Обычно мРНК-вакцину представляют так: липидная наночастица доставляет мРНК в клетки, клетки временно производят антиген, иммунная система его видит и обучается. Но липидные наночастицы не попадают строго в один тип клеток. После внутримышечного введения антиген могут производить клетки мышцы, иммунные клетки, клетки лимфоузлов; после внутривенного введения большая доля наночастиц охотно уходит в печень, особенно в гепатоциты. Авторы публикации в Nature Biotechnology сформулировали следующий вопрос: а какие именно клетки должны производить антиген, чтобы вакцина сработала лучше?
Для этого учёные использовали хитрый молекулярный приём. В мРНК вставляли участки-мишени для определённых микроРНК. МикроРНК — это короткие регуляторные молекулы, которые в клетке могут связываться с мРНК и мешать ей работать. У разных типов клеток есть свои характерные микроРНК: например, miR-122 типична для гепатоцитов печени, miR-142 — для кроветворных и профессиональных антиген-презентирующих клеток, miR-133 и miR-206 — для мышечных волокон. Если в вакцинную мРНК добавить соответствующую мишень, то в нужном типе клеток она будет выключаться. Получается нечто вроде адресного запрета: липидная наночастица может попасть в разные ткани, но сама мРНК будет производить белок только там, где ей это разрешено.
Сначала авторы доказали, что система действительно работает. Например, мРНК с мишенями для miR-122 почти полностью переставала давать экспрессию GFP в гепатоцитах: в клеточных опытах число GFP-положительных клеток снижалось более чем на 95%, а у мышей после внутривенного введения — примерно в 150 раз. При этом другие клетки печени, например макрофаги и эндотелиальные клетки, всё ещё могли экспрессировать белок. То есть это было не грубое «мРНК не дошла до печени», а именно точечное выключение в гепатоцитах.
Дальше начались самые интересные иммунологические результаты. Казалось бы, для сильного Т-клеточного ответа мРНК должна попасть в дендритные клетки: именно они показывают антиген Т-клеткам и запускают иммунную реакцию. Но когда исследователи выключили экспрессию в антиген-презентирующих клетках, иммунный ответ не рухнул. На модели GFP CD8+ T-клеточный ответ снизился, но сохранился. На модели Spike SARS-CoV-2 значимой разницы в Spike-специфичных CD8+ T-клетках вообще не нашли. Это значит, что дендритным клеткам не обязательно самим производить антиген из мРНК. Они могут захватывать антиген, произведённый другими клетками, и затем предъявлять его иммунной системе. То есть важнее не столько доставить мРНК прямо в дендритную клетку, сколько обеспечить правильную передачу антигена в систему презентации.
Ещё одна практически важная находка связана с печенью. Липидные наночастицы, особенно при внутривенном введении, часто попадают в печень. Для некоторых мРНК-терапий это удобно, но для вакцин, особенно противоопухолевых, может быть проблемой. Когда антиген производился в гепатоцитах, CD8+ T-клеточный ответ был слабее. Когда экспрессию в гепатоцитах выключали, ответ усиливался. В модели лимфомы A20 с GFP как опухолевым антигеном обычная мРНК-вакцина уже тормозила рост опухоли, но вариант с «отключением» печени работал лучше: опухолевая нагрузка снижалась ещё более чем на 50%, а в опухоли и селезёнке было больше специфичных CD8+ T-клеток. Эти клетки выглядели функционально активнее и менее истощёнными: меньше PD1 и TIM3, больше IFNγ и гранзима B.
Вероятное объяснение — иммунологическая особенность печени. Печень постоянно сталкивается с множеством антигенов из кишечника и поэтому склонна поддерживать толерантность, а не агрессивное воспаление. В этой работе важным оказался путь PD1/PDL1: когда животным давали анти-PD1-антитело, преимущество мРНК с выключением в гепатоцитах исчезало. Но авторы не сводят всё к одному механизму: печёночная толерантность сложна, и в ней могут участвовать гепатоциты, эндотелиальные клетки синусоидов и профессиональные антиген-презентирующие клетки.
