個性化腫瘤mRNA疫苗開發方案：從腫瘤新抗原預測到mRNA疫苗製備

WES全外顯子測序專注編輯蛋白質的區域，即外顯子組。這部分雖然隻占整個基因組的1~2%，但包含了大約85%的致病突變^[4]。WES檢測突變
，mRNA-seq檢測突變基因的轉錄表達水平。

優勢：成本較低，分析流程成熟。

局限：WES無法發現非編碼區突變或較大結構變異，錯過潛在的新抗原來源；mRNA-seq不能直接證明突變蛋白被翻譯或呈遞。

📑研究案例：

1. 《Nature》A neoantigen vaccine generates antitumour immunity in renal cell carcinoma^[5]

這項I期臨床試驗研究了個性化新抗原疫苗在9名高風險腎細胞癌患者中的應用
，通過WES和RNA測序識別體細胞突變，優先選擇驅動基因突變、高表達
、克隆性突變等高質量新抗原
，設計成15-33個氨基酸的合成長肽並分為4個肽池製備疫苗。結果顯示，中位隨訪40.2個月後無一例患者複發，所有患者均產生了針對疫苗抗原的T細胞免疫反應，包括對VHL、PBRM1、BAP1等關鍵驅動基因突變的反應

，77.8%的患者檢測到抗自體腫瘤反應性，證明了個性化新抗原疫苗在低突變負荷腫瘤中的可行性和免疫原性。

2. 《Nature》Personalized RNA neoantigen vaccines stimulate T cells in pancreatic cancer^[6]

這項研究使用WES識別體細胞突變
、RNA-seq確認突變基因表達、HLA分型確定限製性元件，結合生物信息學算法預測和排序新抗原免疫原性，成功開發出個體化mRNA新抗原疫苗治療胰腺癌。研究還創新性地運用TCR Vβ測序開發CloneTrack方法追蹤疫苗擴增的T細胞克隆，並通過單細胞RNA/TCR測序深入分析T細胞功能
，證明了該疫苗能有效激活新抗原特異性T細胞應答並顯著延長患者無複發生存期。

WGS覆蓋全基因組
，可以檢測非編碼區
、SVs和CNVs，能發現WES遺漏的內部SV
、基因融合斷點和可變剪接位點^[7,8]。

優勢：檢測全基因組範圍所有突變，包括非編碼區的新抗原。

局限：成本稍高、數據量大、分析時間延長

📑研究案例：

1. 《Cancer Discovery》Genomes for Kids: The Scope of Pathogenic Mutations in Pediatric Cancer Revealed by Comprehensive DNA and RNA Sequencing^[9]

這項研究通過三組學聯合分析（WGS、WES、RNA-seq）對309例兒童癌症患者進行綜合突變分析。研究在體細胞突變層麵檢出平均每例3個致病性變異，包括基因融合（36%）
、增強子劫持（8%）和微缺失（15%）等複雜結構變異

；在胚係突變分析中發現18%患者攜帶癌症易感變異，其中55%與腫瘤發生直接相關。三組學聯合的核心優勢在於WGS檢測結構變異和非編碼區突變
，WES精確識別編碼區點突變，RNA-seq驗證功能影響和異常表達，相互補充實現了比單一測序平台更全麵的突變譜解析
，最終86%患者獲得臨床可操作的基因組信息。

2. 《PNAS》Integrated mutational landscape analysis of uterine leiomyosarcomas^[10]

這篇研究采用WGS
、WES和RNA-Seq三種測序技術的整合分析策略，對83例子宮平滑肌肉瘤進行了全麵的基因組學分析。研究通過聯合突變分析識別了體細胞SNV
、InDel、CNV、Fusion和SV等多層次基因組改變
，發現TP53（43.9%）

、ATRX（30.4%）、PTEN（4.9%）和新識別的MEN1（6.1%）為顯著突變的驅動基因。突變特征分析揭示25%的腫瘤具有同源重組修複缺陷（HRD）特征，2%具有微衛星不穩定（MSI）特征，76%的樣本存在染色體複雜重排。基於這些分子特征，研究通過PDX模型驗證了PARP抑製劑、BET抑製劑和PI3K抑製劑的治療潛力，為子宮平滑肌肉瘤的精準治療提供了重要的基因組學依據。

2025年5月，麻省理工在《Science》發表了關於胰腺癌隱秘抗原的文章，該研究發現了胰腺癌中由HLA-I分子呈遞的非典型抗原肽，這些抗原主要來源於lncRNA

、UTR及內含閱讀框，具有高度的癌症特異性^[11]。longRNA-seq可用時檢測mRNA和lncRNA
；Ribo-seq可提供突變肽段真實翻譯的證據；過濾掉未翻譯的突變肽段
；鑒定難以識別的非經典開放閱讀框等
；發現遺漏的潛在新抗原等^[12]。

優勢：最大限度挖掘新抗原來源
，可發現非經典ORF翻譯出的肽段；增強候選新抗原的可信度
，降低假陽性率^[13]。

局限：樣本要求嚴格，成本稍高，數據分析複雜。

📑思路參考：

1. 《Science》：Pancreatic cancer-restricted cryptic antigens are targets for T cell recognition^[11]

該gai研yan究jiu首shou次ci係xi統tong性xing地di證zheng明ming了le胰yi腺xian癌ai中zhong存cun在zai大da量liang癌ai症zheng特te異yi性xing的de隱yin性xing抗kang原yuan，這zhe些xie來lai源yuan於yu非fei編bian碼ma基ji因yin組zu區qu域yu的de肽tai類lei分fen子zi具ju有you良liang好hao的de免mian疫yi原yuan性xing
，可ke作zuo為wei新xin的de免mian疫yi治zhi療liao靶ba點dian。這zhe為wei突tu變bian負fu荷he較jiao低di的de胰yi腺xian癌ai等deng實shi體ti瘤liu提ti供gong了le全quan新xin的de免mian疫yi治zhi療liao策ce略lve
，有you望wang擴kuo大da癌ai症zheng免mian疫yi治zhi療liao的de適shi用yong範fan圍wei，特te別bie是shi對dui傳chuan統tong免mian疫yi檢jian查zha點dian抑yi製zhi劑ji治zhi療liao無wu效xiao的de患huan者zhe群qun體ti。

2. 《Nat Biotechnol》：Unannotated proteins expand the MHC-I-restricted immunopeptidome in cancer^[12]

這項研究通過結合核糖體分析和質譜技術
，發現了數千個來自未注釋開放閱讀框（nuORFs）的MHC-I呈遞肽段，證明nuORFs可ke作zuo為wei癌ai症zheng特te異yi性xing抗kang原yuan的de重zhong要yao來lai源yuan，通tong過guo體ti細xi胞bao突tu變bian和he癌ai症zheng富fu集ji翻fan譯yi兩liang種zhong機ji製zhi擴kuo展zhan了le潛qian在zai的de新xin抗kang原yuan庫ku，為wei癌ai症zheng免mian疫yi治zhi療liao提ti供gong了le新xin的de靶ba點dian和he策ce略lve。

3. 《Nat Commun》：Global proteogenomic analysis of human MHC class I-associated peptides derived from non-canonical reading frames^[14]

該研究首次係統性地證明了約10%的人類MHC-I類呈遞肽段來源於基因組的非編碼區域或非規範翻譯
，這些隱性肽段具有獨特的生物學特征和免疫學性質，顯著增加了免疫肽組的複雜性，擴展了CD8⁺ T細胞免疫監視的範圍，為腫瘤免疫治療中尋找新型腫瘤抗原提供了重要的理論基礎和技術路徑。

多價腫瘤新抗原mRNA疫苗（如結合20-30個抗原肽）可增強免疫原性，但序列設計麵臨挑戰：多肽隨機組合和同義密碼子會產生海量序列選項，導致linker過多、意外新抗原生成、複雜蛋白結構和mRNA不穩定等問題。這些可能降低疫苗的安全性和效能（如免疫逃逸或降解加速）。

NeoDesign^[15]工具可從多肽組合生成的序列池中選擇最優蛋白序列，並為後續mRNA序列設計提供指導。

候選的腫瘤新抗原輸入NeoDesign（通常10-30個）
，輸出最優蛋白序列和λ建議。NeoDesign的流程分為四個模塊：

• Library Construction（庫構建）
  

• Optimal Path Filtering（最優路徑過濾）

• Linker Addition（連接子添加）

• λ-Evaluation（λ評估）

NeoDesign的架構^[15]