疫苗前沿 | 冻干型带状疱疹mRNA疫苗的开发思路

导读：带状疱疹（HZ），俗称“缠腰龙”，是一种由水痘-带状疱疹病毒（VZV）再激活引起的急性、疼痛性水疱皮疹疾病，主要影响老年人和免疫功能低下的人群。目前获批的减毒疫苗和重组亚单位疫苗仍未能完全解决安全性和保护效力。

作为全球疫苗龙头企业，辉瑞在带状疱疹疫苗的开发中引进了BioNTech的mRNA技术，成功开发出系列带状疱疹mRNA疫苗候选物（PF-07915234、PF-07921188、PF-07921186），已进入 I/II 期临床试验阶段（NCT05703607）验证其安全性和有效性。2025年3月，辉瑞疫苗开发团队在疫苗学期刊npj Vaccines公开了这一系列mRNA候选疫苗的开发思路：A highly stable lyophilized mRNA vaccine for Herpes Zoster provides potent cellular and humoral responses。菌菌详细解读了这篇文献，以期为带状疱疹mRNA疫苗的开发提供科研思路。

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研究背景

带状疱疹（Herpes Zoster）是由水痘-带状疱疹病毒（Varicella-Zoster Virus，VZV）在老年人和免疫功能低下个体中重新激活而引起的疼痛性水疱性皮疹。目前虽有获批的预防性疫苗，但其接种常伴随高反应原性，因此需要开发新的疫苗替代品，以提供持久的免疫力和更好的耐受性。

mRNA 疫苗在抗击新冠疫情中取得了巨大成功，展现出高效、可大规模生产以及安全性可接受的优势。这为开发针对其他传染病的 mRNA 疫苗奠定了基础，包括带状疱疹疫苗。

02

研究方法与结果

2.1 VZV gE抗原的设计与筛选

糖蛋白E（gE）是VZV疫苗开发的关键抗原。然而天然gE蛋白在高尔基体（TGN）富集，可能不利于抗原呈递。因此，有报道通过对比全长gE、截短gE、或gE突变体来筛选最优的抗原形式。

为此，辉瑞团队以VZV gE 抗原为基础，设计了 10 种不同的mRNA构建体，这些构建体采用了不同形式的gE抗原（编码蛋白层面）；此外，还设计了2种不同的密码子优化策略（核苷酸层面）。

其中gE抗原变体包括突变或截短，修饰位点位于gE蛋白的细胞质尾（CT）和跨膜结构域（TM）。例如 gE_ms4 和 gE_ms11 是内吞基序突变体，包含 Y582A 突变，该突变会影响蛋白的内吞作用，使 gE 蛋白更多地在细胞表面表达；gE_ms9、gE_ms10、gE_ms11 和 gE_ms12 构建体包含 Y569A 突变，Y569负责将 gE 蛋白靶向到反式高尔基体网络（TGN）；gE_ms8 和 gE_ms9 删除了与高尔基体定位相关的 CT 结构域中的磷酸化酸性氨基酸簇。两种分泌型变体gE_ms3和 gE_ms6，分别含有部分 TM 结构域或完全缺失 TM 结构域。

密码子优化策略方面，Co2相比Co1含有较高的GC含量（~ 66% vs. ~58%）。所有mRNA均包含修饰核苷。

2.2 VZV gE 抗原的体外筛选

将以上mRNA构建体转染至Vero细胞，评估gE蛋白的表达水平和亚细胞定位。结果显示，在 50 ng 剂量下，几乎所有mRNA构建体的 gE 阳性细胞比例都接近 100%，但不同变体的评价荧光强度（MFI）和亚细胞定位存在差异。总体来看，gE_WT Co2主要在细胞内表达，而gE_ms5 Co1则主要在细胞表面表达。

为进一步确认抗原蛋白的分泌情况，在HeLa 细胞中进行转染实验，通过蛋白质免疫印迹（WB）分析发现，gE_ms3 和 gE_ms6 的 gE 蛋白主要存在于细胞培养上清中，且 gE_ms6 的分泌量总体上大于 gE_ms3。

综合考虑gE 阳性细胞百分比、蛋白表达水平和亚细胞定位等因素，研究人员最终选择了 gE_WT Co2、gE_ms5 Co1 和 gE_ms6 Co2 这三个mRNA构建体作为候选疫苗，用于后续研究。

2.3 VZV mRNA候选疫苗的体内验证

研究使用Varivax预免疫的C57BL/6小鼠模型，进行2剂mRNA候选疫苗的接种，评估其诱导的IgG抗体反应和T细胞免疫反应。研究使用商业化的重组蛋白疫苗Shingrix作为阳性对照。

结果显示，VZV mRNA候选疫苗诱导的抗体反应与Shingrix相当。在T细胞反应方面，所有 mRNA 候选疫苗均能诱导强烈的 CD4⁺和 CD8⁺ T 细胞反应，其中 gE_WT Co2 及其冻干制剂诱导的 IFN-γ 阳性 CD4⁺ T 细胞百分比高于其他实验组和阳性对照。此外，所有mRNA候选疫苗诱导的多功能 T 细胞反应（能够产生多种细胞因子）比例较高； CD8⁺ T 细胞反应在 Shingrix组几乎检测不到，但在mRNA 疫苗组明显存在。研究还测试了冻干型mRNA疫苗（gE_WT Co2）诱导免疫反应的有效性。

2.4 冻干mRNA疫苗的稳定性和免疫原性

研究选取gE_WT Co1 构建体，分别制备液体-冷冻（储存于-70℃）和冻干剂型（储存于 5℃）的mRNA，通过体外表达实验评估其在 0 个月、12 个月和 24 个月的稳定性。同时，使用未接触过 VZV 的 BALB/c 小鼠进行免疫原性实验。

体外表达实验表明，冻干mRNA疫苗的 EC50 值总体略高。但在24个月内，冻干剂型mRNA表达水平维持稳定，效力损失极小。免疫原性实验显示，冷冻和冻干产品诱导的VZV gE IgG 结合水平相似，且在 0 个月、12 个月和 24 个月时，两者诱导的 IgG 滴度均高于 1µg 的 Shingrix。

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结语

通过对VZV gE 蛋白进行不同的形式变体和不同密码子优化，设计并筛选出多种疫苗候选物，全面探索了抗原选择和mRNA序列设计对疫苗免疫原性的影响，为疫苗研发提供了丰富的实验数据和理论依据。研究还开发了冻干剂型的 VZV mRNA 疫苗，在长期储存条件下（2 年，5℃）仍能保持稳定的免疫原性，这一成果显著改善了疫苗的储存条件，提高了mRNA疫苗的可及性。

参考文献

[1] Munoz-Moreno R, Allaj V, Gadee E, Button JM, Diaz F, Maddur MS, Chen W, Hu CH, Martinez L, Giannakou A, Campbell AL, Miteva Y, Guo P, Huang B, Shi S, Lotvin J, Tompkins K, Allen PS, Solórzano A. A highly stable lyophilized mRNA vaccine for Herpes Zoster provides potent cellular and humoral responses. NPJ Vaccines. 2025 Mar 14;10(1):49. doi: 10.1038/s41541-025-01093-1.

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撰写| 工程菌星球

校稿| Gddra编审| Hide / Blue sea

编辑 设计| Alice