：信使核糖核酸（mRNA）疫苗具备独特的有利特性，它们能够产生无毒、有效的免疫反应，可以快速设计和放大，使其成为2019年冠状病毒（COVID-19）大流行期间的优秀候选产品。Moderna和BioNTech两种获得加速监管授权的COVID-19疫苗对有症状的严重急性呼吸系统综合症冠状病毒2（SARS-CoV-2）感染显示出超过90%的保护效力，并且在关键的III期临床试验中具有可耐受的安全性。随着多种SARS-CoV-2病毒变体的出现，有可能逃避先前疫苗接种或感染所提供的免疫力，RNA疫苗巨头Moderna和辉瑞/BioNTech关于COVID-19 mRNA疫苗的研发也一直没有终制。本期文章，菌菌将梳理Moderna mRNA新冠疫苗管线的全面局，了解COVID-19 mRNA疫苗的设计思路和最新动向。
01
第一代新冠疫苗及其迭代产品
Spikevax（mRNA-1273）是比肩辉瑞/BioNTech疫苗Comirity（BNT162b2）的紧急获批mRNA疫苗，吃到了mRNA技术的第一波红利。mRNA-1273序列编码了S-2P蛋白，其编码序列在SARS-CoV-2基因组序列（NC_045512）的基础上存在两个氨基酸位点的突变，以稳定融合前状态的刺突蛋白。mRNA-1273中的5′-UTR是V1-UTR。它由SEQ ID NO 1和富含GC的CCCCGGCGCC组成，后者位于Kozak序列ACCAUG之前。5’UTR中富含GC的元件及其促成的二级结构可以通过减少泄漏扫描来提高mRNA的稳定性和翻译准确性。同时，mRNA-1273将人类α-珠蛋白基因110nt的3′-UTR“粘贴”在终止密码子UGAUAAUAG和poly(A)尾之间。
关于mRNA-1273的脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticles, LNP）成分，如图1所示，我们可以了解到其使用的关键性脂质成分有新型可电离脂质SM-102、胆固醇、磷脂DSPC、PEG脂质（PEG2000-DMG），各脂质比例为阳离子脂质：胆固醇：结构脂质：聚乙二醇=50：38.5：10：1.5（摩尔比）[1]。
图1mRNA-1273与BNT162b2比较
除了首次批准的Spikevax单价苗以外，mRNA-1273也随着COVID-19疫情病毒株的变化在进行新的迭代。菌菌汇总了Moderna关于新冠mRNA疫苗的其他管线布局，并将其汇总在了表1中。
与mRNA-1273一样，mRNA-1273.351编码SARS-CoV-2的预融合稳定S蛋白，而且mRNA-1273.351还包含存在于B.1.351变体中的关键突变，如L18F、D80A、D215G、Δ242-244、R246I、K417N、E484K、N501Y、D614G和A701V。而mRNA-1273.211则是mRNA-1273和mRNA-1273.351的1：1混合物，可以把覆盖范围扩大到多种流行的变体以及仍在全球传播的野生型病毒。其他迭代疫苗还包括含有编码Omicron毒株的其他二价苗与单价苗，如mRNA-1273.214、mRNA-1273.222、mRNA-1273.529、mRNA-1273.815（Spikevax XBB.1.5）[2,3]。
表1 mRNA-1273单价苗及其迭代疫苗
02
第二代新冠疫苗及其迭代产品
上文提及，Moderna第一代疫苗mRNA-1273及其迭代产品的基本信息。第一代疫苗的研发思路为，编码SARS-CoV-2的全长刺突蛋白，以及通过增加新病毒变体来实现更广地疾病预防效果。
2023年9月Moderna团队在Science Translational Medicine上发表其第二代COVID-19疫苗的最新研发思路及成果。如图2所示，团队开发了四种基于WA1/2020 S序列的仅表达SARS-CoV-2刺突蛋白的N末端结构域（N-terminal domain, NTD）和受体结合结构域（Receptor binding domain, RBD）的mRNA疫苗，具体为将RBD（mRNA-1284）、NTD（mRNA-1285）、RBD和NTD编码为两个独立的mRNA，以1：1的比例混合的mRNA-1282，以及通过G3SG3接头连接的NTD-RBD（mRNA-1283）。所有mRNA编码以促进细胞表面表达，并被封装在LNP中。
结果显示，与临床可用的编码全长刺突蛋白的mRNA-1273相比，mRNA-1283在冷藏温度（2~8°C）下显示出更好的抗原表达、抗体反应和稳定性。在BALB/c小鼠中，在针对野生型、β、Delta或Omicron（BA.1）病毒的病毒攻击中，观察到比mRNA-1273相似或更强的免疫反应，尤其是在较低疫苗剂量下。而且，在K18-hACE2小鼠中也有类似的结果[4]。
图2基于结构域的第二代候选疫苗
这些结果支持mRNA-1283的临床评估，该评估现已进入临床试验。在今年3月Moderna宣布的Ⅲ期临床试验中（NCT05815498），与mRNA-1273.222相比，mRNA-1283被证明能够针对Omicron BA.4/BA.5和原始病毒株引发更高的免疫反应。重要的是，这种免疫优势在65岁以上的高危险受试者中最为明显。而不良反应也仅为注射部位疼痛、头痛、疲劳、肌痛和发冷。
03
呼吸道病毒联合疫苗
联合疫苗有可能减轻呼吸道病毒对卫生系统的负担，并为人们提供更方便的疫苗接种选择，从而提高依从性并提供更强的季节性疾病保护。如图3所示，根据官网披露，Moderna设计了针对SARS-CoV-2、流感和呼吸道合胞病毒（RSV）的综合临床产品mRNA-1230，其将作为年度加强针，可以同时抵御上述所有三种病毒，并在几年中保持免疫原性，目前处于临床试验Ⅰ期。
图3 COVID-19联合疫苗管线
mRNA-1083则是流感和新冠的联合疫苗，包括mRNA-1010（Moderna的季节性流感候选疫苗）和mRNA-1283（第二代COVID-19候选疫苗）的成分。目前，Ⅲ期临床试验已经结束，结果显示在≥50岁人群中，单剂量mRNA-1083的免疫反应不劣于共同给药的阳性对照。同时，mRNA-1083显示出可接受的耐受性和安全性。大多数引发的不良反应的严重程度为1级或2级，与试验中使用的许可疫苗一致。最常见的不良反应是注射部位疼痛、疲劳、肌痛和头痛。
04
结语
COVID-19大流行导致了历史上最快的疫苗开发。尽管mRNA的治疗潜力之前已经研究了几十年，但尚未作为上市医学治疗方法提供，但与传统疫苗方法相比，利用其独特特性的时机已经成熟。基于mRNA-LNP的疫苗设计的灵活性和生产的可扩展性实现了原始毒株设计疫苗效力较低的情况下对其他新型SARS-CoV-2变体做出快速反应。在本文中，菌菌带领大家一起回顾了mRNA-1273疫苗的序列设计，其迭代疫苗在毒株变体相关的设计，Moderna第二代疫苗在结构域方向的最新进展，以及COVID-19联合疫苗的管线。
参考文献
[1] Szabó GT, Mahiny AJ, Vlatkovic I. COVID-19 mRNA vaccines: Platforms and current developments. Mol Ther. 2022 May 4;30(5):1850-1868.
[2] Chalkias S, McGhee N, Whatley JL, et al. Interim Report of the Reactogenicity and Immunogenicity of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 XBB-Containing Vaccines. J Infect Dis. 2024 Aug 16;230(2):e279-e286.
[3] Chalkias S, Eder F, Essink B, et al. Safety, immunogenicity and antibody persistence of a bivalent Beta-containing booster vaccine against COVID-19: a phase 2/3 trial. Nat Med. 2022 Nov;28(11):2388-2397.
[4] Stewart-Jones GBE, Elbashir SM, et al. Domain-based mRNA vaccines encoding spike protein N-terminal and receptor binding domains confer protection against SARS-CoV-2. Sci Transl Med. 2023 Sep 13;15(713):eadf4100.
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撰写| 工程菌星球
校稿| Gddra编审| Hide / Blue sea
编辑 设计| Alice
