受核酸酶降解。研究表明，Cap1結構（通過三核苷酸帽類似物合成）能有效避免先天免疫識別，比Cap0結構具有更高的翻譯效率。目前主流的加帽方法有兩種：酶法加帽反應特異性高，但步驟繁瑣；共轉錄加帽（如第三代CleanCap?技術）效率可達94%以上，已成為行業主流。

poly(A)尾長度：作為mRNA的"穩定性調節器"，長度通常在50-250 nt之間。它通過與多聚腺苷酸結合蛋白（PABP）結合形成閉環結構，既增強mRNA穩定性，又能提升翻譯效率。實驗顯示，100 nt的poly(A)尾比64 nt的表達效率高700倍，而分段poly(A)尾（如poly(A)2×60_6）能顯著降低質粒重組率，提升mRNA產量。

核苷酸修飾：解決mRNA免疫原性問題的關鍵技術。Katalin Karikó團隊發現，用假尿苷（Ψ）或N1-甲基假尿苷（m1Ψ）替代尿苷，可顯著降低mRNA被模式識別受體（PRRs）識別的概率，同時提升翻譯效率。這一突破為mRNA疫苗的成功奠定了基礎，也讓兩位科學家獲得了2023年諾貝爾生理學或醫學獎。實際應用中，使用m1Ψ修飾的BNT162b2和mRNA-1273疫苗效率超過90%，而未使用修飾核苷酸的CureVac CVnCoV疫苗效率僅為48.2%。

完整性與純度：完整的mRNA（>4000 nt）能在樹突狀細胞中持續表達抗原72小時，誘導的抗體滴度是片段化mRNA（<2000 nt）的5-7倍。而純度控制的核心是去除雙鏈RNA（dsRNA）、RNA:DNA雜合體等雜質，這些雜質可能引發過度免疫反應，影響疫苗安全性。

2.遞送系統特性：mRNA的"運輸載體"

目前mRNA疫苗最常用的遞送系統是脂質納米顆粒（LNP），其組成和理化性質直接決定了mRNA的體內遞送效率和靶向性，典型LNP由四種脂質組成：可電離脂質、PEG化脂質、輔助脂質和膽固醇。

脂質組成：可電離脂質是核心成分（摩爾占比50%左右），其pKa值（6.6-6.9為最佳免疫原性范圍）決定了pH響應性和內體逃逸效率。輝瑞疫苗使用的ALC-0315和Moderna疫苗使用的SM-102都是性能優異的可電離脂質。PEG化脂質能減少顆粒聚集，但含量過高會影響遞送效率；膽固醇和輔助脂質（如DSPC）則負責維持LNP結構穩定性。

理化性質：粒徑在80-100 nm的LNP能高效靶向淋巴結和抗原呈遞細胞，是mRNA疫苗的最優選擇。表面電荷方面，生理pH下呈弱負電的LNP循環時間更長，而酸性環境下的質子化能促進mRNA釋放。包封效率是關鍵指標，Ribogreen熒光染料法是目前的標準檢測方法，高包封效率能有效保護mRNA免受核酸酶降解。

實際案例：Moderna的mRNA-1273疫苗采用80-100 nm的LNP，48小時內即可在淋巴結達到峰值濃度；輝瑞的BNT162b2通過優化LNP的脂質比例（可電離脂質47.3%、PEG脂質1.7%、DSPC9.6%、膽固醇41.4%），實現了高效的體內遞送和免疫激活。

3.通用注射劑參數：疫苗的"基礎保障"

包括外觀、滲透壓、無菌性、pH值等常規指標，雖然看似基礎，但直接關系到疫苗的安全性和使用體驗。例如，無菌性控制不當可能引發感染，pH值偏離生理范圍會導致局部炎癥反應，這些都是疫苗上市前必須嚴格把控的質量要點。

（二）mRNA疫苗的免疫原性：先天免疫與適應性免疫的協同作用

疫苗的核心價值在于誘導機體產生特異性免疫應答，mRNA疫苗通過激活先天免疫和適應性免疫的協同作用，形成持久的免疫保護。

1.先天免疫：免疫應答的"啟動器"

mRNA疫苗通過LNP載體和mRNA分子共同激活先天免疫系統，主要依賴模式識別受體（PRRs）識別核酸成分：

• LNP中的可電離脂質（如ALC-0315）能激活TLR4或NLRP3炎癥小體，促進IL-1β、IL-6等細胞因子釋放；

• 未修飾的單鏈mRNA被內體TLR7/8識別，觸發I型干擾素分泌，驅動樹突狀細胞成熟；

• 少量dsRNA雜質可被胞質RIG-I/MDA5識別，進一步放大干擾素信號。

先天免疫的激活是一把"雙刃劍"：適度激活能促進Th1極化和記憶細胞形成，過度激活則可能導致發熱、局部炎癥甚至心肌炎等不良反應。通過優化LNP成分和mRNA修飾，可精準調控先天免疫激活強度，平衡疫苗效力和安全性。

2.適應性免疫：持久保護的"核心力量"

適應性免疫包括體液免疫和細胞免疫，是mRNA疫苗發揮長期保護作用的關鍵：

體液免疫：mRNA疫苗通過編碼病原體特異性抗原，激活B細胞發生體細胞高頻突變和親和力成熟，產生高親和力中和抗體和記憶B細胞。臨床數據顯示，BNT162b2疫苗兩劑接種后，中和抗體滴度是康復者血清的2.8倍；針對RSV的LC2DM-LNP疫苗誘導的中和抗體滴度是傳統疫苗的4倍。此外，生發中心的激活狀態直接影響抗體質量，mRNA的核苷酸修飾能減少炎癥干擾，優化生發中心反應效率。

細胞免疫：激活CD4+和CD8+T細胞，其中Th1細胞分泌IFN-γ、IL-2清除病毒，Tfh細胞促進生發中心形成，CD8+T細胞發揮細胞毒性作用。研究表明，mRNA疫苗誘導的CD8+T細胞能有效識別并殺傷被感染細胞，且記憶T細胞能在體內長期存活，提供持久保護。

黏膜免疫：通過黏膜途徑接種的mRNA疫苗能誘導分泌型IgA（sIgA）和組織駐留記憶T細胞（TRM），形成黏膜屏障。鼻用新冠mRNA疫苗已被證實能顯著增強呼吸道sIgA應答，對奧密克戎變異株提供交叉保護。

3.與蛋白亞單位疫苗的對比優勢

mRNA疫苗通過原位表達抗原，保留了天然折疊和翻譯后修飾，能更高效地激活Tfh細胞和生發中心反應，誘導更強的細胞免疫。而蛋白亞單位疫苗通常需要強效佐劑才能達到相當的免疫原性，且CD8+T細胞應答較弱。在安全性方面，mRNA疫苗的反應原性與劑量相關，而蛋白亞單位疫苗的不良反應多由佐劑引起。

（三）質量屬性與免疫原性的關聯：關鍵質量決定免疫效果

文章的核心發現的是，mRNA疫苗的關鍵質量屬性與免疫原性之間存在明確的量化關聯，這些關聯為質量控制提供了科學依據：

1.mRNA完整性與免疫效果正相關

當mRNA完整性超過95%時，IFN-β水平與中和抗體滴度呈正相關（r=0.72）；而完整性低于80%時，相關性轉為負相關（r=-0.63）。臨床數據顯示，免疫功能低下人群對mRNA完整性更敏感，完整性超過95%時血清轉化率為78%，而85%-95%時僅為42%。

2.核苷酸修飾平衡免疫原性與翻譯效率

m1Ψ修飾的mRNA比Ψ修飾具有更高的蛋白表達水平和更低的細胞毒性，但過度修飾可能導致核糖體移碼，引發脫靶免疫反應。因此，修飾比例和序列設計需要精準優化，避免潛在風險。

3.雜質控制至關重要

即使0.1%的dsRNA雜質也能誘導顯著的IL-6產生，引發過度炎癥反應；RNA:DNA雜合體則可能激活cGAS-STING通路，增加基因整合風險。通過優化體外轉錄（IVT）工藝和純化策略，可將dsRNA雜質控制在0.01%以下，保障疫苗安全。

4.LNP特性決定免疫靶向性

粒徑80-100 nm的LNP能高效靶向抗原呈遞細胞，可電離脂質的pKa值在6.6-6.9時免疫原性最佳。PEG化脂質的含量和鏈長會影響抗PEG抗體產生，進而影響疫苗的體內清除速率。

（四）質量控制的關鍵方法：精準檢測保障產品質量

針對mRNA疫苗的質量屬性，行業已開發了一系列成熟的檢測方法，為質量控制提供技術支撐：

其中，LC-MS是加帽效率和修飾核苷酸檢測的"金標準"，納米孔測序技術憑借直接測序優勢，在mRNA結構分析中展現出巨大潛力；DLS和ELS因操作簡便、結果穩定，成為LNP表征的常規方法。

質量屬性

核心檢測方法

優勢與應用

mRNA完整性

毛細管電泳、IP-RP

高分辨率、高通量，可分離不同長度片段

加帽效率

LC-MS、納米孔測序

精準區分Cap0/Cap1/Cap2，檢測靈敏度高

poly(A)尾長度

IP-RP-HPLC、納米孔直接測序

單核苷酸分辨率，可分析修飾狀態

修飾核苷酸

BID-seq、PRAISE

單堿基分辨率，定量修飾位點和含量

dsRNA雜質

ELISA、HTRF、微流控電泳

高特異性，可檢測不同長度dsRNA

LNP粒徑

DLS、Cryo-EM

快速準確，可表征顆粒形態

表面電荷

ELS、cIEF

無需稀釋，結果穩定

討論與展望

mRNA疫苗技術的崛起為傳染病防控和疾病治療帶來了革命性變化，而質量控制是保障技術轉化和產品安全的核心支撐。這篇來自中檢院等權威機構的綜述，系統梳理了mRNA疫苗的關鍵質量屬性、免疫原性機制及其相互關聯，為行業提供了全面的技術參考。

隨著技術的不斷創新，mRNA疫苗在質量控制標準化、制劑穩定性、規模化生產等方面的瓶頸將逐步突破，未來不僅會在傳染病防控中發揮更重要作用，還將拓展到癌癥免疫治療、基因治療等多個領域，為人類健康提供更強大的保障。

參考文獻

Quan Y, Yang H, Li W, Li L. mRNA vaccines: immunogenicity and quality characteristics. J Nanobiotechnology. 2025 Nov 27. doi: 10.1186/s12951-025-03800-5 .

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撰寫| RNA星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設計| Alice