中科院动物所魏妥/北京大学程强团队ACS Nano：开发掺杂锰离子的脾脏靶向mRNA疫苗用于增强体内抗肿瘤免疫

mRNA疫苗在抗击严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-COV-2）传染病中的成功，凸显了该技术在应对突发性传染病中的应用价值。近些年，mRNA抗肿瘤疫苗的研发也愈发引人注目，因其研发周期短、可实现个性化设计等优点，已开展多项临床前和临床试验，在针对黑色素瘤、非小细胞肺癌和结直肠肿瘤等中有积极疗效，带来显著的临床益处。尽管如此，mRNA肿瘤疫苗的有效性仍有很大提升空间，关键点在于：1）如何将mRNA精准递送到抗原呈递细胞激活特异免疫反应；2）如何提升抗原呈递效率和免疫激活能力。

2024年10月28日，中国科学院动物研究所魏妥研究组联合北京大学未来技术学院程强研究组，在《ACS Nano》杂志(IF=15.8)在线发表了题为“Spleen-targeted mRNA vaccine doped with manganese adjuvant for robust anti-cancer immunity in vivo”的工作。该研究开发了一种脾脏靶向的mRNA疫苗（Mn@mRNA-LNP），该疫苗将编码肿瘤抗原的mRNA和锰离子佐剂（Mn²⁺）同时递送到脾脏中的树突状细胞，从而有效促进了树突状细胞的成熟，增强了其表面相关抗原的呈递和免疫激活。

此前，研究团队开发了一种通用的器官选择性递送策略，简称Selective ORgan Targeting (SORT)技术（Nature Nanotechnology, 2020），在这项研究中，研究人员基于SORT技术通过引入不同比例的阴离子脂质（18PA、DOPG和DOPS）作为第五组分来构建和优化一系列脂质纳米颗粒（Lipid nanoparticles，LNP），以筛选脾脏靶向的LNP。如图1所示，含有10-20%阴离子脂质的LNP均有效靶向脾脏，并且在LNP中掺入15%阴离子脂质不仅提高了脾脏的递送效率，还维持了良好的脾脏靶向效率。

图1 脾脏靶向LNP的制备与优化

随后，研究团队评估了脾脏靶向LNP在体内以及体外树突状细胞（DC）中的转染效率、表面相关抗原的呈递以及免疫激活。研究结果表明，DOPS LNP在体内与体外均成功地转染了DC细胞。与18PA以及DOPG LNP相比，DOPS LNP在体内诱导了更强大的抗原特异性细胞毒性T淋巴细胞（CTL）反应、Th1与Th2反应（图2）。

图2 脾脏靶向LNP促进mRNA转染到APC并增强OVA特异性体液和细胞免疫反应

近期研究发现，Mn²⁺可作为STING激动剂诱导I型干扰素（IFN）的分泌以及DC成熟，从而增强抗肿瘤免疫反应。因此，为了进一步增强mRNA疫苗的免疫激活能力，研究团队尝试基于Mn²⁺与DOPS阴离子脂质之间的静电吸附实现Mn²⁺的封装，制备“All-in-One”制剂（Mn@mRNA-LNP）。研究结果表明，DOPS LNP可有效封装Mn²⁺，并且Mn²⁺的掺入不会对DOPS LNP的理化性质和脾脏靶向效率造成明显影响，反而还提高了mRNA的表达效率以及DC的激活能力（图3）。

图3 Mn²⁺的掺入不影响DOPS LNP的理化性质和脾脏靶向

I型IFN可激活抗原呈递细胞（APCs），而APCs的激活对CD8⁺ T反应而言至关重要。因此，研究团队评估了Mn@mRNA-LNP对cGAS-STING信号通路以及体内抗原特异性CD8⁺ T反应的激活。如图4所示，Mn@mRNA-LNP共同递送Mn²⁺和抗原编码的mRNA显著激活了cGAS-STING信号通路，进一步促进了DC成熟，从而引发了更强烈的OVA特异性T细胞反应。

图4 Mn@OVA mRNA-LNP诱导了STING的激活，并进一步诱发了强大的OVA特异性CTL反应

研究团队构建了B16-OVA皮下瘤模型以及术后肿瘤复发模型去评估Mn@mRNA-LNP的抗肿瘤免疫反应以及疗效，研究结果表明，Mn@OVA-mRNA-LNP诱导了强大的OVA特异性CTL反应、促进了效应T细胞在肿瘤部位的浸润以及效应性记忆T细胞的增殖，从而有效抑制了B16-OVA肿瘤的进展以及手术后肿瘤的复发（图5）。

图5 Mn@mRNA-LNP抑制已构建的以及手术后B16-OVA肿瘤的进展。

基于新生抗原的个性化疫苗已被证明可以有效增强肿瘤特异性免疫反应，同时最大限度地减少对非恶性组织的“脱靶”损伤。研究团队选用了在结直肠癌细胞（MC38）中已被鉴定的7种突变肽，制备编码MC38新抗原的个性化疫苗（Mn@Neo-mRNA-LNP）。结果表明，Mn@Neo-mRNA-LNP可在体内有效诱导特异性T细胞反应，并在已建立的MC38肿瘤模型中抑制肿瘤进展。同时，Mn@Neo-mRNA-LNP与免疫检查点抑制剂的联合使用显著提高了其抗肿瘤疗效并延长了小鼠的总生存期（图6）。

图6 Mn@Neo-mRNA-LNP诱导MC38新生抗原特异性T细胞反应，并与免疫检查点抑制剂联合后显著抑制MC38肿瘤的进展

综上所述，研究团队基于“All-in-One”策略开发了一种脾脏靶向mRNA癌症疫苗，该疫苗将编码肿瘤抗原的mRNA和Mn²⁺同时递送到脾脏中的树突状细胞，从而有效促进了树突状细胞的成熟，增强了其表面相关抗原的呈递，并激活了特异性T细胞反应。此外，Mn@mRNA-LNP中共递送的Mn²⁺佐剂有效激活STING信号通路并促进I型干扰素的分泌，进一步增强了抗原特异性T细胞反应。基于此，Mn@mRNA-LNP在黑色素瘤、结直肠癌以及手术后肿瘤复发等多种肿瘤模型中均有效抑制了肿瘤增殖。同时，Mn@mRNA-LNP与免疫检查点抑制剂的联合使用显著提高了其抗肿瘤疗效并延长了小鼠的总生存期。总而言之，该研究团队的结果表明了Mn@mRNA-LNP递送系统具有生产简单、安全性高以及显著的抗肿瘤疗效等优势，为未来治疗性mRNA癌症疫苗的临床转化提供了一种有潜力的治疗策略。

图7 锰掺杂脾靶向mRNA疫苗用于增强体内抗肿瘤免疫的示意图

中国科学院动物研究所魏妥研究员与北京大学未来技术学院程强研究员为论文的共同通讯作者，中国科学院动物研究所博士研究生罗自金为第一作者。该研究得到了北京市自然科学基金项目、国家重点研发计划项目和国家自然科学基金等项目资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09902