盡管mRNA疫苗具備快速開發、高效免疫反應以及對病毒變異的靈活適應性等諸多優勢，然其遞送系統仍舊面臨著冷鏈運輸需求、高昂的生產成本以及注射給藥可能引發的不良反應等困境。

2025年4月13日，西湖大學Carson Campbell與芝加哥大學Esteban Azagra研究團隊在期刊Nature Reviews Bioengineering發表論文“Edible mRNA vaccine in lettuce chloroplasts”，創新性地利用生菜葉綠體開發了可食用的mRNA疫苗平臺。

生菜具有成本低、易于種植和儲存的優點，可食用部分含有大量葉綠體。而葉綠體基因組可高效表達外源蛋白（在某些情況下，葉綠體可以表達高達72%的可溶性蛋白），其母系遺傳特性還可以防止轉基因逃逸到環境中，從而滿足監管要求。凍干生菜基葉綠體可維持高濃度mRNA的內部結構、保持功能和免疫原性，并包裝成口服藥丸以引起粘膜和全身免疫。該技術極大地簡化了疫苗的生產、儲存和接種流程，降低疫苗的成本，并提高了mRNA疫苗在不同環境下的適用性。

轉基因葉綠體遞送體系的構建

在此，研究人員使用基因槍將包含多個關鍵元件的基因盒導入生菜葉綠體中。該基因盒包括鏈霉素抗性基因aadA、增強免疫反應的強效佐劑霍亂毒素B（CTB）、包含人核糖體結合位點的mRNA載體以及包含多種啟動子（Prrn啟動子、pBAD啟動子、psbA啟動子等）的調控元件。

理論上，當轉基因生菜被食用后，植物細胞在腸道中被分解，釋放出轉基因葉綠體。CTB隨后與上皮細胞和免疫細胞中的靶點結合，誘導CD103+樹突狀細胞內吞轉基因葉綠體，并切斷其與阿拉伯糖的聯系。

在植物細胞中，pBAD啟動子在阿拉伯糖存在的情況下驅動D1:1蛋白的表達，而D1:1蛋白會抑制psbA啟動子的活性，從而阻止溶菌酶的表達。當葉綠體進入免疫細胞后，由于阿拉伯糖的缺失，D1:1蛋白降解，從而激活psbA啟動子、誘導溶菌酶的表達，并破壞葉綠體膜釋放mRNA載體，最終在免疫細胞內表達抗原蛋白，引發適應性免疫反應。因此，盒式結構的設計使得mRNA載體只在沒有阿拉伯糖的情況下釋放（即當葉綠體進入免疫細胞時）。

圖1：可食用疫苗的設計

葉綠體遞送體系的表征

基于以上遞送機制，研究人員制定了全鏈條的表征與檢測實驗。使用基因槍轉染生菜葉綠體后，研究團隊使用抗生素篩選、PCR及Southern blot驗證轉化的成功與否，隨后通過組織學和熒光染色技術來監測植物的生長和發育，并以免疫熒光染色來檢測轉基因蛋白的表達。

對疫苗成分的額外驗證中，可以使用qPCR檢測mRNA的濃度，通過酶聯免疫吸附試驗（ELISA）或Western blot檢測CTB的表達，通過溶菌酶活性測定來評估溶菌酶的功能。此外，還可通過監測基因在阿拉伯糖存在或缺失條件下的表達來評估pBAD啟動子的效率和D1:1對psbA活性的調控。

進一步地，應當在動物模型中驗證凍干工藝的穩定性和免疫原性。還可對大規模培育地轉基因生菜進行進一步的探索，包括多代植物表達水平一致性驗證、轉基因均勻表達地條件優化，以及下游加工流程（包括凍干、制丸和分發）的建立等。

總結

本研究提供了一種全新的基于生菜葉綠體的mRNA遞送方式，為mRNA疫苗的生產、儲存和分發提供了一種全新的思路。該口服疫苗的方式不僅更加方便，還能夠同時激發黏膜和系統性免疫反應，為抵御黏膜病原體（呼吸道、腸道病原體等）提供更全面的保護。

參考資料：Campbell, C., Azagra, E. Edible mRNA vaccine in lettuce chloroplasts. Nat Rev Bioeng 3, 264–266 (2025). https://doi.org/10.1038/s44222-025-00299-1

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撰寫| RNAScript

校稿| Gddra編審| Hide / Blue sea

編輯 設計| Alice