《Journal of Genetic Engineering and Biotechnology》：mRNA-based therapeutics in lung Cancer: Mechanisms, applications, and translational challenges
编辑推荐：
肺癌是全球范围内发病率与致死率最高的恶性肿瘤之一，其临床困境主要源于诊断延迟、分子异质性及治疗耐药性。最新全球癌症统计数据显示，该疾病每年新增病例约250万例，死亡病例约180万例。信使核糖核酸（mRNA）技术的兴起已成为对抗传染病的高效手段，尤其在严重急性呼
肺癌是全球范围内发病率与致死率最高的恶性肿瘤之一，其临床困境主要源于诊断延迟、分子异质性及治疗耐药性。最新全球癌症统计数据显示，该疾病每年新增病例约250万例，死亡病例约180万例。信使核糖核酸（mRNA）技术的兴起已成为对抗传染病的高效手段，尤其在严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）疫苗的成功应用中得到验证。基于此，mRNA疗法作为一种兼具灵活性与适应性的新型策略，有望突破传统肺癌治疗的局限性。本综述系统梳理了现有肺癌治疗手段及其缺陷，阐述了肺癌进展涉及的分子与细胞机制，并介绍了mRNA技术在肺癌领域的应用范畴，涵盖mRNA疫苗、靶向蛋白治疗、免疫调节治疗、基因编辑及细胞重编程等方向。此外，本文深入解析了mRNA疗法的核心作用机制，评估了其当前临床应用进展，并探讨了克服技术瓶颈与转化障碍的策略。总体而言，mRNA疗法代表了一种快速迭代的灵活平台，随着后续研究与开发的推进，将重塑肺癌精准治疗的格局。
引言
肺癌作为全球最常见的恶性肿瘤及癌症相关死亡的首要原因，每年造成约250万新发病例与180万死亡病例，疾病负担持续加重。地理分布差异受工业污染、吸烟率及医疗可及性等因素影响，其中烟草烟雾是最主要的危险因素，空气污染、石棉、生物质燃料及氡暴露亦显著提升患病风险。尽管治疗手段不断进步，肺癌患者总体生存率仍处低位，凸显了对新型疗法与公共卫生干预的迫切需求。从病理特征看，肺癌分为非小细胞肺癌（NSCLC）与小细胞肺癌（SCLC）：NSCLC占比80%–85%，包含腺癌、鳞状细胞癌与大细胞癌，存在表皮生长因子受体（EGFR）突变、间变性淋巴瘤激酶（ALK）重排及KRAS突变等可靶向遗传改变；SCLC占比15%–20%，属于高侵袭性神经内分泌亚型，进展快、转移早，可靶向癌驱动基因谱相对有限。当前肺癌治疗采用多学科综合模式，方案选择取决于亚型、分期、患者体能状态及分子特征，涵盖手术、化疗、放疗、靶向治疗、免疫治疗与姑息治疗。然而，这些手段受限于治疗毒性、选择性不足、耐药产生、肿瘤异质性及对晚期转移灶疗效有限等问题。mRNA作为携带遗传信息并指导蛋白质合成的分子，自1990年首次证实其在体内可介导蛋白表达以来，已成为极具潜力的治疗载体。在肿瘤学领域，mRNA疗法具备设计周期短、抗原靶点灵活、免疫反应强等优势，为肺癌治疗提供了全新范式。本综述旨在系统阐述mRNA疗法在肺癌中的研发进展、作用机制及治疗潜力，涵盖肺癌生物学特征、mRNA技术机制、临床应用现状及现存挑战应对策略。
文献检索与筛选标准
本研究通过PubMed、Scopus与Web of Science数据库开展系统性文献检索，检索词组合包括“肺癌”“非小细胞肺癌”“分子基础”“mRNA疗法”“mRNA疫苗”“脂质纳米颗粒”“肿瘤治疗”等。纳入2010年至2025年发表的英文同行评审文献，同时纳入里程碑式历史研究以提供技术背景。初筛获得239篇文献，经标题与摘要相关性评估后保留213篇，最终通过全文评估纳入探讨肺癌机制、治疗局限、mRNA技术开发与递送系统及临床应用的文献。
肺癌的分子基础
肺癌的分子分型决定其临床行为与靶向脆弱性：NSCLC以癌驱动突变异质性为特征，SCLC则以肿瘤突变负荷（TMB）高、侵袭性强、复发快及关键抑癌基因缺失为核心特征。肺癌发生发展涉及多层面分子机制：癌基因（如EGFR、KRAS、BRAF、PIK3CA）突变激活促生长信号通路（EGFR、MAPK、PI3K/AKT/mTOR），导致细胞增殖失控、凋亡抵抗；抑癌基因（如TP53、RB1、PTEN、LKB1）失活则损害DNA修复能力，诱发基因组不稳定与细胞周期失调。除基因突变外，表观遗传修饰（DNA甲基化异常、组蛋白修饰改变、非编码RNA如microRNA与长链非编码RNA调控失衡）进一步促进肿瘤细胞可塑性、增殖、转移及治疗抵抗。肿瘤异质性是另一核心特征，表现为同一肿瘤内存在遗传与表型各异的细胞亚群，且原发灶与转移灶存在分子差异。这种异质性延伸至肿瘤微环境（TME），由癌相关成纤维细胞（CAFs）与细胞外基质（ECM）构成的基质屏障通过胶原、纤连蛋白与透明质酸重构形成致密网状结构，增加组织硬度与间质液压，阻碍血管灌注、药物递送及免疫细胞浸润，尤其限制脂质纳米颗粒（LNPs）等纳米载体的穿透效率。此外，上皮–间质转化（EMT）赋予肿瘤细胞迁移侵袭能力，肿瘤通过下调抗原呈递、上调免疫检查点分子、招募调节性T细胞（Tregs）与髓系来源抑制细胞（MDSCs）实现免疫逃逸，并通过血管内皮生长因子（VEGF）与成纤维细胞生长因子2（FGF-2）介导的血管生成维持生长与扩散。上述机制的阐明为EGFR抑制剂、免疫检查点阻断剂及RNA疗法等精准靶向策略提供了理论基础。
现有治疗手段的局限性
手术作为早期肺癌的首选方案，受限于仅适用于可切除病灶、操作成本高、术后并发症风险及较长恢复期。化疗通过细胞毒性药物抑制肿瘤增殖，但缺乏选择性，会损伤骨髓、消化道及毛囊等快速分裂的正常细胞，且易诱发化疗耐药，导致复发与进展。放疗利用电离辐射诱导DNA损伤反应（DDR）通路引发细胞周期阻滞、凋亡或衰老，但其对周围正常组织的损伤可能导致心血管并发症与继发恶性肿瘤，且肿瘤可通过增强DNA修复能力与诱导TME缺氧产生放射抵抗。靶向治疗针对特定分子异常发挥作用，但面临获得性耐药（由旁路信号通路再激活或二次突变驱动）、仅适用于特定分子亚型、检测与治疗成本高昂等局限。免疫治疗通过激活机体抗肿瘤免疫反应延长部分患者生存期，但仅少数患者能产生持久应答，且常伴随免疫相关不良事件（irAEs），同时存在生物标志物异质性、肿瘤免疫逃逸及高昂费用等问题。
mRNA疗法的原理
mRNA疗法基于中心法则，通过设计合成mRNA序列编码治疗性蛋白（抗原、细胞因子、抗体等），在体内原位表达以发挥抗肿瘤效应。合成mRNA不整合入宿主基因组，表达具有瞬时性，由细胞内源性降解机制调控，保障了安全性与可控性。mRNA设计需模拟内源性结构：优化5'端帽结构与poly(A)尾以增强核糖体招募与稳定性，修饰非翻译区（UTRs）以提升翻译效率，并进行核苷与核糖化学修饰以降低天然免疫激活。由于mRNA带负电荷且易被RNase降解，需依赖递送系统实现胞内转运。主流递送载体包括脂质纳米颗粒（LNPs）、聚合物纳米颗粒与细胞外囊泡（如外泌体）。LNPs由可电离阳离子脂质、辅助磷脂、胆固醇与聚乙二醇（PEG）脂质组成，其摩尔比例决定颗粒pKa值、内涵体逃逸效率及体内分布特征。LNPs经胞吞作用进入细胞后，在内涵体酸性环境下可电离脂质质子化，通过“质子海绵效应”或膜融合机制实现mRNA胞质释放，随后被核糖体翻译为目标蛋白。为克服LNPs固有的肝脏趋向性，聚合物纳米颗粒（如聚β氨基酯PBAEs、聚乙烯亚胺PEI衍生物、聚乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA）可通过尺寸、表面电荷与降解速率调控改善肺部递送；外泌体则凭借低免疫原性与天然肺靶向性成为新兴载体，但仍处于临床前阶段。代表性mRNA候选药物包括：BioNTech公司BNT116（LNP制剂，靶向NSCLC共享肿瘤相关抗原，I期临床）；CV9202（鱼精蛋白制剂，靶向6种NSCLC抗原，已完成I/II期试验）；编码IL-12、IL-15、IFN-β等细胞因子的mRNA（增强TME免疫活性，临床前/早期I期）；编码p53、PTEN等抑癌蛋白的mRNA（恢复抑癌功能，临床前）；CRISPR/Cas9基因编辑mRNA（靶向KRAS、EGFR等驱动基因，临床前）；Moderna与默克合作开发的mRNA-4157/V940（个性化新抗原疫苗，III期临床）；编码DLL3靶向嵌合抗原受体（CAR）的mRNA（用于SCLC细胞重编程，临床前）；以及共递送p53与RB1 mRNA的双抑癌基因恢复策略（临床前）。
肺癌mRNA递送系统
LNPs作为最成熟的临床获批平台，其肺部靶向性可通过修饰可电离脂质的连接区域或采用选择性器官靶向（SORT）策略（调整脂质组成改变表面电荷）实现，但仍受限于肝脏富集倾向、呼吸道炎症反应及规模化生产挑战。聚合物纳米颗粒可通过PEG涂层增强黏液穿透能力或壳聚糖修饰延长气道滞留时间，且吸入给药后无明显炎症，但转染效率低于LNPs。外泌体与细胞外囊泡（EVs）凭借生物相容性与天然肺靶向性，可实现IL-12 mRNA吸入递送并诱导全身抗肿瘤反应，但面临载药效率低、规模化生产与标准化难题。病毒样颗粒（VLPs）通过病原体相关结构模式（PASPs）高效被抗原呈递细胞摄取，支持多价抗原呈递以增强T细胞活化，但受限于预存免疫力、生产工艺复杂及载量有限。为实现高效肺部递送，关键策略包括：吸入给药（雾化、鼻内/气管内滴注、干粉吸入），避免首过效应并提升局部药物浓度；配体修饰靶向（如叶酸、透明质酸、EGFR结合肽、甘露糖）与SORT策略联用，增强肿瘤细胞或抗原呈递细胞特异性；呼吸屏障穿透策略，通过PEG刷涂层减少黏液捕获、优化脂质组成抵抗肺表面活性物质干扰、仿生表面修饰降低肺泡巨噬细胞清除率。
mRNA在肺癌中的应用
mRNA疫苗通过编码肿瘤相关抗原（TAAs）或新抗原，在抗原呈递细胞内表达并经由主要组织相容性复合体（MHC）I/II类分子激活CD8+与CD4+T细胞，临床试验中CV9202联合放疗在IV期NSCLC患者中显示出良好的免疫原性与疾病稳定率。靶向蛋白疗法通过mRNA原位表达功能性蛋白，如IL-12 mRNA可诱导CD8+T细胞活化与IFN-γ产生，但疗效依赖递送效率与肿瘤穿透能力。基因编辑系统以CRISPR-Cas9为代表，通过共递送Cas9 mRNA与单向导RNA（sgRNA）实现体内外基因修饰，已在NSCLC患者中完成PD-1基因敲除T细胞的I期临床试验，但Cas9蛋白的免疫原性及脱靶风险仍需解决。细胞重编程通过体外电穿孔mRNA至免疫细胞（如树突状细胞、T细胞），使其短暂表达肿瘤抗原或CARs，增强对肺腺癌的杀伤活性，但受限于免疫抑制性TME与细胞体内持久性不足。联合治疗是当前核心方向：mRNA疫苗与免疫检查点抑制剂（ICIs）联用可同时诱导新生T细胞并逆转耗竭；与化疗联用可利用化疗诱导的免疫原性细胞死亡增强抗原释放；与放疗联用可通过放疗释放的肿瘤抗原放大疫苗效应；与靶向治疗（如EGFR-TKIs、KRAS抑制剂）联用可克服靶向耐药并重塑免疫抑制TME；mRNA疗法内部也可联用，如疫苗联合细胞因子mRNA可增强T细胞浸润与免疫记忆，基因编辑联合抑癌蛋白mRNA可协同抑制肿瘤生长。联合方案的给药时序至关重要：疫苗应先于ICIs以 priming T细胞，化疗或放疗需在疫苗接种前清除免疫抑制细胞并释放抗原，靶向治疗应先降低肿瘤负荷再联合疫苗激活特异性免疫。针对SCLC的特殊性，其治疗需聚焦于DLL3、ASCL1等谱系特异性抗原，利用化疗缓解后的免疫窗口期给药，以克服其“冷”肿瘤特征。
挑战与壁垒
肺部靶向递送仍是首要障碍，LNPs的肝脏趋向性与肺表面活性物质、黏液屏障、肺泡巨噬细胞清除作用共同限制了药物蓄积。肿瘤异质性导致抗原表达不均一，易造成治疗逃逸。mRNA稳定性受TME内RNA修饰酶（如m6A调控因子）与天然免疫传感器（TLR3/7/8、RIG-I、MDA5）影响，加速降解并诱发干扰素反应。生产与监管层面，体外转录（IVT）工艺需严格纯化以去除双链RNA杂质，且作为“药物-递送系统”组合产品，其批次一致性与质量控制要求极高，推高了成本与可及性门槛。剂量优化与表达调控方面，mRNA剂量与蛋白表达水平无线性相关，且血浆蛋白冠的形成会改变LNPs的体内分布、靶向性与胞内 trafficking，增加溶酶体降解风险；重复给药还可能诱发抗载体免疫反应，降低长期疗效。
未来方向
后续研究需聚焦于开发下一代测序（NGS）指导的个性化新抗原疫苗，探索自扩增mRNA（saRNA）与环状mRNA（circRNA）等新型平台，结合生物信息学与人工智能优化靶点预测。递送系统需进一步提升肺部特异性，通过化学修饰增强mRNA稳定性，开发耐受吸入应激的纳米制剂，并整合配体靶向与双靶向策略。同时需优化给药途径、延长抗原表达时长、降低给药剂量并控制过度免疫激活，以实现疗效与安全性的平衡。
结论
肺癌的分子复杂性（异质性、基因组不稳定性、肿瘤可塑性）持续制约传统治疗疗效。mRNA疗法通过提供抗原特异性疫苗、免疫调节、抑癌通路恢复及基因编辑等多元策略，代表了精准治疗的重要范式转变。尽管仍处于临床早期阶段，其灵活性与适应性已展现出重塑肺癌治疗格局的潜力。未来需重点突破递送系统的组织特异性瓶颈，尤其是克服LNPs的肝脏趋向性以实现高效肺靶向；同时需解决天然免疫激活、抗原呈递异质性及TME免疫抑制等挑战。通过整合下一代递送技术、联合靶向治疗及多模态mRNA策略，并借助计算建模优化设计，mRNA疗法有望成为肺癌精准治疗的核心支柱。
