个性化肿瘤mRNA疫苗开发方案：从肿瘤新抗原预测到mRNA疫苗制备

2025-08-28

癌症治疗历经数百年发展，经历了从手术、放疗、化疗到靶向治疗的演变。手术、放疗、化疗缓解症状的同时伴随肿瘤复发、副作用等问题。而近十年，人类迈入了以免疫疗法为核心的精准医疗时代，不再是直接攻击肿瘤，而是通过“唤醒”和“赋能”患者自身的免疫系统，使其能够精准识别并清除癌细胞。并随着机制的深入研究、技术突破甚至人工智能的加持，未来癌症免疫疗法将更加个性化、智能化、无创化。

肿瘤mRNA疫苗

肿瘤mRNA疫苗的发展历程【1】

其中，肿瘤mRNA疫苗异军突起，成为近些年瞩目的焦点。肿瘤mRNA疫苗是一种通过递送编码肿瘤抗原的mRNA至人体细胞，诱导免疫系统特异性攻击癌细胞的创新疗法。相比多肽疫苗和DC疫苗，mRNA疫苗不依赖佐剂、生产成本低、可高效递送多种抗原、不受患者HLA分型限制，还能同时激活细胞免疫与体液免疫，也不会存在DNA疫苗整合宿主基因组导致突变的风险，其多价设计也有望解决肿瘤异质性和耐药问题【1】。

肿瘤mRNA疫苗需要高效的递送载体和合适的输注方式才可发挥作用。目前，递送载体主要有病毒载体、病毒样颗粒载体和脂质纳米颗粒（LNP）载体，LNP应用最广泛，能保护mRNA免于降解，延长体内循环时间【2】。

肿瘤新抗原

肿瘤新抗原的发展历程【3】

肿瘤mRNA疫苗分为个性化疫苗与通用型疫苗两种。其中个性化肿瘤mRNA疫苗根据个人的突变分布和HLA表型选择更高免疫原性的肿瘤新抗原（Neoantigen）组合，实现精准医疗【2】。

新抗原的产生与抗原呈递【3】

肿瘤新抗原是由于肿瘤细胞基因组突变（SNVs、InDels、Fusions）、异常转录变异体或翻译后修饰而产生的异常蛋白质片段，在正常细胞中不存在[3]。免疫系统能够将其识别为“非己”物质，从而激活T细胞发动精准攻击。

肿瘤新抗原优势在于：

精准靶向肿瘤细胞：新抗原源于肿瘤特有突变，仅表达在癌细胞表面，显著降低对正常组织的脱靶毒性风险。
激活双重免疫应答：mRNA疫苗递送的新抗原可同时诱导CD8⁺和CD4⁺ T细胞活化，产生强效且持久的抗肿瘤免疫。
高度个体化设计：基于患者特异性突变谱定制新抗原组合，克服肿瘤异质性并兼容PD-1等联合疗法提升疗效。

图源自Technology Networks

肿瘤新抗原预测流程【3】

个性化肿瘤mRNA疫苗如何发挥作用？

个性化肿瘤mRNA疫苗即通过基因测序靶向预测并筛选患者肿瘤新抗原，将选定新抗原序列整合至mRNA载体，通过LNP包封从而制备mRNA疫苗。疫苗通过LNP递送编码肿瘤新抗原的mRNA至抗原呈递细胞（APC），在胞质内翻译表达新抗原蛋白；APCs将新抗原蛋白降解为短肽段（抗原表位），与主要组织相容性复合体Ⅰ（MHC-Ⅰ）结合，激活CD8+T细胞，进一步分化为细胞毒性T淋巴细胞，直接杀伤肿瘤细胞。同时分泌的抗原还可能进入MHC-Ⅱ呈递途径，激活CD4+T细胞，促进B细胞产生肿瘤特异性抗体，进一步增强免疫反应【2】。

当前AI技术正在革新个性化肿瘤mRNA疫苗。早在2016年，Moderna便引入AI进行个性化肿瘤mRNA疫苗序列设计，在2023年与OpenAI全面合作；BioNTech在2023年收购InstaDeep进一步深化AI赋能；2025年初，美国星际之门计划开启（软银、OpenAI、甲骨文等顶尖科技巨头领衔），注资5000亿美金，甲骨文CEOLarry Ellison在发布会上表示，计划落地后将助力AI增效，将个性化肿瘤mRNA疫苗的开发时间压缩至48小时。这种策略不经有望克服肿瘤异质性带来的治疗障碍，还可能大幅压缩患者等待时间。

Precedence Research报告显示，预计到2034年，全球mRNA疗法市场规模将达426.4亿美元。

2025年8月8日，国家自然科学基金委员会发布赋能药物创新的RNA基础研究重大研究计划2025年度项目指南“关于发布赋能药物创新的RNA基础研究重大研究计划2025年度项目指南的通告”。指南开篇强调“面向RNA药物创制的国家重大需求”。2025年拟资助（培育项目30-40项 × 80万/项 + 重点支持项目3-5项 × 300万/项），申请书提交日期为2025年9月15日－2025年9月22日16时。

https://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info95398.htm

为全面推进肿瘤mRNA疫苗的研究与产业化发展。表观生物与珲信生物达成战略合作协议。双方将聚焦肿瘤mRNA疫苗技术及其相关产品领域，展开深度战略合作。期望携手为推动中国生物医药产业的创新与发展贡献一份力量，造福肿瘤患者。

我们正式推出从肿瘤新抗原预测到mRNA-LNP制剂制备的一站式服务：

个性化肿瘤mRNA疫苗开发方案

一

肿瘤新抗原发现

1. 经典方案

肿瘤组织：WES（15 G）+mRNA-seq（10G）

全血：WES（10 G）

分析内容：体细胞突变（Mutations）、单核苷酸突变（SNVs）、插入/缺失（InDels）、融合基因（Fusions）

2. 全基因组方案

肿瘤组织：WGS（90 G）+WES（15 G）+mRNA-seq（10 G）

全血：WGS（90 G）+WES（15 G）

分析内容：Mutations、SNVs、InDels、Fusions、结构变异（SVs）、拷贝数变异（CNVs）、异常剪接连接点（Junctions）

3. 联合翻译组方案

肿瘤组织：WES（15 G）+longRNA-seq（15 G）+Ribo-seq（100 M）

正常组织：longRNA-seq（15 G）+Ribo-seq（100 M）

全血：WES（10 G）

分析内容：Mutations、SNVs、InDels、Junctions、Fusions、肿瘤特异性翻译事件

二

质粒构建

NeoDesign序列优化与设计→基因合成→载体构建→质粒生产

三

mRNA批生产

模版制备→体外转录（IVT）→纯化与质控→批次扩增

四

mRNA-LNP制剂批生产

LNP配方设计→mRNA-LNP封装→纯化与浓缩→GMP生产

五

质检交付4 mg mRNA-LNP制剂（供8次注射，GMP级，可用于IIT或者临床前研究）

研究方案与案例

经典方案：WES+mRNA-seq

WES全外显子测序专注编辑蛋白质的区域，即外显子组。这部分虽然只占整个基因组的1~2%，但包含了大约85%的致病突变^[4]。WES检测突变，mRNA-seq检测突变基因的转录表达水平。

优势：成本较低，分析流程成熟。

局限：WES无法发现非编码区突变或较大结构变异，错过潜在的新抗原来源；mRNA-seq不能直接证明突变蛋白被翻译或呈递。

📑研究案例：

1. 《Nature》A neoantigen vaccine generates antitumour immunity in renal cell carcinoma^[5]

这项I期临床试验研究了个性化新抗原疫苗在9名高风险肾细胞癌患者中的应用，通过WES和RNA测序识别体细胞突变，优先选择驱动基因突变、高表达、克隆性突变等高质量新抗原，设计成15-33个氨基酸的合成长肽并分为4个肽池制备疫苗。结果显示，中位随访40.2个月后无一例患者复发，所有患者均产生了针对疫苗抗原的T细胞免疫反应，包括对VHL、PBRM1、BAP1等关键驱动基因突变的反应，77.8%的患者检测到抗自体肿瘤反应性，证明了个性化新抗原疫苗在低突变负荷肿瘤中的可行性和免疫原性。

2. 《Nature》Personalized RNA neoantigen vaccines stimulate T cells in pancreatic cancer^[6]

这项研究使用WES识别体细胞突变、RNA-seq确认突变基因表达、HLA分型确定限制性元件，结合生物信息学算法预测和排序新抗原免疫原性，成功开发出个体化mRNA新抗原疫苗治疗胰腺癌。研究还创新性地运用TCR Vβ测序开发CloneTrack方法追踪疫苗扩增的T细胞克隆，并通过单细胞RNA/TCR测序深入分析T细胞功能，证明了该疫苗能有效激活新抗原特异性T细胞应答并显著延长患者无复发生存期。

全基因组方案：WGS+WES+mRNA-seq

WGS覆盖全基因组，可以检测非编码区、SVs和CNVs，能发现WES遗漏的内部SV、基因融合断点和可变剪接位点^[7,8]。

优势：检测全基因组范围所有突变，包括非编码区的新抗原。

局限：成本稍高、数据量大、分析时间延长

📑研究案例：

1. 《Cancer Discovery》Genomes for Kids: The Scope of Pathogenic Mutations in Pediatric Cancer Revealed by Comprehensive DNA and RNA Sequencing^[9]

这项研究通过三组学联合分析（WGS、WES、RNA-seq）对309例儿童癌症患者进行综合突变分析。研究在体细胞突变层面检出平均每例3个致病性变异，包括基因融合（36%）、增强子劫持（8%）和微缺失（15%）等复杂结构变异；在胚系突变分析中发现18%患者携带癌症易感变异，其中55%与肿瘤发生直接相关。三组学联合的核心优势在于WGS检测结构变异和非编码区突变，WES精确识别编码区点突变，RNA-seq验证功能影响和异常表达，相互补充实现了比单一测序平台更全面的突变谱解析，最终86%患者获得临床可操作的基因组信息。

2. 《PNAS》Integrated mutational landscape analysis of uterine leiomyosarcomas^[10]

这篇研究采用WGS、WES和RNA-Seq三种测序技术的整合分析策略，对83例子宫平滑肌肉瘤进行了全面的基因组学分析。研究通过联合突变分析识别了体细胞SNV、InDel、CNV、Fusion和SV等多层次基因组改变，发现TP53（43.9%）、ATRX（30.4%）、PTEN（4.9%）和新识别的MEN1（6.1%）为显著突变的驱动基因。突变特征分析揭示25%的肿瘤具有同源重组修复缺陷（HRD）特征，2%具有微卫星不稳定（MSI）特征，76%的样本存在染色体复杂重排。基于这些分子特征，研究通过PDX模型验证了PARP抑制剂、BET抑制剂和PI3K抑制剂的治疗潜力，为子宫平滑肌肉瘤的精准治疗提供了重要的基因组学依据。

联合翻译组方案：WES+longRNA-seq+Ribo-seq

2025年5月，麻省理工在《Science》发表了关于胰腺癌隐秘抗原的文章，该研究发现了胰腺癌中由HLA-I分子呈递的非典型抗原肽，这些抗原主要来源于lncRNA、UTR及内含阅读框，具有高度的癌症特异性^[11]。longRNA-seq可用时检测mRNA和lncRNA；Ribo-seq可提供突变肽段真实翻译的证据；过滤掉未翻译的突变肽段；鉴定难以识别的非经典开放阅读框等；发现遗漏的潜在新抗原等^[12]。

优势：最大限度挖掘新抗原来源，可发现非经典ORF翻译出的肽段；增强候选新抗原的可信度，降低假阳性率^[13]。

局限：样本要求严格，成本稍高，数据分析复杂。

📑思路参考：

1. 《Science》：Pancreatic cancer-restricted cryptic antigens are targets for T cell recognition^[11]

该研究首次系统性地证明了胰腺癌中存在大量癌症特异性的隐性抗原，这些来源于非编码基因组区域的肽类分子具有良好的免疫原性，可作为新的免疫治疗靶点。这为突变负荷较低的胰腺癌等实体瘤提供了全新的免疫治疗策略，有望扩大癌症免疫治疗的适用范围，特别是对传统免疫检查点抑制剂治疗无效的患者群体。

2. 《Nat Biotechnol》：Unannotated proteins expand the MHC-I-restricted immunopeptidome in cancer^[12]

这项研究通过结合核糖体分析和质谱技术，发现了数千个来自未注释开放阅读框（nuORFs）的MHC-I呈递肽段，证明nuORFs可作为癌症特异性抗原的重要来源，通过体细胞突变和癌症富集翻译两种机制扩展了潜在的新抗原库，为癌症免疫治疗提供了新的靶点和策略。

3. 《Nat Commun》：Global proteogenomic analysis of human MHC class I-associated peptides derived from non-canonical reading frames^[14]

该研究首次系统性地证明了约10%的人类MHC-I类呈递肽段来源于基因组的非编码区域或非规范翻译，这些隐性肽段具有独特的生物学特征和免疫学性质，显著增加了免疫肽组的复杂性，扩展了CD8⁺ T细胞免疫监视的范围，为肿瘤免疫治疗中寻找新型肿瘤抗原提供了重要的理论基础和技术路径。

NeoDesign序列优化与设计

多价肿瘤新抗原mRNA疫苗（如结合20-30个抗原肽）可增强免疫原性，但序列设计面临挑战：多肽随机组合和同义密码子会产生海量序列选项，导致linker过多、意外新抗原生成、复杂蛋白结构和mRNA不稳定等问题。这些可能降低疫苗的安全性和效能（如免疫逃逸或降解加速）。

NeoDesign^[15]工具可从多肽组合生成的序列池中选择最优蛋白序列，并为后续mRNA序列设计提供指导。

候选的肿瘤新抗原输入NeoDesign（通常10-30个），输出最优蛋白序列和λ建议。NeoDesign的流程分为四个模块：

Library Construction（库构建）
Optimal Path Filtering（最优路径过滤）
Linker Addition（连接子添加）
λ-Evaluation（λ评估）

NeoDesign的架构^[15]

生产流程

质粒生产

mRNA生产

mRNA-LNP生产