【疑难解析】mRNA疫苗及其优缺点;克服缺陷的办法;自扩增RNA(saRNA)疫苗特点

来源:仪征中学 时间:2024-05-27
 
问题的提出: 下列试题中出现了很难理解的内容,一是mRNA疫苗的机理是怎么样的?缺陷是什么?二是自扩增RNA(saRNA)疫苗是如何做到稳定性的?三是相比于传统的mRNA疫苗,saRNA疫苗还具有哪些优点?
试题:(杭州期中考试节选) 2023年诺贝尔生理学或医学奖颁布给了两位在mRNA疫苗上做出突破性贡献的科学家。在狂犬病的预防中,同样也可以使用mRNA疫苗,但缺陷是机体缺少                       (填“RNA聚合酶”或“DNA聚合酶”),使得mRNA进入细胞后不能在体内持续产生大量抗原,且mRNA在体内容易被降解。对此研究人员研制出一种自扩增RNA(saRNA)疫苗,即在mRNA中加入一段可复制的序列,并对mRNA5'端加帽,3'端加尾部修饰,使其能在机体内稳定存在。相比于传统的mRNA疫苗,saRNA疫苗还具有的优点是                                
答案: RNA聚合酶    所需剂量少,延长抗原表达时间,副作用小
解析: 转录是指通过RNA聚合酶以DNA的一条链为模板合成RNA,mRNA疫苗是把抗原mRNA直接导入人体细胞中,让人体细胞自己持续生产抗原,以刺激机体产生对相应抗原的免疫应答,从而使接种者获得免疫保护。
试题中出现的有关疑难知识解惑
在狂犬病的预防中,同样也可以使用mRNA疫苗,但缺陷是机体缺少RNA聚合酶,导致mRNA的合成减少,且mRNA在体内容易被降解。自扩增RNA(saRNA)疫苗在机体内稳定存在,相比于传统的mRNA疫苗,saRNA疫苗还具有的优点是所需剂量少,延长抗原表达时间,副作用小。
1.mRNA疫苗及其优缺点
mRNA疫苗通过向人体注入含有病毒特定抗原的mRNA,诱导人体产生针对该抗原的免疫反应,从而预防或治疗该病毒感染。mRNA疫苗具有高效、安全、成本较低等优点。 目前用于制造疫苗的有两种RNA, 非复制型mRNA 自我扩增型mRNA

如果直接将mRNA用于制作疫苗和治疗领域,还会有一些问题,因为直接应用mRNA具有一些缺陷:

稳定性差:mRNA分子在体内很容易被核酸酶降解,尤其是在血液中,其半衰期很短。这使得mRNA疫苗难以在体内持续发挥作用。

递送困难:如何将mRNA有效地递送到目标细胞中是一个大问题。因为mRNA分子较大,且带负电荷,不容易通过细胞膜进入细胞。

细胞内定位:mRNA疫苗进入细胞后,必须被正确地引导到核糖体才能发挥作用。然而,如何确保mRNA在细胞内正确地定位和翻译是一个挑战。克服的方法也有相关的报道,还在不断地研究中,不同的生物体内已经有一定的突破。

安全性问题:外来的核酸如mRN会引起机体的免疫应答,从而造成副作用。

2.克服上述缺陷的办法——核苷碱基修饰

核苷碱基修饰是指通过化学或酶学方式对核苷酸上的碱基进行修改或修饰,从而改变核酸的功能或生物学活性。这些修饰通常是在核酸的结构修饰或细胞内核酸合成的过程中完成的。常见的核苷碱基修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化、硫酸化等。合适的修饰还能够提高翻译效率,合成更多的抗原肽

解决稳定性的方法:mRNA上的多种修饰能够通过影响mRNA的稳定性,例如,RNA的5'端加上帽子结构和3'端尾巴加上结构可以增加mRNA的稳定性。

具体的过程可以参考链接:释疑|真核生物的mRNA加工过程;加工时出现“5′帽子”和“3′尾巴AAAA”的过程和意义

解决递送问题的方法:直接把修饰后的mRNA往身体里打是不太可靠的方法,我们还得想办法把合成好的mRNA送到细胞里。很常规的技术是脂质体转染。不过应该用什么样的脂质体确实是个很复杂的技术问题。不过好在经过多年的调整,我们找到了一些比较合适的配方。

关于脂质体可以参考链接:情境|脂质体的组成和特点及其应用

安全性问题的解决方法:细胞内自身合成的mRNA携带一些特定修饰,避免引起免疫应答。细胞内存在一些模式识别受体,能够检测外来核酸等物质,引起免疫应答。自身合成的mRNA携带的修饰就使得它们和外来核酸不一样,因此避开了模式识别受体。因此,外来的mRNA可以通过核苷碱基修饰来避免免疫应答反应。

3.如何理解mRNA疫苗缺少RNA聚合酶?

上述试题的“RNA聚合酶”答案可以答出,因为是mRNA疫苗,需要产生许多mRNA,再翻译合成抗原蛋白,产生mRNA需要RNA聚合酶。那么,为什么缺少RNA聚合酶呢?

在所有的RNA病毒中,除逆转录病毒外,都需要RNA复制。这个过程需要RNA复制酶。RNA复制酶,亦称RNA合成酶,是RNA聚合酶的一种,即依赖于RNA的RNA聚合酶,可以以RNA为模板合成RNA。

RNA聚合酶有许多种,RNA病毒的RNA聚合酶是RNA依赖性的RNA聚合酶,就是以RNA为模板合成RNA。而人体内是DNA依赖性的RNA聚合酶,这个比较常见,就是以DNA为模板转录RNA。如果是狂犬病病毒感染,那应该携带了RNA依赖性的RNA聚合酶,而mRNA疫苗是没有携带该酶,人体的RNA聚合酶都是DNA依赖性的RNA聚合酶,尽管都是RNA聚合酶,但不是同种酶。

4.自扩增RNA(saRNA)疫苗特点

自扩增RNA(saRNA) 是一种合成RNA,具有在宿主细胞内自我复制的能力,导致靶蛋白表达增加,这一特性使其成为疫苗开发和基因治疗的有前途的工具。saRNA与常规线性mRNA基本组成结构一样,但它可以通过位于5′非翻译区(5’UTR)下游的复制酶进行自我复制。

saRNA疫苗以极低剂量便可触发高效免疫反应,成为下一代RNA疫苗的率先破局者。saRNA由于其复制特性,仅需约1/6线性mRNA剂量的疫苗即可达到相同的蛋白表达,剂量的优势可以显著降低其生产成本以及由剂量带来的免疫原性,是相对理想的疫苗。

 
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