COVID-19 大流行期间，Moderna 的 mRNA-1273 和 BioNTech 的 BNT162b2 这两款基于脂质纳米颗粒（LNPs）包裹编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白 mRNA 的疫苗，在成人中展现出超过 90% 的有效性和良好的安全性。然而，由于担心这些全新医疗产品可能对胚胎或胎儿产生潜在的毒性影响，孕妇最初被排除在 mRNA-LNP 疫苗接种范围之外。尽管孕期感染新冠病毒会给母婴带来更高风险，但对未知风险的担忧使得孕妇的疫苗接种慎之又慎。随着临床数据的积累，mRNA 疫苗对母婴的安全性逐渐得到认可，孕期接种也开始被大力推荐。但 mRNA-LNP 在孕期女性体内的药代动力学，尤其是其胎盘穿透能力，却依旧是个未解之谜。本研究旨在探讨 mRNA-1273 疫苗在孕期接种后，其是否能够穿透胎盘并在胎儿体内产生免疫原性。通过给怀孕小鼠肌肉注射 mRNA-1273 疫苗，我们观察到该疫苗迅速进入母体血液循环，并在接种后 1 小时内穿透胎盘进入胎儿循环。尽管胎儿循环中的刺突 mRNA（spike mRNA）在 4-6 小时内消失，但它能够在胎儿组织中积累，主要是肝脏，并被翻译成刺突蛋白。此外，透胎盘传递的 mRNA-1273 在胎儿中表现出免疫原性，新生儿出生后具备抗刺突免疫球蛋白 M（IgM）、父系同型抗刺突 IgG2a 以及增强的抗刺突细胞免疫。本研究为 mRNA 疫苗在孕期的应用提供了新的视角，并有助于优化新冠疫苗接种策略。

01
材料与方法

实验动物：本研究使用了 FVB/N、BALB/c 和 C57BL/6 品系的小鼠。雌性小鼠与雄性小鼠交配后，次日观察到阴道栓记为怀孕第 0 天（GD0）。

mRNA-1273 疫苗接种：怀孕小鼠在 GD14 和 GD17 分别接受肌肉注射 mRNA-1273 疫苗，剂量分别为 0.2、1.0、2.0 或 4.0 μg，稀释于 100 μL 生理盐水中。

胎儿组织收集：在麻醉下对怀孕小鼠进行中线剖腹术，暴露子宫，通过子宫切开术取出胎儿，并立即用生理盐水洗涤。断头后，用吸管收集胎儿血液，并获取胎儿胎盘、肝脏和躯干软组织。

免疫印迹分析：使用抗聚乙二醇（PEG）抗体通过免疫印迹分析半定量检测 mRNA-LNP。

RT-PCR：使用 RT-PCR 定量检测刺突 mRNA。

ELISA：使用 ELISA 测定血清中抗刺突免疫球蛋白（Ig）水平、PEG 含量等。

淋巴细胞增殖实验和 ELISpot 实验：通过淋巴细胞增殖实验和 ELISpot 实验评估针对刺突蛋白的细胞免疫。

02
实验结果

PEG 化的 LNPs 穿透胎盘的时间进程：在给怀孕 14 天（GD14）的小鼠单次肌肉注射 4 μg mRNA-1273 后，PEG 化的脂质纳米颗粒（LNPs）迅速进入母鼠的血液循环，并在接种后 30 分钟内就穿过胎盘进入了胎儿循环。PEG 化的 LNPs 在母鼠血液中的浓度在接种后 3-24 小时内逐渐降低，但在胎儿血液中则能够维持较高的浓度，持续时间至少为 7 天，这表明胎儿体内对 PEG 的分解速度较慢。

刺突 mRNA 的胎盘穿透与分布：使用 RT-PCR 技术检测发现，刺突 mRNA 在母鼠接种 mRNA-1273 后的 1 小时内即进入胎儿血液，但在胎儿循环中的存在时间较短，大约在 4-6 小时后检测不到。然而，刺突 mRNA 能够在胎儿组织中积累，主要积累在胎儿肝脏中，同时也能在胎儿胎盘和躯干软组织中检测到。进一步的研究表明，刺突 mRNA 在胎儿肝脏和脾脏中的存在时间至少持续至出生后 3 周。

PEG 和刺突 mRNA 的剂量依赖关系：降低母鼠接种的 mRNA-1273 剂量会导致胎儿血清中 PEG 水平的下降。例如，与接种 4 μg mRNA-1273 的母鼠相比，接种 0.2 μg mRNA-1273 的母鼠所生的胎儿在接种后 3 小时内血清中的 PEG 水平显著降低。尽管胎儿胎盘中的刺突 mRNA 水平在母鼠接种不同剂量（0.2 μg 和 4 μg）的 mRNA-1273 后没有显著差异，但低剂量组母鼠所生的胎儿肝脏中刺突 mRNA 的积累量明显少于高剂量组。

Figure 1. Transplacental mRNA-1273 transfer after maternal mRNA-1273 vaccination during pregnancy

母鼠与幼鼠血清中的抗刺突 IgG1/IgG2a 水平：母鼠在接种 mRNA-1273 后会产生显著的抗刺突 IgG1/IgG2a 抗体，且抗体水平在不同剂量组之间相对稳定，无明显的剂量响应关系。幼鼠血清中的抗刺突 IgG1/IgG2a 抗体水平则呈现剂量依赖效应，即母鼠接种的 mRNA-1273 剂量越高，幼鼠血清中的抗体水平也越高。然而，这些抗体水平在幼鼠出生后随时间逐渐下降。 

Figure 2. Anti-spike IgG1/IgG2a with virus-blocking efficacy in dams and their offspring after gestational mRNA-1273 administration

幼鼠内源性抗刺突 IgG2a 的检测：通过使用具有不同 IgG2a 同型（Igh-1a 和 Igh-1b）的小鼠品系进行交配实验，我们发现幼鼠出生后体内存在内源性抗刺突 IgG2a 抗体。这些抗体不能来源于母鼠，而是由幼鼠自身的 B 细胞克隆选择性表达父系同型 IgG2a 所产生。进一步的研究表明，母鼠接种的 mRNA-1273 剂量与幼鼠血清中内源性抗刺突 IgG2a 的滴度呈剂量响应关系。

幼鼠体内抗刺突 IgM 水平的检测：母鼠接种 mRNA-1273 后，幼鼠体内的抗刺突 IgM 抗体水平显著升高，且高剂量组母鼠所生的幼鼠血清中的 IgM 抗体水平更高。

Figure 3. Analyses of anti-spike IgG2a allotypes and anti-spike IgM in offspring born to the dams with gestational mRNA-1273 vaccination

针对刺突蛋白的细胞免疫：接种疫苗的母鼠和幼鼠针对刺突蛋白的淋巴细胞增殖反应显著增强，且幼鼠的反应与母鼠相当。通过 ELISpot 实验进一步检测发现，接种疫苗的母鼠和幼鼠体内针对刺突蛋白的干扰素（IFN）-γ 和白细胞介素（IL）-2 分泌 T 细胞频率显著升高。

Figure 4. Anti-spike cellular immunity in dams and their pups after maternal mRNA-1273 vaccination during pregnancy 

Figure 5. Immunological consequences of in utero mRNA-1273 injection

03
讨论

本研究证实了小鼠胎盘对 mRNA-1273 具有穿透性，且 mRNA-1273 在胎儿中具有免疫原性，而非耐受性。这一发现挑战了以往认为胎盘是 mRNA-LNP 绝对屏障的观点，为重新评估 mRNA-LNP 的胎盘穿透能力提供了重要依据。然而，将小鼠研究结果外推至人类时需谨慎，因为人和小鼠胎盘的组织架构存在差异。此外，尽管 mRNA-1273 在此次小鼠实验中未表现出明显安全问题，但疫苗 mRNA 及其产物在体内的长期存在仍引发了对潜在基因毒性的担忧。

04
结论

本研究为 mRNA 疫苗在孕期的应用提供了新的视角，并表明透胎盘传递的 mRNA-1273 疫苗可能在胎儿中产生免疫原性。这些发现有助于优化新冠疫苗接种策略，保障母婴健康，并为产前 mRNA 治疗的发展开拓了思路。未来的研究应进一步探讨 mRNA 疫苗在人类胎盘中的穿透性和免疫原性，以及其对母婴长期安全性的影响。