疫苗前沿 | 西湖大学/芝加哥大学开发可食用生菜叶绿体mRNA疫苗

尽管mRNA疫苗具备快速开发、高效免疫反应以及对病毒变异的灵活适应性等诸多优势，然其递送系统仍旧面临着冷链运输需求、高昂的生产成本以及注射给药可能引发的不良反应等困境。

2025年4月13日，西湖大学Carson Campbell与芝加哥大学Esteban Azagra研究团队在期刊Nature Reviews Bioengineering发表论文“Edible mRNA vaccine in lettuce chloroplasts”，创新性地利用生菜叶绿体开发了可食用的mRNA疫苗平台。

生菜具有成本低、易于种植和储存的优点，可食用部分含有大量叶绿体。而叶绿体基因组可高效表达外源蛋白（在某些情况下，叶绿体可以表达高达72%的可溶性蛋白），其母系遗传特性还可以防止转基因逃逸到环境中，从而满足监管要求。冻干生菜基叶绿体可维持高浓度mRNA的内部结构、保持功能和免疫原性，并包装成口服药丸以引起粘膜和全身免疫。该技术极大地简化了疫苗的生产、储存和接种流程，降低疫苗的成本，并提高了mRNA疫苗在不同环境下的适用性。

转基因叶绿体递送体系的构建

在此，研究人员使用基因枪将包含多个关键元件的基因盒导入生菜叶绿体中。该基因盒包括链霉素抗性基因aadA、增强免疫反应的强效佐剂霍乱毒素B（CTB）、包含人核糖体结合位点的mRNA载体以及包含多种启动子（Prrn启动子、pBAD启动子、psbA启动子等）的调控元件。

理论上，当转基因生菜被食用后，植物细胞在肠道中被分解，释放出转基因叶绿体。CTB随后与上皮细胞和免疫细胞中的靶点结合，诱导CD103+树突状细胞内吞转基因叶绿体，并切断其与阿拉伯糖的联系。

在植物细胞中，pBAD启动子在阿拉伯糖存在的情况下驱动D1:1蛋白的表达，而D1:1蛋白会抑制psbA启动子的活性，从而阻止溶菌酶的表达。当叶绿体进入免疫细胞后，由于阿拉伯糖的缺失，D1:1蛋白降解，从而激活psbA启动子、诱导溶菌酶的表达，并破坏叶绿体膜释放mRNA载体，最终在免疫细胞内表达抗原蛋白，引发适应性免疫反应。因此，盒式结构的设计使得mRNA载体只在没有阿拉伯糖的情况下释放（即当叶绿体进入免疫细胞时）。

图1：可食用疫苗的设计

叶绿体递送体系的表征

基于以上递送机制，研究人员制定了全链条的表征与检测实验。使用基因枪转染生菜叶绿体后，研究团队使用抗生素筛选、PCR及Southern blot验证转化的成功与否，随后通过组织学和荧光染色技术来监测植物的生长和发育，并以免疫荧光染色来检测转基因蛋白的表达。

对疫苗成分的额外验证中，可以使用qPCR检测mRNA的浓度，通过酶联免疫吸附试验（ELISA）或Western blot检测CTB的表达，通过溶菌酶活性测定来评估溶菌酶的功能。此外，还可通过监测基因在阿拉伯糖存在或缺失条件下的表达来评估pBAD启动子的效率和D1:1对psbA活性的调控。

进一步地，应当在动物模型中验证冻干工艺的稳定性和免疫原性。还可对大规模培育地转基因生菜进行进一步的探索，包括多代植物表达水平一致性验证、转基因均匀表达地条件优化，以及下游加工流程（包括冻干、制丸和分发）的建立等。

总结

本研究提供了一种全新的基于生菜叶绿体的mRNA递送方式，为mRNA疫苗的生产、储存和分发提供了一种全新的思路。该口服疫苗的方式不仅更加方便，还能够同时激发黏膜和系统性免疫反应，为抵御黏膜病原体（呼吸道、肠道病原体等）提供更全面的保护。

参考资料：Campbell, C., Azagra, E. Edible mRNA vaccine in lettuce chloroplasts. Nat Rev Bioeng 3, 264–266 (2025). https://doi.org/10.1038/s44222-025-00299-1

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撰写| RNAScript

校稿| Gddra编审| Hide / Blue sea

编辑 设计| Alice