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1 在新冠疫情暴發(fā)前，mRNA并不是有公眾吸引力的科學(xué)術(shù)語,，也從沒有任何一個(gè)國家批準(zhǔn)過mRNA疫苗,，可以說mRNA就是通過新冠疫情一戰(zhàn)成名的。 從疫苗的發(fā)展過程來看,，如果把減毒活疫苗和滅活疫苗歸類為第一代疫苗,，把重組蛋白疫苗等組分疫苗歸為第二代疫苗的話，第三代疫苗主要是指核酸疫苗,。讀過疫苗簡史之前內(nèi)容的讀者知道,，第一和第二代疫苗是目前正在人群中大規(guī)模使用的疫苗的主力，而在新冠疫情前尚無一款正式獲批大規(guī)模用于臨床的核酸疫苗,。 核酸疫苗主要分為DNA型疫苗和RNA型疫苗,。mRNA疫苗屬于RNA型核酸疫苗。目前緊急授權(quán)獲批的新冠核酸疫苗都是mRNA疫苗,。 2  埃弗里提出DNA是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 1944年,，洛克菲勒研究院的埃弗里等提出脫氧核糖核酸（DNA）是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ),。1953年，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu),，開啟了分子生物學(xué)時(shí)代,，使遺傳的研究深入到分子層次，“生命之謎”被打開,，使人們清楚地了解遺傳信息的構(gòu)成和傳遞的途徑,。  沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu) 1961年，在加州理工學(xué)院的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,，科學(xué)家首次成功提取到mRNA,。之后對(duì)其功能和生物學(xué)行為進(jìn)行了充分地研究?？茖W(xué)界發(fā)現(xiàn),，在DNA和蛋白質(zhì)之間有個(gè)“中間人”，負(fù)責(zé)傳遞信息,，mRNA正是這個(gè)“中間人”,。 mRNA（Messenger RNA），又稱為信使RNA,，是由DNA的一條鏈作為模板轉(zhuǎn)錄而來的,，攜帶遺傳信息的能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的一類單鏈RNA。通俗來講,，mRNA復(fù)制了細(xì)胞核中雙鏈DNA的一條鏈的遺傳信息,，隨即離開細(xì)胞核在細(xì)胞質(zhì)中生成蛋白質(zhì)。在細(xì)胞質(zhì)中,，核糖體沿著mRNA移動(dòng),，讀取其堿基序列，并翻譯成其相應(yīng)的氨基酸,，最終形成蛋白質(zhì),。  mRNA是由DNA的一條鏈作為模板轉(zhuǎn)錄而來，攜帶遺傳信息的能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成 1990年,，威斯康星大學(xué)Wolff等才首次報(bào)道肌內(nèi)注射mRNA到小鼠骨骼肌里,，可以表達(dá)相應(yīng)蛋白質(zhì)并產(chǎn)生免疫反應(yīng)。這揭示了mRNA技術(shù)用于疫苗研究的可能性,。2年后,，又有研究者將編碼激素的mRNA，直接注射至小鼠大腦中,，發(fā)現(xiàn)有緩解尿崩癥的作用,。這說明mRNA具備成為治療性藥物的潛力,。 mRNA疫苗的原理是是將編碼疾病特異性抗原的mRNA引入體內(nèi),，利用宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成機(jī)制產(chǎn)生抗原,，從而觸發(fā)免疫應(yīng)答，從而達(dá)到預(yù)防疾病作用,。如果將人體比作一臺(tái)機(jī)器,，那么數(shù)百萬種微小的蛋白質(zhì)便是維持機(jī)器運(yùn)行的零部件，而mRNA則是制造零部件的總指揮,。 也就是說mRNA序列注射到人體后,，跳過體外合成蛋白質(zhì)的過程，直接在人體細(xì)胞內(nèi)生產(chǎn)病原體免疫表位的蛋白,，對(duì)免疫系統(tǒng)進(jìn)行了“戰(zhàn)前演習(xí)”,，誘導(dǎo)識(shí)別病毒蛋白，從而產(chǎn)生對(duì)特定病原體的免疫記憶,。當(dāng)真正病原體進(jìn)入人體時(shí),，免疫細(xì)胞如同訓(xùn)練有素的軍人，快速識(shí)別病原體對(duì)其發(fā)動(dòng)精準(zhǔn)攻擊,。 3 使用 mRNA 作為疫苗開發(fā)的技術(shù)路線比更傳統(tǒng)的疫苗具有三個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)：快速,、安全和高效。 mRNA疫苗最為顯而易見的優(yōu)勢(shì)就是快速,。 和其他類別的疫苗相比,，mRNA疫苗最大的優(yōu)勢(shì)在于一旦掌握病原體的基因序列，就可以很快研制出mRNA疫苗,。mRNA疫苗技術(shù)因其在設(shè)計(jì)和構(gòu)建上的快速性和對(duì)病毒變異的高度應(yīng)變性,，以及高效的通用性全合成生產(chǎn)工藝平臺(tái)， 易于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)決定了其生產(chǎn)環(huán)節(jié)及研發(fā)周期短,，工藝相對(duì)簡單,，疫苗能夠迅速量產(chǎn)。 新冠病毒基因序列發(fā)布42天后,，科學(xué)家就設(shè)計(jì)出了第一款mRNA疫苗,。同時(shí)如果病毒變異導(dǎo)致疫苗失效，mRNA技術(shù)也可以在很短的時(shí)間內(nèi)（1-2個(gè)月）,，改變mRNA序列,，推出升級(jí)版的疫苗，以及時(shí)應(yīng)對(duì)病毒變異,。 可以說,，單憑快速這個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，就滿足了傳染病暴發(fā)時(shí)快速研發(fā)和大規(guī)模,、低成本,、靈活性生產(chǎn)應(yīng)急性疫苗的技術(shù)要求，也是今后人類對(duì)抗新的傳染病暴發(fā)的有利手段,。 mRNA的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是安全,。為什么這么說,？ （1）和傳統(tǒng)疫苗相比，從生產(chǎn)mRNA疫苗的過程來看,，因?yàn)椴恍枰罅颗嘤畈《?，從而避免了疫苗生產(chǎn)過程中發(fā)生活病毒泄露的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然,，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是可以通過嚴(yán)格的GMP制度來控制預(yù)防的,。 （2）也是和傳統(tǒng)疫苗相比，mRNA疫苗生產(chǎn)不會(huì)涉及感染性元素,，因此不會(huì)發(fā)生由于類似脊髓灰質(zhì)炎疫苗曾經(jīng)發(fā)生過的種種感染風(fēng)險(xiǎn)（點(diǎn)擊了解脊髓灰質(zhì)炎疫苗的歷史）,。同樣，嚴(yán)格的GMP制度也能保證,，或者說最大程度上降低這種風(fēng)險(xiǎn),。 （3）和DNA疫苗相比，mRNA片段理論上不會(huì)進(jìn)入細(xì)胞核,，因此也不存在穩(wěn)定整合到宿主細(xì)胞基因組的風(fēng)險(xiǎn),，也就是說mRNA疫苗不會(huì)改變?nèi)梭w細(xì)胞中的DNA遺傳物質(zhì)；相反,，mRNA只是在人體細(xì)胞漿內(nèi)短暫停留,，一旦生產(chǎn)出蛋白質(zhì)，疫苗的RNA鏈就會(huì)被降解,。當(dāng)然,，這個(gè)DNA疫苗的這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)也只是理論上存在，目前的研究中還沒有發(fā)現(xiàn),。  mRNA片段不進(jìn)入細(xì)胞核,，沒有穩(wěn)定整合到宿主細(xì)胞基因組的風(fēng)險(xiǎn) （4）與傳統(tǒng)滅活疫苗相比，mRNA疫苗通常不需要額外的免疫佐劑,，因此也就避免了佐劑造成不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn),。 當(dāng)然，上述關(guān)于安全性的優(yōu)勢(shì)還有待于大規(guī)模的臨床運(yùn)用中得到驗(yàn)證,，作為一種全新機(jī)制的疫苗,，完善的上市后安全性監(jiān)測(cè)必不可少。 mRNA疫苗的第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是高效,。 傳統(tǒng)的滅活疫苗通過添加佐劑會(huì)影響體液免疫并增強(qiáng)抗體反應(yīng),，但通常不能誘導(dǎo)細(xì)胞免疫。相比之下,，基于基因的疫苗載體可以刺激體液免疫和細(xì)胞免疫,，從而對(duì)傳染原提供更大的選擇壓力。 值得注意的是，mRNA疫苗能誘導(dǎo)有效的MHC I類限制性CD8+以及MHC II類限制性CD4+T細(xì)胞反應(yīng),。細(xì)胞質(zhì)中免疫原的產(chǎn)生和積累可以被有效地處理,，并且表位與細(xì)胞表面的MHC I類分子聯(lián)合呈現(xiàn)。  mRNA疫苗能誘導(dǎo)有效的MHC I類限制性CD8+以及MHC II類限制性CD4+T細(xì)胞反應(yīng) 4 雖然,，mRNA疫苗從理論上來看，具有這么多的優(yōu)勢(shì),，但為何直到新冠疫情暴發(fā)前,，卻一直沒有任何一款mRNA疫苗問世呢？我們接著往下說,。 長期以來,，mRNA 作為疫苗的研究，因?yàn)槭艿椒肿拥牟环€(wěn)定性,、免疫刺激不足和mRNA 遞送時(shí)的低表達(dá)水平的阻礙而進(jìn)展緩慢,。幸好科學(xué)家們沒有因此放棄，經(jīng)過20多年的時(shí)間,，一個(gè)個(gè)將上述難題克服了,。 對(duì)于mRNA分子的不穩(wěn)定性，這個(gè)問題是最早被搞定的,?？茖W(xué)家們認(rèn)識(shí)到，RNA之所以不穩(wěn)定,，是因?yàn)槲覀兊沫h(huán)境中存在大量可以分解RNA的酶RNase,，只要防止接觸RNase，或者通過試劑消除容器中的RNase,，RNA 反而是一種相對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì),。并且可以以凍干形式在環(huán)境溫度下長期儲(chǔ)存，極大地促進(jìn)了分配和儲(chǔ)存 ,。 第二個(gè)難題是不能產(chǎn)生足夠的免疫反應(yīng),，這個(gè)問題是最致命的，如果解決不好,，mRNA疫苗的研發(fā)就會(huì)前功盡棄,。 科學(xué)家們將最初在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)合成得到的mRNA疫苗進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些mRNA在小鼠身上不能產(chǎn)生任何設(shè)想中的免疫反應(yīng),，也就是說疫苗沒有發(fā)揮作用,。這是什么原因呢？經(jīng)過反復(fù)深入的研究,，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)原來小鼠免疫系統(tǒng)將mRNA當(dāng)做了外來物,，直接發(fā)起免疫反應(yīng)將mRNA給清理掉。這對(duì)于之前信心滿滿的科學(xué)家是當(dāng)頭一棒,。 通過進(jìn)一步的研究,，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)雖然mRNA會(huì)被小鼠的免疫系統(tǒng)清除,，但是和mRNA同屬于RNA家族成員的tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA）卻能成功躲過免疫系統(tǒng)的追蹤。反復(fù)比對(duì)mRNA和tRNA的組成后,，科學(xué)家終于發(fā)現(xiàn)了兩者的差別,。 2005年美國國立衛(wèi)生研究院（NIH） 賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員卡里科（Katalin Kariko）和德魯·維斯曼（Drew Weissman）通過mRNA修飾技術(shù)，成功解決了這一難題,。兩人聯(lián)名發(fā)表論文,，稱找到mRNA的“致命弱點(diǎn)”。  卡里科和維斯曼通過mRNA修飾技術(shù)解決了mRNA被宿主固有免疫識(shí)別和清除的難題 論文證明,，mRNA之所以能引起宿主的免疫反應(yīng),，關(guān)鍵在于一種叫做尿嘧啶的核苷酸。如果能修改其核苷部分,，創(chuàng)造一個(gè)假尿嘧啶,、代替原來成分，就能大大降低樹突狀細(xì)胞識(shí)別出該mRNA的可能性,，從而躲避免疫應(yīng)答,。 此外，另一個(gè)難題也有待解決,。理論上mRNA無所不能,，但很難進(jìn)入臨床研究，很大一個(gè)原因是mRNA進(jìn)入人體非常低效,，也就是缺乏一種有效的載體幫助mRNA進(jìn)入細(xì)胞,。 2015年科學(xué)家將mRNA制成微小脂肪粒，稱為脂質(zhì)納米顆粒（Lipid Nanoparticles, LNPs）,，以提高穩(wěn)定性并使其更容易進(jìn)入細(xì)胞,，顯著改善了mRNA疫苗的信息傳遞效率。  LNP顯著改善了mRNA疫苗的傳遞效率 脂質(zhì)納米顆粒具有較好的生物相容性和生物降解性,。納米藥物最顯著的特性是高表面積體積比,，這實(shí)現(xiàn)了高效的藥物包裝。封裝的藥物受到保護(hù),，免于降解和免疫清除,，并且由于有效的藥物包裝，可以大大降低給藥劑量,。當(dāng)然,，LNP還是有一定的反應(yīng)原性，可能會(huì)造成接種者大概100萬分之幾的比例出現(xiàn)嚴(yán)重的過敏癥狀,，技術(shù)上有進(jìn)一步改進(jìn)的空間,。 至此，mRNA疫苗卡脖子的難題被逐一突破，全新的mRNA疫苗呼之欲出,。 5 2020年新冠疫情暴發(fā),，mRNA疫苗得以一戰(zhàn)成名。其實(shí)在新冠疫苗之前,，大部分關(guān)于mRNA疫苗的早期工作都集中在癌癥方面,。癌癥疫苗是治療性的，而不是預(yù)防性的,，旨在針對(duì)腫瘤細(xì)胞優(yōu)先表達(dá)的腫瘤相關(guān)抗原,，因此，刺激細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng),，能夠減少腫瘤負(fù)擔(dān),。 目前針對(duì)癌癥領(lǐng)域的mRNA疫苗涉及的臨床試驗(yàn)適應(yīng)癥包括了乳腺癌,、非小細(xì)胞肺癌,、黑色素瘤、多發(fā)性骨髓瘤等,，其中也有多項(xiàng)臨床試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)入了Ⅱ期臨床研究階段,。 同時(shí)，目前在針對(duì)感染病領(lǐng)域mRNA疫苗開展的臨床研究有很多,，其中適應(yīng)癥包括了狂犬病,、人偏肺病毒、寨卡病毒,、巨細(xì)胞病毒和HIV等,，其中針對(duì)HIV的多項(xiàng)臨床試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)入了Ⅱ期臨床研究階段。 除了在癌癥和傳染病方面,，最近的動(dòng)物研究結(jié)果表明,，RNA疫苗還有可能用于預(yù)防或治療過敏和自身免疫性疾病。 如果沒有新冠疫情發(fā)生,，上述關(guān)于mRNA疫苗的研究正在不急不慢地進(jìn)行中,，原本估計(jì)要出現(xiàn)獲批的RNA疫苗大概至少還需要5到7年的時(shí)間。 不過在新冠疫情中,，前所未有的合作環(huán)境和政府投資徹底改變了一切,，幾個(gè)月內(nèi)就通過有效性數(shù)據(jù)和大規(guī)模應(yīng)用為疫苗提供了概念性驗(yàn)證。政府支持幫助制造商在風(fēng)險(xiǎn)中擴(kuò)大規(guī)模,，同時(shí)獲取了第一批有效性數(shù)據(jù),。 2020年7月，III期臨床試驗(yàn)開始,。當(dāng)III期臨床研究完成,，疫苗準(zhǔn)備提交監(jiān)管部門批準(zhǔn)時(shí)，企業(yè)就已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)儲(chǔ)備。 11月16日,，Moderna公布了III期臨床數(shù)據(jù),，30000名接種者中，疫苗有效率94.5%,，重癥保護(hù)力100%,。2020 年 11 月 9 日，BioNTech的III 期臨床數(shù)據(jù)公布,，mRNA 疫苗有效率超過 90%,。  2020年12月，兩家公司的新冠mRNA疫苗先后在多國獲批上市,。人類也隨之拉開了大規(guī)模疫苗接種的序幕,。 6 新冠疫情暴發(fā)后，除了目前已經(jīng)獲批附條件上市或授權(quán)緊急使用的幾款滅活疫苗,，腺病毒載體疫苗和重組蛋白疫苗外,，我國對(duì)于mRNA疫苗也早有部署，相關(guān)正在穩(wěn)定推進(jìn)中,，并且獲得了新的突破,。 2020年7月23日，在國際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上,，我國科學(xué)家報(bào)道了自主研發(fā)的首個(gè)針對(duì)新冠病毒的耐高溫mRNA疫苗,，該疫苗被稱為ARCoV。  我國自主研發(fā)的mRNA疫苗ARCoV 相較于國外兩款mRNA疫苗,，ARCoV疫苗的差異在于可在2-8℃環(huán)境下保存,，遠(yuǎn)低于國外mRNA疫苗-70℃（BioNTech）或-20℃（Moderna）儲(chǔ)存的苛刻要求。  BioNTech的mRNA疫苗需要在-70℃儲(chǔ)存 在《細(xì)胞》上公布的動(dòng)物試驗(yàn)中,，我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)ARCoV具有出色的熱穩(wěn)定性,，將疫苗最長在常溫中儲(chǔ)存7天，然后將它注射到小鼠體內(nèi)仍然有效,。這使得原本mRNA疫苗對(duì)于超低溫冷鏈配送的要求大大降低,。 目前這款由中國自主研發(fā)的mRNA疫苗已進(jìn)入III期臨床。5月11日,，墨西哥外長埃布拉德證實(shí),，中國公司研發(fā)的mRNA新冠疫苗ARCoV將于5月30日起在墨西哥開始III期試驗(yàn)，預(yù)計(jì)有6000名志愿者參加,。這是中國首個(gè)進(jìn)入III期臨床試驗(yàn)的mRNA疫苗,，臨床試驗(yàn)的初步研究預(yù)計(jì)將于10月底完成。 7 2019年11月,，美國國家過敏和傳染病研究所的安東尼?福奇和約翰?馬斯科拉曾經(jīng)在《自然免疫學(xué)評(píng)論》雜志上寫道：mRNA有可能成為一個(gè)快速靈活的疫苗平臺(tái),。由基因序列開始,，幾周內(nèi)就可以生產(chǎn)出mRNA疫苗。 2020年新冠疫情暴發(fā),，mRNA技術(shù)剛好準(zhǔn)備就緒,，成就了一次天時(shí)地利的歷史巧合。經(jīng)過約40年的上下求索后,，mRNA技術(shù)終于迎來全新篇章,。從新冠疫苗起步，到癌癥治療,，未來mRNA技術(shù)或許能夠逐步涉足更多疾病領(lǐng)域,。 參考文獻(xiàn)
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