LNP 从零开始 · 第 9 篇
个性化新抗原疫苗 (mRNA-4157)体内 CAR-T / CAR-M 编程CRISPR/Cas9 mRNA 递送蛋白替代疗法
Moderna 的 mRNA-4157 能为每位患者编码多达 34 种新抗原，在黑色素瘤上已进入 III 期临床。它和 COVID-19 疫苗用的是同一类 mRNA-LNP 平台。mRNA 能编码任何蛋白质：抗原、酶、抗体、基因编辑工具，甚至嵌合抗原受体。所以同一个 LNP 递送平台，正在向癌症免疫治疗、体内 CAR-T、基因编辑、mRNA 编码抗体和遗传病蛋白替代扩展。
全球每年新增约 2000 万癌症病例，近 1000 万人死于癌症（GLOBOCAN 2022）。传统治疗（手术、化疗、放疗）效果因人而异，且副作用明显。癌症免疫治疗近年来进展很快，它的核心思路是利用患者自己的免疫系统来识别和消灭肿瘤细胞。免疫检查点抑制剂（如抗 PD-1/PD-L1 和抗 CTLA-4 抗体）和 CAR-T 细胞疗法已经获批上市，为多种恶性肿瘤带来了明显疗效。
mRNA-LNP 能进入这个领域，是因为癌症免疫治疗的很多策略本质上都是"让细胞表达特定的蛋白质"。编码肿瘤抗原，能让免疫系统重新认识肿瘤；编码细胞因子，能改变肿瘤微环境；编码 CAR，能让 T 细胞获得靶向能力。而"让细胞表达特定蛋白质"恰好就是 mRNA 最适合做的事。
疫苗之所以最先成功，是因为它对 mRNA-LNP 的要求最低。它只需要在注射部位的免疫细胞中短暂表达抗原蛋白、激活适应性免疫，不需要精准的器官靶向，也不需要长期持续的蛋白表达。但癌症治疗、基因编辑和蛋白替代疗法，每一个都对递送系统提出了更苛刻的要求。
mRNA 癌症疫苗的基本逻辑是用 LNP 把编码肿瘤抗原的 mRNA 递送到抗原呈递细胞（APC）。APC 翻译出抗原蛋白，再通过 MHC I 和 MHC II 两条途径呈递，同时激活 CD8⁺ 杀伤性 T 细胞和 CD4⁺ 辅助性 T 细胞。这样免疫系统就学会了识别并攻击表达这些抗原的肿瘤细胞。
肿瘤抗原分两类。肿瘤相关抗原（TAAs）在正常细胞中也有低水平表达，只是肿瘤细胞表达更多，比如黑色素瘤中的 NY-ESO-1、MAGE-A3、酪氨酸酶和 TPTE。BioNTech 的 BNT111 就编码了这四种黑色素瘤相关抗原，在临床试验中展示了触发免疫应答和抑制肿瘤的效果。肿瘤特异性抗原（TSAs/新抗原）则来自肿瘤独有的突变，正常细胞完全没有，所以靶向新抗原的免疫攻击不会误伤正常组织。
个性化新抗原疫苗是这个方向最受关注的进展。每个患者的肿瘤突变谱都不一样，所以新抗原疫苗需要为每个患者"定制"。流程是：对肿瘤组织做基因组测序 → 识别新抗原 → 设计编码这些新抗原的 mRNA → 用 LNP 包封 → 给患者接种。mRNA 平台的"即插即用"特性在这里发挥了明显优势：换一套新抗原序列，上游 IVT 和下游 LNP 包封的工艺基本不变。
目前走得最远的是 Moderna 的 mRNA-4157（V940），它能编码多达 34 种患者特异性新抗原。在 KEYNOTE-942 Phase IIb 试验中，mRNA-4157 与 PD-1 抑制剂 pembrolizumab 联用治疗切除后的高危黑色素瘤患者：新抗原疫苗最多给了 9 个周期，pembrolizumab 最多 18 个周期。联用组中 91% 的患者同时接受了两种治疗，每个人的 mRNA 序列都是根据自己的肿瘤突变谱定制的。3 年随访数据显示，联用组的无复发生存期和无远处转移生存期持续优于单独使用 PD-1 抑制剂。基于这些结果，mRNA-4157 已获得 FDA 突破性疗法认定和 EMA PRIME Scheme 资格，III 期临床试验已经启动。这让它成为 mRNA 个性化癌症疫苗领域进展最快的候选药物。
BioNTech 的 BNT122（也叫 RO7198457）采用类似策略，编码多达 20 种患者新抗原。在结直肠癌和黑色素瘤（NCT04486378）中的早期临床试验显示了强免疫应答和长期肿瘤抑制。多种癌症（胃肠道肿瘤、乳腺癌、非小细胞肺癌）都有 mRNA 疫苗联合免疫检查点抑制剂的临床试验在推进中。
很多实体瘤难治，免疫系统其实识别得到肿瘤，难在肿瘤主动营造了免疫抑制的微环境。肿瘤会下调抗原呈递、招募调节性 T 细胞（Treg）、分泌免疫抑制因子，还会把肿瘤相关巨噬细胞（TAM）极化为促肿瘤的 M2 表型。免疫系统明明存在却被抑制了活性。这类肿瘤叫"冷肿瘤"，免疫细胞浸润少，对检查点抑制剂不敏感。"热肿瘤"则有大量免疫细胞聚集在肿瘤周围，只是被免疫逃逸机制压制住，解除压制后就能杀伤肿瘤，这也是检查点抑制剂最有效的场景。
mRNA-LNP 在这里可以直接触发局部免疫激活。把编码免疫刺激因子的 mRNA 直接注射到肿瘤内部，在局部表达出高浓度的细胞因子，而不像传统重组蛋白给药那样引发全身性副作用。
### IL-12：瘤内注射的核心分子
在小鼠模型中，LNP 包封的 IL-12 mRNA 瘤内注射后同时引发了两个效果：注射部位的肿瘤缩小，远处转移灶也受到了抑制。这种"局部给药、全身获益"的模式，避免了传统 IL-12 蛋白全身给药带来的严重毒性。
### mRNA-2752：三合一瘤内注射已进临床
Moderna 的 mRNA-2752 同时编码三个免疫激活分子（OX40L、IL-23 和 IL-36γ）通过瘤内注射递送。I 期临床试验纳入 23 例实体瘤患者，无剂量限制毒性；52% 的患者出现肿瘤缩小。部分患者不仅注射部位的肿瘤缩小了，未注射的远处病灶也出现了退缩。这提示瘤内 mRNA 可以引发全身性抗肿瘤免疫。
### IFN-γ：巨噬细胞的表型翻转
通过 LNP 递送编码 IFN-γ 的 mRNA，可以把肿瘤微环境中促肿瘤的 M2 型巨噬细胞"翻转"为抗肿瘤的 M1 型。M1 巨噬细胞能吞噬肿瘤细胞、呈递抗原、释放促炎因子。这种策略在联合 PD-L1 单抗治疗时效果更好。
### 肿瘤抑制蛋白：p53 和 PTEN
很多肿瘤的 p53 或 PTEN 基因失活了，这些基因本来负责抑制细胞异常增殖。LNP-mRNA 可以把功能性 p53 或 PTEN 蛋白的编码信息送回肿瘤细胞，恢复它们的抑癌功能。联合免疫检查点阻断剂使用时，能产生协同的抗肿瘤效果。
另一条策略是用 LNP-mRNA 编码能诱导免疫原性细胞死亡（如焦亡 pyroptosis）的蛋白质。肿瘤细胞在焦亡过程中会释放大量"危险信号"，吸引免疫细胞浸润，把"冷肿瘤"变成"热肿瘤"，后者对免疫检查点抑制剂的响应率要高得多。
CAR-T 细胞疗法是近年来癌症治疗最重要的突破之一。它的原理是从患者体内取出 T 细胞，在体外用病毒载体把嵌合抗原受体（CAR）基因导入 T 细胞。这样它们就能识别肿瘤表面的特定标记（比如 B 细胞淋巴瘤上的 CD19）。最后把这些改造后的 T 细胞扩增后输回患者体内。截至 2024 年底，FDA 已经批准了 7 款 CAR-T 产品。
但体外 CAR-T 制备有几个关键问题。从采集到回输通常需要几周时间；每个患者都是一个独立的生产批次，成本极高（动辄几十万美元）。病毒载体导入的 CAR 基因还会永久整合到 T 细胞基因组中。一旦 CAR-T 误攻击了表达同一标记的正常组织（靶点对了，器官错了），永久表达的 CAR 让治疗很难停下来。
LNP-mRNA 打开了一条全新路径：跳过体外制备，直接在体内编程 T 细胞。LNP 把编码 CAR 的 mRNA 递送到循环中的 T 细胞，T 细胞翻译出 CAR 蛋白表达在表面，获得识别肿瘤的能力；整个过程不需要取血、体外培养或病毒载体。mRNA 表达瞬时（通常几天），CAR 蛋白会随 mRNA 降解自然消失，等于自带一层安全机制。
在白血病小鼠模型中，LNP 递送编码抗 CD19 CAR 的 mRNA 成功让小鼠体内的 T 细胞表达出 CAR，并展示了抗肿瘤效果。关键的技术挑战是如何让 LNP 高效地靶向 T 细胞。一种方案是在 LNP 表面修饰抗 CD3 和 CD28 的抗体片段，这些分子既能引导 LNP 与 T 细胞结合，又能同时提供 T 细胞激活所需的共刺激信号。
这个策略还在向更多免疫细胞类型扩展。除了 T 细胞，LNP-mRNA 还被用于改造自然杀伤细胞（NK）和巨噬细胞。比如在肝细胞癌模型中，通过改变肝脏巨噬细胞（Kupffer 细胞），让它们表达抗 GPC3 的 CAR（CAR-M），增强了吞噬活性并降低了肿瘤负荷。这类"体内免疫细胞重编程"策略有望让细胞治疗从昂贵的个体化定制方案变成标准疗法。
CRISPR/Cas9 基因编辑的核心是两个组分：Cas9 核酸酶（负责切割 DNA）和向导 RNA（sgRNA，指定切割位点）。传统方法用病毒载体递送 Cas9 基因，但这带来了一个麻烦。Cas9 基因整合到基因组后会持续表达，编辑酶在细胞里待的时间越长，脱靶切割的风险就越高。
mRNA 递送正好解决了这个问题。LNP 把 Cas9 mRNA 和 sgRNA 一起送进目标细胞。Cas9 蛋白被翻译出来、完成编辑，随后 mRNA 降解、蛋白清除，整个编辑过程是短暂的。基因组修改是永久的（DNA 已经被改了），但编辑工具的存在是瞬时的，大幅降低了脱靶风险和持续核酸酶活性带来的安全隐患。
LNP 天然偏好肝脏（ApoE 介导的 LDLR 摄取），所以最先推进的临床场景是肝脏相关的遗传病。Intellia 的 NTLA-2001 是一个典型案例：通过静脉注射 LNP 递送 Cas9 mRNA + sgRNA，靶向敲低肝脏中致病蛋白转甲状腺素蛋白（TTR）的表达，治疗遗传性 TTR 淀粉样变性。这跟已上市的 Onpattro 靶向的是同一个蛋白。Onpattro 用 siRNA 抑制 TTR 表达，需要每三周给药一次维持效果。NTLA-2001 走的也是 LNP 天然趋肝的路线，但 CRISPR 编辑直接在基因层面做了永久敲除，理论上一次给药就够了。
在基因编辑工具的演化上，碱基编辑器（base editors）和先导编辑器（prime editors）代表了下一代方向。它们不需要切断 DNA 双链，而是直接在目标位点做精确的单碱基修改，进一步降低了脱靶和基因组不稳定的风险。比如 Verve Therapeutics 的 VERVE-101 就用碱基编辑器靶向肝脏 PCSK9 基因来降低 LDL 胆固醇，同样通过 LNP 静脉注射递送。从单碱基突变到小片段插入/缺失，越来越多的遗传病有望用这种"mRNA 递送一次性编辑工具"的策略来修复。
除了基因编辑和细胞治疗，mRNA-LNP 还在打开一个全新的应用维度：让体内细胞直接翻译出治疗性抗体。传统单克隆抗体需要在 CHO 细胞中体外表达、纯化、制剂，生产周期长、成本高。如果用 mRNA 编码抗体的轻链和重链，通过 LNP 递送到肝脏或肌肉，让患者自己的细胞来生产抗体，就能绕开整个体外生产流程。
这条路已经有了很好的临床前数据。单剂 LNP-mRNA 在小鼠体内产生的 Pembrolizumab（抗 PD-1 抗体）血清水平可以持续超过 35 天，药代动力学曲线优于等剂量直接注射的 Pembrolizumab 蛋白。另一个方向是用 mRNA 编码双特异性 T 细胞衔接器（BiTE），一类能同时结合 T 细胞和肿瘤细胞的小分子抗体。传统 BiTE 蛋白半衰期极短（需要持续静脉输注），而 mRNA 编码的 RiboMABs 在体内可维持数天的有效浓度，治疗效力与重组蛋白相当。
很多遗传病的本质是某个基因突变导致对应的蛋白质缺失或功能异常。传统的酶替代疗法（ERT）是从体外生产纯化蛋白质再注射给患者：生产复杂、成本高昂、需要反复给药，而且外源蛋白还可能引发免疫反应。
mRNA 给出了另一种思路：把编码缺失蛋白的 mRNA 用 LNP 递送到患者细胞里，让患者自己的细胞来合成这个蛋白质。蛋白质在细胞内合成后，会经过正常的翻译后修饰（糖基化、折叠等），产出的蛋白质与人体天然蛋白更接近，免疫原性更低。这条路省去了体外蛋白提取和纯化的复杂流程，也不需要基因组层面的永久改造。
当然，mRNA 表达是瞬时的，mRNA 和蛋白产物都会在几天内被降解。治疗需要长期维持的遗传病时，患者需要反复给药。这既是优势（剂量可调、可以随时停药）也是限制（治疗依从性、反复注射的便利性）。对于需要永久修复的场景，基因编辑可能是更好的选择；但对于需要灵活调控蛋白水平的场景（比如肝脏代谢酶缺乏），mRNA 替代疗法的"可调可停"反而是个优势。
mRNA 技术的模块化特点在这里体现得非常充分：同一套 LNP 递送体系，换一段编码不同蛋白的 mRNA 序列，就能适配不同的遗传病。目前临床前和早期临床阶段的代表性适应症是甲基丙二酸血症和囊性纤维化。前者是一种因代谢酶缺失导致有机酸蓄积的罕见病；后者是 CFTR 氯离子通道蛋白缺失导致的肺部和消化系统疾病。可规模化生产、瞬时但有效的蛋白表达，加上良好的安全性，让 mRNA 蛋白替代疗法成为罕见遗传病的一条新路。
同样是 mRNA-LNP，做疫苗和做治疗面临的挑战不在一个量级。看清这些差别，才分得清哪些进展是真正的突破，哪些只是"在小鼠里好看"。
维度 / 疫苗 / 治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代）
靶向要求:疫苗 注射部位 APC 即可;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 特定器官/细胞类型（肝细胞、T 细胞、肿瘤细胞）
表达持续性:疫苗 瞬时（数天到约一周半，视给药途径）即可;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 需要持续或反复表达（蛋白替代），或一次精准编辑（基因编辑）
给药频次:疫苗 1-2 剂;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 多次（癌症疫苗 9+ 周期），可能长期反复（蛋白替代）
安全性标准:疫苗 健康人群，极低耐受;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 患者人群，可接受更高风险，但全身毒性需严格控制
肿瘤异质性:疫苗 病原体抗原相对保守;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 每个患者的突变谱不同，肿瘤还会动态演化逃逸免疫
生产个性化:疫苗 标准化大批量;治疗（癌症/基因编辑/蛋白替代） 个性化新抗原疫苗 = 每个患者一个批次
以靶向为例。疫苗打在三角肌里，LNP 被局部的树突状细胞吞噬，不需要担心 LNP 去了哪个器官。但基因编辑需要 LNP 精准到达肝细胞（利用 ApoE-LDLR 天然趋肝），癌症疫苗的静脉给药需要 LNP 到达多个淋巴组织，体内 CAR-T 需要 LNP 找到循环中的 T 细胞。每一种靶向都是独立的工程挑战。
反复给药带来的安全性问题更是疫苗不需要面对的。癌症新抗原疫苗可能需要 9 次以上的给药周期，蛋白替代疗法可能需要终身给药。反复暴露于 LNP 成分（尤其是 PEG 脂质）可能引发抗 PEG 抗体，导致后续剂量的清除加快（加速血液清除效应，ABC）。细胞因子释放综合征和自身免疫反应也需要长期监控。
还有制造和监管层面的挑战。个性化新抗原疫苗意味着每个患者都需要从测序到生产走一遍完整流程，从肿瘤活检到疫苗出厂要在几周内完成。这对 GMP 生产的灵活性、质量控制的标准化、以及监管审批路径都提出了全新的要求。mRNA-LNP 平台的灵活性是优势，但"灵活到每个患者一个批次"的个性化生产，对整个药物制造体系来说仍然是一项很大的挑战。
本文内容整理自：Raj Kumar (Ed.), Lipid Nanoparticle-based mRNA Delivery Systems, Academic Press (Elsevier), 2026, Chapter 10 §4.2–4.3 (Sambridhi Bhowmik et al.) 和 Chapter 11 (Keshaw Ram Aadil, Khushboo Bhange, Nitesh Kumar, Anubhuti Jha, Gita Mishra)。补充数据来源：Jacob ST et al., Lancet 2024; Hou X et al., Nat Rev Mater 2021。