2023年诺贝尔生理学或医学奖颁布给Drs. Katalin Karikó 和 Drew Weissman，以表彰他们在核苷碱基修饰方面发现的成果，使得有效抗COVID-19的mRNA疫苗得以开发^[1]。这个奖项也使信使核糖核酸（Messenger RNA，mRNA）的作用机制被大家广泛关注。这其实就引出来一个问题，mRNA疫苗注入你的身体，你的身体内部会出现什么变化？

图1：2023年生理学或医学诺贝尔奖获得者Drs. Katalin Karikó 和 Drew Weissman^[2]

一、mRNA的先天性免疫识别

1. mRNA的PRR感应机制

mRNA可以诱导先天性免疫，先天性免疫是自身抵御非本我物质的第一道防线。mRNA上的病原相关分子模式（Pathogen-associated Molecular Patterns，PAMPs）可通过细胞表面的模式识别受体（Pattern Recognition Receptors, PRRs）识别。配体-受体复合物的结合将信号转导到细胞中，进一步启动一系列信号通路的级联反应^[3]。

2. RNA感应特征识别受体

主要的RNA感应PRR之一是Toll样受体（Toll-like Receptors, TLRs）。人类共有十种TLRs（TLR1-10），近一半TLR识别核酸配体。TLR3、TLR7/8和TLR9存在于细胞内，分别对双链RNA（Double-stranded RNA，dsRNA）、单链RNA（Single-stranded，ssRNA）和DNA（DeoxyriboNucleic Acid，DNA）反应^[4]。另一方面，细胞内的RNA被特定的蛋白家族所识别，这类蛋白家族被称做RIG-Ⅰ样受体（RIG-Ⅰ-like receptor， RLR），包括视黄酸诱导的基因Ⅰ（Retinoic Acid-inducible Gene Ⅰ，RIG-Ⅰ）和黑色素瘤分化相关基因5（melanoma differentiation-associated gene-5，MDA-5），这些蛋白质可以识别病毒RNA。

图2：TLR结构示意图^[4]

总而言之，TLRs可以扫描RNA，而RLR是对异常RNA拉响警报。

3. 关键矛盾

目前产生的矛盾便是mRNA越容易被机体发现，机体的炎症反应越强烈，炎症反应太过强烈会导致细胞无法正常翻译mRNA，所以既要让免疫系统激活又要保留mRNA需要寻求解决方法。目前较为成熟的方法有两种：

①用天然存在的假尿苷（Pseudouridine，Ψ）^[5]或者N1-甲基假尿苷（N1-methylpseudouridine，m1ψ）[6]来替换RNA序列的尿苷碱基（Uridine，U）。

②使用脂质纳米颗粒（Lipid Nanoparticle，LNPs）包裹：单纯mRNA在机体内及其容易降解，LNP包裹的mRNA首先有了LNP这个保护壳，可以降低降解速度，其次LNP中的可电离脂质在内体酸性环境中带正电荷，帮助mRNA从内体逃逸至细胞质，实现抗原蛋白的高效翻译^[7]。并且部分LNP组分能够激活先天免疫反应，在疫苗应用中可表现出一定佐剂效应，可以为免疫系统提供激活信号。

二、从先天到适应的桥梁：抗原呈递与初始T细胞活化

mRNA进入体内之后，利用核糖体翻译并生产出抗原蛋白，抗原必须呈递给免疫系统才能发挥作用。

适应性免疫反应需要抗原加工和呈递途径的参与。这些途径使主要组织相容性复合体（Major Histocompatibility Complex，MHC）编码的糖蛋白能够装载上与其相匹配的配体^[8]。只有表达在抗原呈递细胞表面的携带配体的MHC分子才能激活T细胞，随后T细胞执行效应功能，如细胞毒性、为B细胞提供辅助以及产生细胞因子^[8]。

MHC Ⅰ类和Ⅱ类的存在分别决定了大部分有核细胞表面的抗原呈现功能。其中前者主要负责将胞内抗原肽呈递给CD8⁺细胞毒性T细胞，从而在感染或癌变发生时启动对靶细胞的杀伤；后者则是专门由特定的抗原呈现细胞来执行这一任务，其作用是通过消化吸收到的抗原并将之分解成肽片段，然后将其展示给CD4+ T细胞，以此调节接下来的免疫反应方式^[9]。

图3：人、小鼠、鸡MHC简化示意图^[8]

普通的细胞也能通过MHC分子将抗原片段展示在表面，但在这个过程中他们“喊话”的声音还不够大，需要有特定的“情报员”——树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）发挥作用。

DC细胞是有效的抗原呈递细胞，负责启动初始免疫反应。它们定位于机体各监测位点，能够高效捕获并处理抗原。随后，DC迁移至淋巴器官，通过表达共刺激分子并分泌生物活性分子，启动并调控T细胞与B细胞的应答^[10]。此外，DC不仅能够激活淋巴细胞以诱导免疫反应，还可通过诱导T细胞对自身抗原的耐受，从而抑制自身免疫反应的发生^[10]。

三、适应性免疫的启动：滤泡辅助T细胞与生发中心的前奏

滤泡辅助T细胞（T Follicular Helper，Tfh）是B细胞专门提供帮助的细胞，Tfh细胞有主要两个关键特征即选择性定位和与B细胞的直接物理相互作用以为B细胞全流程提供帮助^[11]。其中包括帮助B细胞在生发中心中成熟、驱动B细胞产生高亲和力抗体和促进长寿命记忆B细胞的形成。大多数蛋白抗原诱导的高亲和力抗体应答依赖Tfh细胞帮助；在缺乏T细胞帮助的情况下，B细胞很可能在抗原识别后24小时内死亡。

而有了Tfh细胞的帮助，被激活的B细胞会进入一个特殊的结构——生发中心。在生发中心里B细胞经历着残酷的“优胜劣汰”。生发中心是B细胞克隆扩增和抗体亲和力成熟的微解剖结构位点，在此处，B细胞经历免疫球蛋白的体细胞多样化和亲和力驱动的选择过程——这一达尔文式的演化过程，最终产生对有效体液免疫至关重要的高亲和力抗体。最终，存活的B细胞分化为抗体分泌细胞或记忆B细胞。整个过程的结果就是免疫系统不是随便识别任何抗体的过程，而是精准识别、精准摘取病原体、结合能力超强的高亲和力抗体。

上述生发中心反应最终产生长寿命浆细胞和记忆B细胞，它们共同构成体液免疫记忆，并持续产生针对不同表位的抗体群体，我们常说的单克隆抗体和多克隆抗体的制备就依赖于这种反应。这两类抗体不仅是实验中评价mRNA疫苗免疫原性的指标，也是抗体开发的主要来源。

图4：Tfh和B细胞反应动力学^[12]

本文系统阐述了mRNA触发免疫应答的完整链条：先天免疫通过TLR和RLR等PRR识别mRNA，经核苷修饰与LNP递送解决免疫原性与翻译效率的矛盾；抗原经MHC呈递、DC细胞激活T细胞，进而Tfh细胞辅导B细胞进入生发中心，经历体细胞高频突变与亲和力筛选，最终分化为分泌高亲和力抗体的浆细胞和记忆B细胞，为精准抗体发现奠定了免疫学基础。

在先天免疫识别环节，卡梅德生物提供多种先天免疫受体的一抗产品。在抗原表达和递呈环节中，卡梅德生物提供重组蛋白产品可作为Elisa实验标准品或Western Blot阳性对照，此外卡梅德生物的抗体产品线覆盖了多种热门靶点，可作为抗原-抗体结合活性验证的参照工具。同时，卡梅德生物的噬菌体展示技术平台可提供从免疫动物来源或文库的抗体筛选服务，实现抗体候选分子的体外高效富集与亲和力成熟。此外，用于血清抗体滴度检测的二抗产品全面支持从免疫应答评估到抗体功能验证的全流程研究需求。

理解了免疫系统如何被mRNA“唤醒”并启动Tfh-B细胞协作后，下一个关键问题是：我们如何设计mRNA编码的抗原本身，才能精准引导免疫系统产生我们想要的抗体？下一篇将深入免疫原工程策略。

参考文献

[1]https://www.cell.com/immunity/collections/mRNA-vaccines?utm_campaign=Immunity&utm_content=268990791&utm_medium=social&utm_source=twitter&hss_channel=tw-295993800

[2]https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/summary/

[3]Wang Y, Zhang Z, Luo J, Han X, Wei Y, Wei X. mRNA vaccine: a potential therapeutic strategy. Mol Cancer. 2021;20(1):33. Published 2021 Feb 16. doi:10.1186/s12943-021-01311-z

[4]Shimizu T. RNA recognition in toll-like receptor signaling. Curr Opin Struct Biol. 2024;88:102913. doi:10.1016/j.sbi.2024.102913

[5]Karikó K, Muramatsu H, Welsh FA, et al. Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. Mol Ther. 2008;16(11):1833-1840. doi:10.1038/mt.2008.200

[6]Andries O, Mc Cafferty S, De Smedt SC, Weiss R, Sanders NN, Kitada T. N(1)-methylpseudouridine-incorporated mRNA outperforms pseudouridine-incorporated mRNA by providing enhanced protein expression and reduced immunogenicity in mammalian cell lines and mice. J Control Release. 2015;217:337-344. doi:10.1016/j.jconrel.2015.08.051

[7]Jiang S, Lu Z. mRNA-LNP vaccines: rational design, delivery optimization, and clinical translation. J Mater Chem B. 2025;13(48):15447-15467. Published 2025 Dec 10. doi:10.1039/d5tb01972a

[8]Pishesha N, Harmand TJ, Ploegh HL. A guide to antigen processing and presentation. Nat Rev Immunol. 2022;22(12):751-764. doi:10.1038/s41577-022-00707-2

[9]Wu Y, Zhang N, Hashimoto K, Xia C, Dijkstra JM. Structural Comparison Between MHC Classes I and II; in Evolution, a Class-II-Like Molecule Probably Came First. Front Immunol. 2021;12:621153. Published 2021 Jun 14. doi:10.3389/fimmu.2021.621153

[10]Yao V, Platell C, Hall JC. Dendritic cells. ANZ J Surg. 2002;72(7):501-506. doi:10.1046/j.1445-2197.2002.02450.x

[11] Crotty S. Follicular helper CD4 T cells (TFH). Annu Rev Immunol. 2011;29:621-663. doi:10.1146/annurev-immunol-031210-101400

[12]Crotty S. T Follicular Helper Cell Biology: A Decade of Discovery and Diseases. Immunity. 2019 May 21;50(5):1132-1148. doi: 10.1016/j.immuni.2019.04.011. PMID: 31117010; PMCID: PMC6532429.

 FAQs

1. mRNA疫苗与传统疫苗本质的区别是什么？

传统疫苗（如灭活疫苗）是将一整只死掉的病毒送入体内，让免疫系统识别病毒的全部结构。而mRNA疫苗送入的是一份设计图纸即只编码病毒的一个关键零件，由人体细胞自行生产该零件并展示在细胞表面，供免疫系统识别。

2. 为什么Tfh细胞对高质量抗体的产生至关重要？

Tfh是B细胞的专职“辅导员”，没有Tfh的帮助，大多数B细胞在识别抗原后24小时内就会死亡。Tfh通过分泌IL-21、表达CD40L等信号，帮助B细胞进入生发中心，经历体细胞高频突变和亲和力筛选，最终分化为分泌高亲和力抗体的浆细胞和长寿命记忆B细胞。mRNA疫苗擅长激活Tfh，是其产生强效抗体应答的核心原因之一。

3. mRNA疫苗诱导的抗体和传统疫苗诱导的抗体有什么不同？

传统疫苗（如灭活疫苗）诱导的抗体主要针对病毒表面的多种抗原，包括一些非中和表位，因此抗体特异性相对分散。

mRNA疫苗则通过免疫原设计策略精准编码特定抗原（如刺突蛋白的RBD区域），将免疫应答集中在关键中和表位上。此外，mRNA-LNP平台天然倾向于Th1型免疫应答，诱导的抗体以IgG2a类为主，其中和活性通常强于传统疫苗诱导的IgG1类抗体。

研究还表明，mRNA疫苗特别擅长激活Tfh细胞，从而驱动更高效的生发中心反应和亲和力成熟，最终产生的高亲和力抗体在质量和持久性上均优于传统疫苗。

4. 从mRNA疫苗诱导的免疫应答到单克隆抗体制备，中间经历了什么？

mRNA疫苗接种后，抗原在体内表达并被树突状细胞呈递给T细胞，Tfh细胞辅导B细胞进入生发中心经历体细胞高频突变和亲和力筛选，最终分化为抗体分泌细胞和记忆B细胞。

从这些免疫动物的脾脏或外周血中分离B细胞，可通过两种路径制备单克隆抗体：

①杂交瘤技术——将B细胞与骨髓瘤细胞融合，筛选能稳定分泌目标抗体的克隆；

②噬菌体展示技术——从B细胞中扩增抗体基因库，构建噬菌体展示文库，通过体外淘选获得高亲和力抗体。

mRNA免疫策略的优势在于：体内表达的天然构象抗原激活的B细胞 repertoire 更具表位多样性，为后续单克隆抗体的筛选提供了更优质的“原料库”。

5. mRNA免疫策略在抗体发现中有什么独特优势？

传统的抗体发现流程通常使用重组蛋白免疫动物，但膜蛋白或构象不稳定的抗原难以通过重组表达获得天然构象。mRNA-LNP免疫策略解决了这一瓶颈——将编码目标抗原的mRNA直接注射至动物体内，利用宿主细胞在原位翻译并展示具有天然构象和翻译后修饰的抗原蛋白。

这种方式不仅省去了繁琐的蛋白表达纯化步骤，还能诱导针对天然表位的高质量多克隆抗体和单克隆抗体。例如，针对GPCR蛋白PAR4的抗体制备中，mRNA-LNP免疫成功诱导了特异性识别天然构象的功能性抗体。