自复制RNA疫苗：复制机制、免疫优势及应用研究进展

自复制RNA疫苗（RepRNA）是利用RNA病毒复制子基因构建的一种具有自我复制能力的新型疫苗技术，通过增强抗原表达实现高效免疫应答。因其具有高效性、安全性和快速开发等优势，已成为RNA疫苗研究的重点方向之一。该技术通过病毒复制子与特定蛋白自组装形成病毒复制子颗粒（VRP），以此作为递送载体，激活宿主细胞内的RNA复制过程，持续产生大量抗原蛋白，从而激发更强的体液免疫和细胞免疫反应，为传染病防治和肿瘤治疗提供更持久的保护。目前，国外已有数款人用和兽用RepRNA疫苗进入市场或处于上市前的临床研究阶段。

构建RepRNA疫苗时，以单股正链RNA病毒（如alphavirus、flavivirus等）的基因组为骨架，删除编码结构蛋白的基因并插入目标抗原基因（GOI），同时保留编码RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）的非结构基因。疫苗进入宿主细胞后，RdRp驱动病毒RNA自我复制，持续产生大量抗原蛋白，并生成双链RNA（dsRNA）。dsRNA作为病原体相关分子模式（PAMP），通过激活TLR3、RIG-I等先天免疫受体，显著增强疫苗的免疫原性。

在复制过程中，产生的双链RNA（dsRNA）和长链RNA能够高效激活树突状细胞（DC）的成熟过程，并促进促炎因子（如IFN-α、IL-6）的释放，从而增强免疫应答。这种高水平抗原表达不仅诱导强效的体液免疫（产生高滴度抗体），还显著增强细胞免疫应答（包括CD4⁺和CD8⁺T细胞活化）。其中，CD8⁺T细胞的细胞毒性作用对于清除病毒感染细胞和杀伤肿瘤细胞具有关键作用。

正链RNA进入细胞质后，可直接作为模板开始复制，并利用宿主细胞的核糖体合成自己的蛋白质，同时利用自身携带的RdRp对自身的RNA进行复制。正链RNA直接作为mRNA翻译产生非结构蛋白。非结构蛋白形成复制酶复合体，合成负链RNA，以其为模板大量复制正链基因组RNA和亚基因组RNA。同时病毒非结构蛋白会在宿主细胞内进行翻译，其中一些蛋白质可以帮助甲病毒继续复制，而另一些则可以帮助甲病毒逃避免疫系统的攻击。最终在有特定结构蛋白的情况下，蛋白质会自主组装成新的病毒颗粒，然后通过宿主细胞的胞吐作用排出细胞外，感染其他宿主细胞。甲病毒的基因组RNA兼具mRNA功能，通过亚基因组RNA高效表达结构蛋白，这种双链RNA合成机制使其在疫苗开发中具有高抗原表达效率的优势。

RepRNA疫苗相比传统疫苗有多个显著优势：

1、高效抗原表达与低剂量需求

单分子RepRNA可通过自我复制实现持久抗原表达（持续数周至数月），临床研究显示其免疫原性与mRNA疫苗相当，但剂量仅为后者的1/10，降低了生产成本和潜在副作用风险。

2、更强的免疫应答

同时激活先天和适应性免疫，诱导更广泛、持久的免疫记忆。因为VRP可以通过激活宿主细胞内的复制过程来增强抗原表达，从而激发更加强烈的免疫反应。在动物模型中，RepRNA疫苗对流感、HIV、癌症等的保护效果优于传统mRNA疫苗。传统疫苗和蛋白亚单位疫苗需要经过复杂的加工过程才能增强免疫反应，而RepRNA疫苗则可直接激活宿主细胞内的复制过程，更快地激发免疫反应。

3、安全性提升

无基因组整合风险，且因不编码病毒结构蛋白，无法形成完整病毒颗粒，避免了复制型病毒载体的潜在致病性。

4、快速开发与生产

基于RNA的模块化设计允许快速替换GOI，应对突发传染病（如COVID-19、埃博拉）时可缩短研发周期，且无需依赖细胞培养，生产效率更高。

目前研究RepRNA疫苗主要有以下几种病毒载体类型。

1、Alphavirus（如SFV、VEEV、CHIKV）

最常用载体之一，基因组为单股正链RNA，具有极高的复制效率，能够在胞质内迅速产生大量抗原。载体因受体广泛（如MXRA8、LDLRAD3），具有较强的细胞靶向性。已开发的疫苗有CoVID-19、PEDV、Rabies等

2、Flavivirus（如WNV、DENV、YFV）

基因组含单个ORF，编码3种结构蛋白和7种非结构蛋白，其E蛋白可介导高效细胞 entry，已被用于开发Zika、登革热等疫苗。

3、其他载体

Nodamura virus（NoV）：基因组短小，可组装成病毒样颗粒（VLPs），增强抗原呈递；

Paramyxovirus（如麻疹病毒）：负链RNA病毒，可插入多个GOI，适用于多价疫苗开发。

RepRNA疫苗已经在预防和治疗多种疾病方面取得了重要进展：

1、COVID-19疫苗：研究表明，复制型RNA疫苗在预防COVID-19方面效果显著，目前已有包括辉瑞-BioNTech疫苗、莫德纳疫苗和阿斯利康疫苗在内的多款疫苗获得了紧急使用授权。

2、黄热病疫苗：复制型RNA疫苗也被广泛应用于黄热病疫苗的研发中，目前已有多款黄热病疫苗进入了临床试验阶段。

3、肺炎球菌疫苗：复制型RNA疫苗还可以用于肺炎球菌疫苗的研发，已经有一些相关的研究正在进行中。

4、癌症疫苗：复制型RNA疫苗也可以用于癌症疫苗的研发，目前已经有一些相关的研究正在进行中，包括针对HPV、乳腺癌、肝癌、黑色素瘤等多种癌症的疫苗研究。

5、已在埃博拉（ERVEBO®）、COVID-19（GEMCOVAC-OM）等疫情中紧急使用，在流感、HIV和疟疾等疫病上也显示出良好的保护效果。

6、中国有2款RepRNA疫苗通过国家药品监督管理局药品审评中心（CDE）的新药临床研究申请（IND）进入了临床研究阶段，还有2款采用自复制技术平台开发的疫苗通过了CDE。

与常规mRNA疫苗类似，RepRNA疫苗在发展过程中仍面临一些技术难题，主要包括递送效率、储存稳定性和免疫调节平衡等方面，这些问题需要逐步解决。

1、非VRP的RepRNA疫苗均需依赖脂质纳米颗粒（LNPs）等载体保护RNA免受降解，以提高细胞摄取效率；

2、传统RepRNA需超低温（-80°C）保存，新型冻干技术（如SARS-CoV-2疫苗）已实现2-8°C稳定储存1年；

3、有时出现的过度激活先天免疫可能导致炎症反应，需优化载体设计以平衡免疫原性与安全性。

自复制RNA疫苗具有很高的免疫和基因治疗发展潜力，甲病毒也已成为复制子疫苗设计中利用的主要病毒载体，需要更广泛探索复制子载体应用范围，以评估其可行性并确定适合其应用的环境。虽然目前仍然存在一些挑战和待解决问题，但随着技术的不断进步和完善，相信RepRNA疫苗将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。

文章引用自L. Tang et al., (2025) Replicon RNA vaccines: design, delivery, and immunogenicity in infectious diseases and cancer. Journal of Hematology & Oncology, 18(1).