摘要：细菌性感染是一个紧迫的公共卫生优先事项。将mRNA疫苗技术应用于预防细菌性感染是一种有希望的治疗策略，目前正在积极开发中。本文讨论了预防细菌性疾病的mRNA疫苗的最新进展和局限性，并为未来的研究方向提供了观点。

细菌性感染的负担和疫苗的作用

细菌性感染在2019年是全球死亡的第二大原因，总共有770万人死亡。其中超过50%的死亡是由五种病原体之一引起的——金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、肺炎链球菌、克雷伯氏菌和铜绿假单胞菌——所有这些病原体都与日益增长的抗菌药物抗性有关。疫苗可以减少抗菌药物耐药和敏感细菌病原体的全球负担。然而，新疫苗开发有94%的失败率，目前大约只有十种可用的细菌疾病疫苗。截至2022年，根据世界卫生组织的数据，总共有61种疫苗候选物处于临床试验阶段，94种处于细菌疾病的临床前开发阶段。尽管如此，由于技术和经济限制，至少有六种对公共卫生至关重要的高优先级细菌病原体没有合适的疫苗候选物。

需要探索替代疫苗方法，以减少与细菌性感染相关的全球死亡率，并对抗日益增长的抗菌药物抗性威胁。mRNA疫苗技术在2019年冠状病毒病（COVID-19）大流行期间被采用，因为该平台能够诱导强烈的细胞和体液反应，易于适应新变种，并且制造快速且成本效益高。尽管mRNA疫苗正在被广泛用于对抗病毒和癌症，但用于细菌疾病的mRNA疫苗的开发受到限制。本文重点介绍了使用mRNA疫苗保护免受细菌疾病的最新发现。

针对细菌病原体的mRNA疫苗效力的临床前证据

图1.候选mRNA和自扩增mRNA（saRNA）疫苗以及观察到的针对细菌病原体的保护。(A) 临床前开发中的候选mRNA和saRNA疫苗的图解。列出了每个候选疫苗的抗原以及细菌病原体（括号内）。对于saRNA疫苗，非结构蛋白（nsP1-4）以蓝色显示。(B) 图中显示了从候选疫苗观察到的保护水平。对于每个评估的目标器官，每个项目点中列出了细菌病原体、抗原、疫苗接种途径和保护水平。缩写词：AdsA，腺苷合酶A；CFU，菌落形成单位；Hsp，热休克蛋白；IM，肌肉内；IN，鼻内；IV，静脉内；MOMP，主要外膜蛋白；OspA，外表面蛋白A；SC，皮下。这张图是使用Biorender (www.biorender.com) 创建的。

由于mRNA分子容易降解，载体可以帮助成功的细胞传递。一种脂质体试剂通过裸mRNA编码金黄色葡萄球菌腺苷合酶A（AdsA）抗原改善了传递，并在小鼠中观察到抗原特异性T细胞反应。此外，针对伯氏疏螺旋体编码外表面蛋白A（OspA）的新型mRNA-脂质纳米颗粒疫苗的单次免疫能够在小鼠模型中诱导强烈的免疫反应。除了传递分子，mRNA设计可能需要优化，因为原核抗原正在真核系统中表达。富含鸟嘌呤和胞嘧啶（GC）含量的抗原序列诱导了高抗体滴度，并且包含人类衍生的信号序列而不是原始细菌序列在挑战后提高了存活率。

在使用mRNA疫苗激发预防细菌感染所需免疫反应时，存在几个潜在挑战（框1）。缺乏已知的保护相关因素、对复杂细菌病原体生物学的有限了解，以及对于哪些反应对免疫至关重要的不确定性，这些都妨碍了我们设计有效疫苗的能力。此外，选择既能诱导细胞和体液反应的最佳抗原对于有效疫苗至关重要，但细菌病原体比病毒有更多的潜在抗原。为了筛选抗原，计算方法已成功用于设计单核细胞增生李斯特菌的抗原。此外，序列长度、非翻译区的二级结构以及核苷修饰mRNA的重要性对于细菌抗原仍然未被充分探索。除了这些挑战，mRNA疫苗在保护免受细菌感染方面还有局限性，包括非天然抗原呈递（真核生物与原核生物）、单剂量后诱导免疫以及非蛋白抗原的困难。因此，需要继续进行疫苗开发研究，以便能够进展到有效的疗法。

自扩增mRNA疫苗的潜力

自扩增mRNA（saRNA）疫苗，通常源自阿尔法病毒，编码病毒基因组复制所需的非结构蛋白以及编码抗原的序列。这些额外元素导致RNA分子显著大于常规mRNA疫苗，saRNA构建体的长度在9000到12000个碱基之间。较长的RNA分子需要优化的酶进行体外转录过程，并去除片段和聚集体等杂质。尽管saRNA的固有复杂性和大尺寸在成功配方和传递中增加了额外障碍，但saRNA的潜在好处是这种格式理论上可以以比mRNA疫苗更低的剂量产生更高水平的表达疫苗抗原。在2023年，Arcturus Therapeutics和CSL开发了首个获得日本批准的saRNA COVID-19疫苗。然而，我们目前对使用saRNA来预防细菌感染的理解仅限于少数几项研究。在一项研究中，针对细胞内病原体结核分枝杆菌的saRNA疫苗在小鼠肺部略微减少了细菌负担。在另一项研究中，表达来自细胞外革兰氏阳性病原体A组和B组链球菌抗原的saRNA疫苗在啮齿动物模型中展示了部分保护。与阳离子乳液配方的saRNA能够引发针对另一种细胞内病原体沙眼衣原体的主要外膜蛋白的体液和细胞免疫反应。的确，选择传递平台是扩大saRNA对细菌病原体效用的关键因素，并且除了广泛使用的脂质纳米颗粒外，还有几种传递配方正在开发中，包括纳米乳液、聚合物纳米颗粒和高密度脂蛋白模拟物。改善先天免疫反应，如由mRNA触发的反应，但由双链RNA中间体进一步复杂化，是推进saRNA效用的又一活跃研究焦点。

未来的RNA基础疫苗

大多数mRNA疫苗研究使用单一线性常规mRNA或saRNA疫苗候选物针对单一细菌菌株。未来的临床前研究可能会扩展到多价mRNA和包括环状RNA和转录放大mRNA（taRNA）在内的替代形式的RNA基础疫苗。环状RNA是一种单链、共价连接、头尾闭合的环状结构，对酶降解更有抵抗力，因此可能能够延长抗原表达的持续时间。taRNA疫苗平台提供了与saRNA相似的好处，但是一种分裂载体，其特征是由非复制mRNA编码阿尔法病毒复制酶和编码抗原的转录子RNA。尚未证明使用环状RNA和taRNA疫苗预防细菌感染。

探索mRNA与蛋白质亚单位疫苗的组合已被假设可以增强免疫反应。对于结核分枝杆菌抗原，使用saRNA初免与蛋白质增强相结合，在小鼠模型中与单独的saRNA或基于蛋白质的疫苗相比，细菌负荷的减少更为显著。mRNA疫苗与非蛋白质抗原如多糖结合的结果尚不清楚，值得未来的研究。

结论性评论

总体而言，mRNA平台、设计和传递的进步正在增强我们预防细菌感染的能力。需要继续研究以了解mRNA的潜力以及将mRNA与蛋白质和多糖抗原结合传递的效力，以产生有效的疗法，减少细菌疾病的负担。

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