疫苗前沿 | mRNA癌癥疫苗遞送突破：譚蔚泓院士團隊開發COMPASS納米平臺

文獻題目：Manganese-Coordinated Polyvalent Aptameric System (COMPASS) Enables DC-Targeted mRNA/Mn2+ Co-Delivery for Cancer Immunotherapy

發表期刊：

Angewandte Chemie (International ed. in English)

發表時間：2026年1月16日在線發表

研究團隊：上海交大仁濟醫院譚蔚泓院士團隊

主要研究結果：研究團隊開發了一種名為“COMPASS”的新型納米遞送平臺。COMPASS是一種基于DNA的納米平臺，可向淋巴結樹突狀細胞（DC細胞）共遞送mRNA和錳離子（Mn2?）。實驗證明，COMPASS在動物模型中展現出強大的預防和治療性抗腫瘤效果，其效力與商用LNP相當，但安全性顯著提高。此外，該凍干制劑可在室溫下穩定儲存至少三個月，突破了mRNA疫苗對冷鏈運輸的依賴。

研究背景

mRNA癌癥疫苗以其高效、安全、易于合成和成本可控的優勢，已成為免疫治療領域的前沿。然而，其臨床轉化仍面臨遞送瓶頸：現有納米載體系統（如LNP）往往缺乏對專業抗原呈遞細胞——樹突狀細胞（DC）的高效與選擇性靶向，導致抗原攝取和T細胞激活不足。同時，非特異性分布可能引發過度的全身性免疫反應，而外源載體本身的免疫原性也存在安全隱患。此外，大多數平臺無法在有效激活DC的同時，避免其內部的RNA傳感器（如PKR）過度激活導致mRNA翻譯被抑制。

如何構建一個能同時實現精準靶向、高效遞送、安全激活且易于儲存的mRNA遞送平臺，是領域內亟待解決的核心問題。

核心內容詳解

一、納米平臺的構建、表征與金屬離子篩選

研究對象與方法：

• 研究首先利用滾環擴增（RCA）技術，制備出一種超長的單鏈DNA支架（pDNA）。該支架包含重復的多聚T序列，可通過堿基配對與mRNA的多聚A尾雜交，從而實現mRNA的高效裝載。

• 隨后，研究人員引入金屬離子（Mn2?、Fe2?、Zn2?、Ca2?），利用金屬- DNA配位驅動自組裝，構建了一系列金屬離子配位的pDNA納米組裝體。

研究結果：

• 成功構建與表征：凝膠電泳證實了RCA成功生成了高分子量的pDNA，并且成功裝載mRNA。原子力顯微鏡顯示，mRNA裝載后形成了致密的納米聚集體，這種結構有利于保護mRNA。

• 卓越的穩定性：與傳統的單價DNA相比，pDNA支架在核酸酶和血清中表現出極強的抗降解能力。

• 金屬離子成功整合：透射電鏡和掃描電鏡顯示了不同金屬離子組裝體的明確納米結構，能量色散X射線光譜元素圖譜證實了金屬元素（Zn, Mn, Fe, Ca）在納米顆粒中的成功摻入與共定位。

實驗小結：本部分成功建立了一種基于DNA納米技術的模塊化平臺，能夠穩定裝載mRNA并整合不同金屬離子，為后續的功能篩選奠定了基礎。

二、錳離子（Mn2?）的核心優勢：增強遞送與激活免疫

研究對象與方法：

在骨髓來源的樹突狀細胞中，系統比較了裝載報告基因mRNA（如GFP）或模型抗原mRNA（如OVA）的不同金屬-pDNA復合物（Zn-, Mn-, Fe-, Ca-pDNA）的遞送效率和免疫激活效果。

研究結果：

• 最優的mRNA遞送與翻譯：Mn-pDNA處理組的GFP表達水平顯著高于其他金屬離子組，表明Mn2?能最有效地促進mRNA的胞內遞送和蛋白翻譯。

• 最強的DC成熟激活：流式細胞術分析顯示，Mn-pDNA能最顯著地上調DC成熟的關鍵標志物（CD80, CD86, CD40, MHC-I），表明其強力促進DC成熟的能力。

• 機制揭示：增強內體逃逸與激活STING通路：1）內體逃逸：共聚焦顯微鏡觀察發現，Mn-pDNA能更有效地從溶酶體中逃逸，并將mRNA在約12小時釋放至細胞質，與最佳蛋白翻譯時間窗吻合。2）免疫激活：Western blot和qPCR證實，Mn-pDNA能特異性激活cGAS-STING通路，上調其下游因子（如p-TBK1）和干擾素刺激基因（如IFN-β, CXCL10）的表達。ELISA也檢測到IFN-β分泌增加。

• 提升抗原呈遞與T細胞殺傷：Mn-pDNA處理的DC表面MHC-II和抗原肽-MHC-I復合物表達顯著增加。在三細胞共培養實驗中，Mn-pDNA處理組能更有效地激活抗原特異性CD8? T細胞，導致腫瘤細胞（GFP陽性）被顯著清除。

實驗小結：系統性篩選確定Mn2?為最優選擇。它不僅作為結構組分穩定納米顆粒，更扮演了“免疫佐劑”和“遞送增強劑”的雙重角色：通過促進內體逃逸提升mRNA翻譯效率，并通過激活STING通路（不降解mRNA）強力驅動DC成熟與抗原呈遞，最終引發有效的T細胞免疫應答。

三、 “器官-細胞”雙級靶向策略的實現

研究對象與方法：

為實現精準遞送，研究從兩個層面進行優化：1）調控納米顆粒尺寸，以利于皮下注射后向淋巴結引流；2）在DNA支架上引入靶向DC表面DC-SIGN受體的適配體序列，構建多價適配體（pApT），最終與Mn2?配位形成完整的COMPASS。

研究結果：

• 尺寸優化：通過調控RCA時間，獲得不同尺寸的納米顆粒。體內實驗表明，尺寸約為200 nm的顆粒在引流淋巴結中的積累信號最強，被選為后續研究的配方。

• COMPASS的表征：電鏡等證實COMPASS為形態均一的球形納米顆粒，元素Mapping和XPS證實了Mn2?的成功摻入。

• 體外靶向驗證：與無適配體的Mn-pDNA相比，COMPASS對BMDC的結合和攝取效率顯著更高，且能遞送更多的Mn2?進入細胞。

• 體內靶向與分布驗證：1）淋巴結富集：皮下注射24小時后，COMPASS在引流淋巴結中的熒光信號遠高于其他主要器官和非引流淋巴結，證實了其淋巴結靶向能力。2）DC特異性：淋巴結免疫熒光和流式分析顯示，COMPASS的信號主要與CD11c? DC共定位，而與T細胞、B細胞等幾乎無結合，證明了其細胞水平靶向的特異性。3）功能性遞送：COMPASS能將編碼GFP的mRNA有效遞送至淋巴結并表達，且其在DC中的表達效率高于非靶向組，體現了靶向遞送的優勢。

實驗小結：通過將尺寸控制（~200 nm）與多價適配體靶向（DC-SIGN）相結合，COMPASS成功實現了“淋巴結器官靶向”和“DC細胞靶向”的雙重精準遞送，極大提高了mRNA疫苗投遞的效率和特異性。

四、凍干穩定性與強大的抗腫瘤療效

研究對象與方法：

評估COMPASS凍干制劑在室溫（RT）儲存后的穩定性，并在B16F10-OVA黑色素瘤小鼠模型中系統評估其預防性和治療性抗腫瘤效果，并與商用LNP（SM-102）進行對比。

研究結果：

• 卓越的凍干穩定性：COMPASS凍干粉在室溫儲存三個月后，復水外觀、納米結構、粒徑分布均保持穩定。更重要的是，其mRNA遞送效率和激活CD8? T細胞產生IFN-γ和TNF-α的能力與新鮮制劑無顯著差異。

• 有效的預防性免疫與抗腫瘤：在預防性實驗中，COMPASS+ OVA mRNA疫苗接種組能最有效地誘導DC成熟、抗原特異性CD8? T細胞應答（ELISpot、胞內因子染色、四聚體染色均證實）。攻擊腫瘤細胞后，該組展現出最強的腫瘤抑制效果和最長的生存期。顯著的治療性抗腫瘤效果：在已建立腫瘤的治療模型中，COMPASS+ OVA mRNA治療能最有效地抑制腫瘤生長、延長小鼠生存。

• 安全性顯著優于商用LNP：在達到與LNP相當抗腫瘤效果的前提下，COMPASS展現出遠優于LNP的安全性：1）局部炎癥：LNP注射引起皮膚局部中性粒細胞和單核細胞大量浸潤、炎癥因子（IL-6, TNF-α, IL-1β）飆升及組織損傷，而COMPASS組這些反應極輕微。2）系統毒性：LNP會引起血清TNF-α升高和肝腎功能指標（ALT, CREA）異常，而COMPASS無此類系統性毒性跡象。3）血液相容性與組織毒性：COMPASS血液循環時間合理，血液學指標及主要器官H&E染色未顯示明顯毒性。

實驗小結：COMPASS不僅證明了其作為一種高效mRNA疫苗平臺的預防和治療潛力，更以其卓越的室溫儲存穩定性和顯著改善的安全性特征，展現出巨大的臨床轉化優勢。

小結

本研究成功開發了一種名為COMPASS的創新型mRNA疫苗遞送平臺。它巧妙地將DNA納米技術、金屬免疫療法與靶向遞送策略相結合，通過Mn2?協同作用增強內體逃逸與STING通路激活，并借助尺寸優化與適配體實現淋巴結-DC的雙級靶向。該平臺在動物模型中療效與商用LNP媲美，同時大幅提升了安全性，并解決了冷鏈存儲難題。COMPASS為開發下一代更安全、高效、便捷的mRNA癌癥疫苗提供了強有力的新工具和極具前景的轉化藍圖。

參考文獻

[1] Liu X, Li Y, Dai X, Huang Z, Li J, Dong C, Dong Z, Wei D, Zhou H, Liu Z, Yang Y, Tan W. Manganese-Coordinated Polyvalent Aptameric System (COMPASS) Enables DC-Targeted mRNA/Mn2+ Co-Delivery for Cancer Immunotherapy. Angew Chem Int Ed Engl. 2026 Jan 16:e19216.

注：本文僅作為醫療健康領域前沿進展分享， 非 治 療 方 案 推 薦。

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撰寫| RNA星球

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設計| Alice