抗生素失效？细菌 mRNA 疫苗如何破解耐药性困局

　　抗生素耐药性（AMR）的全球蔓延正严重威胁公共健康，开发新型细菌疫苗成为当务之急。mRNA 疫苗在新冠疫情中展现出高效、快速研发的优势后，其应用正扩展至细菌感染领域。然而，细菌的生物学复杂性（如抗原多样性、翻译后修饰差异、免疫反应特殊性）为 mRNA 疫苗开发带来独特挑战，包括抗原选择困难、真核细胞中细菌蛋白表达效率低、免疫原性受糖基化等修饰影响等。本文系统梳理了细菌 mRNA 疫苗开发的核心挑战，详解抗原筛选、mRNA 构建优化等关键技术，综述当前临床前和临床研究进展，并展望未来通过技术创新突破瓶颈的潜力，为理解这一新兴领域提供全面视角。

　　近几十年来，抗生素一直是对抗细菌感染的 “利器”，但抗生素耐药性（AMR）的飙升已成为全球性危机。世界卫生组织数据显示，耐药菌每年导致数百万死亡，若不采取行动，到 2050 年这一数字可能突破千万。细菌疫苗被视为遏制 AMR 的关键手段：通过诱导保护性免疫，减少感染发生率，从而降低抗生素滥用，延缓耐药菌株的传播。

　　传统细菌疫苗已应用多年（如白喉、破伤风疫苗），但面对复杂或新兴耐药菌时逐渐显露出局限性。而 mRNA 疫苗在新冠疫情中的成功（如辉瑞、Moderna 疫苗）证明了其潜力：无需培养病原体，仅通过编码抗原的 mRNA 即可诱导免疫反应，研发周期短、生产灵活。这一技术正被寄予厚望，成为开发新一代细菌疫苗的重要方向。

　　包括灭活疫苗（如百日咳全细胞疫苗）和减毒活疫苗（如卡介苗 BCG）。优势是可诱导针对多种细菌抗原的广谱免疫，减毒活疫苗因能复制，免疫应答更强。但缺点显著：减毒疫苗可能对免疫功能低下者造成风险；灭活疫苗免疫原性较弱，需多次接种。

　　多糖疫苗（如肺炎球菌多糖疫苗）针对细菌荚膜多糖，但对婴幼儿效果差（多糖为 T 细胞非依赖性抗原）。糖缀合物疫苗通过将多糖与蛋白结合，激活 T 细胞依赖免疫，显著提升效果，成为里程碑式突破 —— 如 b 型流感嗜血杆菌（Hib）疫苗、肺炎球菌疫苗（PCV13）等，不仅降低感染率，还通过群体免疫减少传播。

　　基于细菌毒素（如白喉类毒素）、毒力因子（如脑膜炎球菌 B 群疫苗）或组合抗原（如无细胞百日咳疫苗 DTaP）。优势是安全性高，但需精准筛选抗原，且可能因抗原单一导致保护范围有限。尽管传统疫苗成效显著，但面对

　　（如结核杆菌）等问题时，其开发难度大幅增加。mRNA 疫苗的灵活性（可快速编码多种抗原）为解决这些问题提供了新思路。三、细菌 mRNA 疫苗的核心挑战：从抗原到免疫应答

　　细菌可表达数千种蛋白，远超病毒，且存在抗原变异（如相位变异、血清型转换），导致抗原选择难度极大。理想的 mRNA 疫苗抗原需满足：在真核细胞中高效表达、正确折叠、能诱导保护性免疫。但细菌蛋白的特殊性带来多重障碍：

　　折叠依赖细菌环境：许多细菌蛋白（如多亚基蛋白）需细菌特有的分子伴侣辅助折叠，在哺乳动物细胞中可能折叠错误，丧失免疫原性。

　　无法编码非蛋白抗原：细菌荚膜多糖是重要保护性抗原（如肺炎球菌荚膜），但 mRNA 仅能编码蛋白，因此无法直接模拟糖缀合物疫苗的效果。

　　翻译效率低：细菌与哺乳动物的密码子偏好不同，未经优化的细菌 mRNA 在真核细胞中翻译效率低，需通过

　　：细菌疫苗抗原发现方法（实验与计算手段结合）为解决这一问题，研究者开发了多种筛选技术（图 1）：

　　：通过质谱鉴定被宿主 MHC 分子呈递的细菌肽段（如李斯特菌感染细胞中发现的 LMON_0149 蛋白），直接锁定能激活 T 细胞的抗原。

　　计算免疫学：利用机器学习预测抗原的表面暴露性、保守性等特征（如 “反向疫苗学 3.0”），缩小候选范围。

　　：mRNA 编码抗原的细胞内加工与呈递路径（MHC-I/II 呈递的信号引导）2. 翻译后加工：原核与真核的 “语言差异”

　　细菌（原核生物）与哺乳动物（真核生物）的蛋白加工系统差异显著，导致 mRNA 编码的细菌蛋白可能 “变形”，影响免疫效果：

　　：哺乳动物细胞会对蛋白进行糖基化修饰，但细菌蛋白通常无糖基化。这种 “额外修饰” 可能掩盖 B 细胞表位，或引发错误免疫反应。例如，结核杆菌 Ag85A 蛋白在真核细胞中被糖基化后，免疫原性显著降低，需通过突变糖基化位点恢复功能。

　　分泌信号不兼容：细菌的分泌信号（引导蛋白分泌的短肽）在哺乳动物细胞中可能失效。例如，鼠疫耶尔森菌 F1 蛋白的细菌信号肽无法介导真核细胞分泌，需替换为哺乳动物信号肽（如 IgGκ 链信号肽）才能提升抗体应答。

　　（T 细胞）的重要性因菌而异：胞外菌（如链球菌）主要依赖抗体清除，需诱导细菌蛋白分泌以激活 B 细胞。

　　mRNA 疫苗需根据目标细菌 “定制” 免疫应答：若编码蛋白留在胞内，易被蛋白酶降解并通过 MHC-I 呈递，激活 CD8⁺ T 细胞（适合胞内菌）；若通过信号肽引导分泌，则更易激活 B 细胞（适合胞外菌）。但实际操作中常遇矛盾，例如：为提升分泌替换信号肽后，可能因糖基化掩盖表位，反而削弱抗体反应。

　　：mRNA 构建优化策略（信号肽、 trafficking 信号等元件）四、突破瓶颈：细菌 mRNA 疫苗的优化策略

　　针对上述挑战，研究者已开发多种技术手段优化 mRNA 疫苗设计，核心是让细菌蛋白在真核细胞中 “正确表达、精准呈递”。

　　密码子优化：根据哺乳动物细胞的密码子偏好调整 mRNA 序列，提升翻译效率。例如，沙门菌抗原通过优化后，在小鼠中表达量提升 3 倍以上。

　　去糖基化突变：利用生物信息工具（如 NetNglyc）预测潜在糖基化位点，通过基因突变去除，避免修饰干扰。例如，结核杆菌 Ag85A 的 N - 糖基化位点突变后，小鼠免疫原性恢复至天然水平。

　　信号肽替换：用哺乳动物信号肽（如人组织纤溶酶原激活物 h-tPA 的信号肽）替换细菌信号肽，提升蛋白分泌效率。例如，铜绿假单胞菌 PcrV 抗原融合 h-tPA 信号肽后，小鼠抗体滴度提高 2 个数量级。

　　通过在 mRNA 中加入特定序列，引导抗原进入目标细胞通路，精准激活所需免疫反应（图 2）：

　　：融合泛素或 MHC-I trafficking 信号（如 LAMP1），促进抗原降解和 MHC-I 呈递，增强 CD8⁺ T 细胞应答（适合胞内菌）。例如，李斯特菌疫苗中，不含信号肽的 LMON_0149 蛋白因快速降解，激活强效 CD8⁺ T 细胞反应，使小鼠感染率降低 90%。

　　细菌常通过抗原变异逃避免疫，多价 mRNA 疫苗可同时编码多个抗原，覆盖变异株。例如：Moderna 的莱姆病疫苗 mRNA-1975 编码 7 种 OspA 血清型，覆盖欧美主要致病菌株。

　　BioNTech 的结核疫苗编码 Ag85A、ESAT6 等 8 种抗原，覆盖结核杆菌感染的不同阶段。

　　李斯特菌：通过免疫肽组学筛选出 LMON_0149 抗原，mRNA 疫苗在小鼠中诱导强效 CD8⁺ T 细胞反应，致死剂量攻击后存活率达 100%。

　　鼠疫耶尔森菌：编码 F1 荚膜蛋白的 mRNA 疫苗（含 IgGκ 信号肽）在小鼠中诱导细胞免疫，虽抗体应答弱，但仍能提供部分保护；而去除信号肽后，反而诱导高滴度 IgG，实现完全保护（可能通过非传统分泌途径避免糖基化）。

　　百日咳杆菌：Moderna 的多价 mRNA 疫苗编码 pertactin、毒素等抗原，小鼠中诱导 Th1/Th2 平衡免疫（优于传统 DTaP 疫苗的 Th2 偏向），保护效果与全细胞疫苗相当。

　　莱姆病：Moderna 的 mRNA-1982（OspA 血清型 1）和 mRNA-1975（7 价）已进入 Ⅰ/Ⅱ 期试验（NCT05975099）。临床前数据显示，单剂疫苗诱导的抗体可在蜱虫中中和细菌，阻断传播，保护效果优于传统蛋白疫苗。

　　结核病：BioNTech 的 BNT164a1（未修饰 mRNA）和 BNT614b1（m1 修饰 mRNA）进入Ⅰ期试验，评估对结核杆菌的保护效果。疫苗编码多种抗原，采用不同递送系统（脾脏靶向脂质复合物 vs LNP），探索修饰对免疫原性的影响。

　　高通量筛选：结合免疫肽组学和类器官模型，可在感染过程中动态捕捉细菌抗原，提升筛选效率。例如，结核杆菌感染的免疫肽组学研究已发现 ESAT6 等新型抗原。

　　AI 预测：机器学习模型（如 Vaxign-ML）可整合基因组、蛋白组数据，预测保护性抗原，减少实验验证成本。

　　菌株定制：针对医院内流行的耐药菌株（如 ESKAPE 致病菌），可快速设计匹配的 mRNA 疫苗，保护免疫低下患者。

　　联合免疫：mRNA 疫苗与传统疫苗联用（如 mRNA prime + 蛋白 boost）可增强免疫记忆，例如结核 mRNA 疫苗与 BCG 联用可能提升成人保护率。

　　mRNA 疫苗的冷链需求（如 - 20℃储存）和生产成本限制了在低收入国家的应用。目前研究聚焦于热稳定配方（如冻干 LNP）和本地化生产，例如非洲首个 mRNA 疫苗工厂已启动建设，有望降低成本。

　　细菌 mRNA 疫苗是对抗 AMR 的 “新武器”，其灵活性和高效性为复杂细菌感染的防控提供了新思路。尽管面临抗原选择、翻译后修饰、免疫调节等挑战，但通过抗原工程、mRNA 设计优化和技术创新，这些瓶颈正逐步被突破。随着首个临床项目推进，我们有望在未来十年看到更多细菌 mRNA 疫苗上市，为终结抗生素耐药性危机提供关键支撑。