在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，進(jìn)步每天都在發(fā)生，但真正的突破卻是少見的,。有時(shí)候,，那些改變世界的突破完全是意外加好奇心的結(jié)果，比如X射線,、胰島素和青霉素的發(fā)現(xiàn),。

而還有些時(shí)候，一些重大的突破則來自于科學(xué)家對一個(gè)具體夢想的不懈追求,。這個(gè)過程往往漫長且充滿荊棘,，他們會(huì)受到質(zhì)疑，要為尋找資金支持而奔波,，還要足夠幸運(yùn)能遇到愿意共同冒險(xiǎn)的伙伴,。那些沒有被挫折和逆境阻擋住探索腳步的科學(xué)家，才有機(jī)會(huì)挖到屬于他們的“寶藏”,。

我們今天故事的主角——卡塔琳·卡里科（Katalin Karikó）,，便是一位披荊斬棘，最后享譽(yù)全世界的科學(xué)家,。她所專注的信使RNA（mRNA）技術(shù),，如今正在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域掀起一場新的革命,。

卡塔琳·卡里科。| 圖片來源：Penn Medicine

  匈牙利的美好時(shí)光  

1955年1月17日,，卡里科出生在匈牙利的一個(gè)只有約一萬人口的小鎮(zhèn)上,。她從小就有著強(qiáng)烈的好奇心，喜歡爬到樹上去看鳥窩,，看鄰居家的母牛分娩,，甚至觀察她身為屠夫的父親處理豬肉。

在小學(xué)和中學(xué)時(shí),，她遇到了非常好的科學(xué)老師，激發(fā)了她對自然和生物的興趣,。在高中時(shí),，盡管卡里科從未遇見過一個(gè)科學(xué)家，但她已立志那將是她要的職業(yè),。

1972年,，卡里科進(jìn)入塞格德大學(xué)，并度過了她一生中最快樂的時(shí)光,。在那里取得博士學(xué)位后,，卡里科進(jìn)入了塞格德生物研究中心工作了幾年。但由于中心缺乏經(jīng)費(fèi),，她不得不在30歲時(shí)做出離開匈牙利的選擇,。1985年，她與丈夫和兩歲的女兒一同前往美國,。她先是在天普大學(xué)做了三年博后,，之后又在馬里蘭州的健康科學(xué)統(tǒng)一服務(wù)大學(xué)工作了近一年。

1989年,，她收到了賓夕法尼亞大學(xué)的一個(gè)研究助理教授的職位,，從那時(shí)起，卡里科開始專注研究mRNA,。

  什么是mRNA,？ 

1960年，科學(xué)家證實(shí)了mRNA分子的存在,。這是一種信使分子,，它可以將存在于細(xì)胞核中的DNA所攜帶的遺傳信息，遞送到細(xì)胞質(zhì)的核糖體中,，在那里,，這些信息能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。通過這種方式,，遺傳信息就被轉(zhuǎn)化為了生物功能,。

雖然在接下來的數(shù)十年里,，科學(xué)家從未停止過對mRNA的研究，但mRNA卻一直籠罩在DNA分子的“陰影”之下,。與DNA分子相比,，mRNA分子非常不穩(wěn)定，這被視為它的一個(gè)重大弱點(diǎn),。此外,，外來的mRNA通常會(huì)被免疫系統(tǒng)視為有害的入侵物，從而誘發(fā)免疫反應(yīng),，并在反應(yīng)過程中釋放炎癥信號分子,。

不僅如此，從技術(shù)上看,，如何將mRNA遞送到生物體內(nèi)的細(xì)胞也是一大難點(diǎn),。原因在于首先我們的體內(nèi)充滿了消化RNA的酶；其次,，就算RNA分子能夠成功地在細(xì)胞外環(huán)境中存活足夠長的時(shí)間,，并與目標(biāo)細(xì)胞相遇，也會(huì)面臨另一個(gè)巨大障礙——脂質(zhì)雙分子層,。因?yàn)閙RNA太大了,，無法在細(xì)胞膜上擴(kuò)散，而且它們還攜帶負(fù)電荷,，而負(fù)電荷會(huì)被油性屏障阻擋,。

基于這些原因，mRNA被認(rèn)為在藥物開發(fā)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用上幾乎沒什么作用,。對mRNA的不穩(wěn)定性和遞送的憂慮是學(xué)界的主流觀點(diǎn),，鮮少有研究人員有決心直面這些挑戰(zhàn)。而卡里科就是一個(gè)堅(jiān)信mRNA技術(shù)具有巨大潛力,，并努力不懈地想要攻克這些挑戰(zhàn)的人之一,。

在卡里科看來，盡管mRNA存在許多技術(shù)上的障礙,，但它具有明顯的優(yōu)勢：與備受矚目的DNA療法相比,，mRNA不需要進(jìn)入細(xì)胞?的細(xì)胞核就能發(fā)揮作用；而且mRNA不會(huì)進(jìn)入到目標(biāo)細(xì)胞的基因組中,，能規(guī)避掉DNA療法的致突變性風(fēng)險(xiǎn),；此外，由于mRNA的降解速度很快,，所以它的時(shí)效性可以得到很好的控制,。她堅(jiān)信通過將mRNA引入活細(xì)胞來刺激蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，能夠?yàn)榛加羞z傳性疾病的患者提供缺失的蛋白質(zhì)或替換掉有缺陷的蛋白質(zhì)。

  逆境與最美好的相遇  

為了有機(jī)會(huì)將自己的信念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),，卡里科首先要解決的問題就是經(jīng)費(fèi),。在上個(gè)世紀(jì)90年代的大部分時(shí)間里，卡里科都在向政府和企業(yè)申請經(jīng)費(fèi)以支持她的研究,。但是等待她的卻是不斷的拒絕,，沒有人認(rèn)為她或任何其他人能夠克服那些障礙。那是一段艱難的歲月,，為了能繼續(xù)進(jìn)行研究,，最后她接受了賓夕法尼亞大學(xué)對她降職減薪的要求。

她之所以愿意以這種形式繼續(xù)留在賓大,，主要原因就是在那里,，有與她對mRNA療法抱有相同熱情的科學(xué)家——Elliot Barnathan和David Langer。其中,，心臟病學(xué)助理教授Barnathan更是在她于1989年剛來到賓大時(shí)就為支付她薪水,，支持她研究mRNA的人。

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在1997年,，她遇到了愿意與她一同冒險(xiǎn)的合作伙伴。她在醫(yī)學(xué)院公共復(fù)印機(jī)旁遇到了免疫學(xué)家德魯·韋斯曼（Drew Weissman）,。當(dāng)時(shí),，他們二人正在為復(fù)印期刊論文而爭搶打印機(jī)，接著他們開始交談,，并了解彼此正在復(fù)印的內(nèi)容是什么,。

韋斯曼正試圖制造一種HIV疫苗，卡里科認(rèn)為她可以幫上忙,，她能用mRNA模板誘導(dǎo)細(xì)胞來構(gòu)建出具有免疫反應(yīng)性的HIV蛋白,。于是，卡里科加入了韋斯曼的實(shí)驗(yàn)室,。

  無人關(guān)注的突破  

卡里科和韋斯曼在培養(yǎng)皿中將mRNA遞送到未成熟的人類樹突細(xì)胞中,。在人體內(nèi)，這些細(xì)胞充當(dāng)?shù)氖敲庖呦到y(tǒng)的“哨兵”角色,，當(dāng)與外來入侵物發(fā)生自然接觸時(shí),，這些細(xì)胞會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓男螒B(tài)，從而激發(fā)T細(xì)胞發(fā)揮作用,。他們觀察到,，mRNA除了促進(jìn)了HIV蛋白的大量制造之外，還誘發(fā)了一個(gè)成熟信號,。

這一發(fā)現(xiàn)讓卡里科喜憂參半,。一方面，mRNA所表現(xiàn)出的這些特性或許可以用于疫苗；但另一方面,，它又會(huì)損害以mRNA為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)替代療法,，因?yàn)槌墒斓臉渫粻罴?xì)胞會(huì)分泌細(xì)胞因子，從而激發(fā)身體免疫系統(tǒng)中的其他成分,，由此可能造成具有嚴(yán)重傷害的炎癥,。

這意味著，這樣的mRNA對醫(yī)學(xué)治療是沒有應(yīng)用價(jià)值的,。這讓卡里科非常失望,。他們想要弄清楚為什么mRNA如此具有炎癥性，以及能否找到一個(gè)可以避免激活免疫系統(tǒng)的方法,。

他們做的第一步是試圖辨別那些會(huì)喚醒樹突細(xì)胞的mRNA的特征,。他們測試了不同來源的RNA，觀察到了不同RNA所誘發(fā)的強(qiáng)度不同的反應(yīng),，發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）不會(huì)引起任何異動(dòng),。

tRNA究竟有何特別之處？我們知道,，RNA含有4種基本的核苷,，分別是腺苷（A）、鳥苷（G）,、胞苷（C）和尿苷（U）。而tRNA卻有一個(gè)重大不同,，那就是它們含有大量所謂的修飾核苷,。修飾核苷與標(biāo)準(zhǔn)核苷有細(xì)微的區(qū)別，它們可能攜帶額外的化學(xué)基,，或者它們的分子是通過不同的原子連接在一起的,。這為卡里科和韋斯曼提供了思路，他們想知道,，經(jīng)過修飾的核苷是否可以使mRNA也產(chǎn)生免疫惰性,。

為了驗(yàn)證這一想法，卡里科和韋斯曼在資金緊張的狀況下,，創(chuàng)造了一組mRNA,，其中每個(gè)都攜帶著特定的修飾核苷。然后,，他們將這些mRNA遞送到樹突細(xì)胞中,。接著,，他們對樹突細(xì)胞的成熟情況進(jìn)行了檢測,。除此之外,，他們還檢測了兩種傳感器——Toll樣受體7（TLR7）和Toll樣受體8（TLR8）——的激活情況,，TLR7和8可以探測單鏈RNA，并在反應(yīng)中產(chǎn)生細(xì)胞因子,。

經(jīng)過這些測試,，他們發(fā)現(xiàn)用修飾過的核苷替代常規(guī)核苷的確可以弱化mRNA的炎癥反應(yīng),，因?yàn)樗鼈儫o法激活TLR7和TLR8,。換句話說，他們找到了制造出非炎癥性的,、可用于醫(yī)療的mRNA，完成了一項(xiàng)能改寫游戲規(guī)則的發(fā)現(xiàn),。

他們將數(shù)據(jù)投送給了《自然》雜志,，但在不到24小時(shí)內(nèi)就被拒了，原因是這是一項(xiàng)“增量貢獻(xiàn)”,。最終,，這些結(jié)果于2005年發(fā)表在了《免疫》雜志上，論文指出,，將尿苷替換成假尿苷,，就可以有效防止免疫反應(yīng)的激活,。

卡里科和韋斯曼都意識到,，這是一項(xiàng)打破mRNA技術(shù)瓶頸的突破,，他們開始想象mRNA在許多不同疾病治療中的應(yīng)用，試圖開發(fā)出可用于疫苗、基因療法的mRNA。然而,，就在他們期待從其他研究人員那里收到熱烈的回應(yīng)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)并沒有人在意這一結(jié)果,。他們想,，在一些會(huì)議上介紹這項(xiàng)工作或許會(huì)有助于傳播這一結(jié)果,，但并沒有人邀請他們這樣做,。

   無窮潛力  

不過，二人前進(jìn)的腳步并沒有因?yàn)橹茉獾摹澳暋倍Ｏ?/span>,。又花了一段時(shí)間,，他們在2008年的《分子治療》雜志上發(fā)表了后續(xù)的研究，表明與含有未經(jīng)修飾的尿苷的mRNA相比,，含有假尿苷的mRNA不僅能在細(xì)胞提取物和培養(yǎng)皿中產(chǎn)生功能性蛋白質(zhì),，還能提高蛋白質(zhì)的產(chǎn)量。而且他們在小鼠身上證實(shí)了這些觀察,。

改進(jìn)仍在繼續(xù),。雖然用假尿苷替代可以削弱免疫反應(yīng)，但并沒有完全消除免疫反應(yīng),，其部分原因在于用于合成mRNA的酶有可能出錯(cuò),，會(huì)產(chǎn)生雙鏈RNA和其他一些引發(fā)炎癥的分子。

于是,，他們又開發(fā)了一種可以去除這些污染分子的方法,，從而提高了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中蛋白質(zhì)生產(chǎn)的效率,，同時(shí)還消除了殘留的安全隱患,。他們將這套系統(tǒng)在小鼠身上進(jìn)行了測試,，證實(shí)了這種方法的有效性。2012年,，他們將這種方法擴(kuò)展到猴子身上,，得到了同樣積極的結(jié)果。

這時(shí)候,，大家已經(jīng)意識到,，卡里科和韋斯曼的抑制免疫反應(yīng)的策略可用于疫苗技術(shù)。2013年,，卡里科前往德國的BioNTech,。不久后，1-甲基假尿苷出現(xiàn)了,，它在避免免疫反應(yīng)和增強(qiáng)蛋白產(chǎn)出方面都比假尿苷更強(qiáng),。

一直以來，研究人員都使用脂質(zhì)包裹來促進(jìn)細(xì)胞對mRNA的攝取,，防止其降解,。但這類方法都存在毒性、不穩(wěn)定性等問題,，難以安全有效地在人體中使用,。許多實(shí)驗(yàn)室都在制造能遞送核酸的物質(zhì)，每次有新的核酸出現(xiàn),，卡里科和韋斯曼的團(tuán)隊(duì)就會(huì)對其進(jìn)行分析,。

2015年，韋斯曼實(shí)驗(yàn)室的一名博士后研究員諾伯特·帕迪（Norbert Pardi）發(fā)現(xiàn),，脂質(zhì)納米顆粒（LNP）具有巨大的臨床應(yīng)用潛力,。用這種特殊的脂質(zhì)納米顆粒包裹著mRNA，使得mRNA得以正常完成它的工作,。

在那之后,，疫苗領(lǐng)域和其他RNA領(lǐng)域開始騰飛。在不到兩年時(shí)間里,，帕迪,、韋斯曼和卡里科在此前的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一種針對寨卡病毒的候選疫苗。并發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠和猴子接種一次這種疫苗,，就可以產(chǎn)生快速和持久的免疫力,。

當(dāng)SARS-CoV-2肆虐時(shí)，mRNA疫苗再次進(jìn)入人們的視野,。他們發(fā)展的mRNA技術(shù)被成功地用于制造最早一批COVID-19疫苗（關(guān)于mRNA疫苗背后的歷史可進(jìn)一步閱讀《自然》發(fā)表的The tangled history of mRNA vaccines）,。其實(shí)在COVID-19爆發(fā)之前，他們就已經(jīng)知道這種技術(shù)能帶來極有潛力的疫苗,。卡里科和韋斯曼正在研究如何將這種技術(shù)應(yīng)用于任何一種可以想象到的傳染病,。

許多其他的研究團(tuán)隊(duì)也加入了這一領(lǐng)域,，正在用這種技術(shù)為多種疾病研發(fā)疫苗。現(xiàn)在,，許多科學(xué)家都希望通過這種方法所提供的治療性蛋白質(zhì),，能夠?qū)拱ò┌Y、傳染性疾病和自身免疫性疾病在內(nèi)的多種疾病,。

   “我們知道,，病人在等”  

如今，卡里科和韋斯曼成了生物醫(yī)學(xué)研究界的名人,。在這場疫情中,，他們的不懈努力已經(jīng)拯救了拯救了無數(shù)生命，他們的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)有望徹底改變醫(yī)學(xué)科學(xué),。在這兩年里,，為了表彰他們在研制疫苗中起到的作用，他們榮獲了許多獎(jiǎng)項(xiàng),，比如阿爾伯尼醫(yī)學(xué)中心醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究獎(jiǎng),、突破獎(jiǎng)、本杰明·富蘭克林生命科學(xué)獎(jiǎng)?wù)?，以及有“諾獎(jiǎng)風(fēng)向標(biāo)”之稱的拉斯克獎(jiǎng)等,。

在2021阿斯圖里亞斯王儲獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)典禮上，卡里科在演講中說道：

這就是卡塔琳·卡里科。在過去幾十年的研究生涯中,，她堅(jiān)韌而耐心地探索,，經(jīng)歷了不可盡數(shù)的挫折與逆境，但從不輕言放棄,。如今她享譽(yù)世界,，卻仍然保持謙卑。

今天,，越來越多的人意識到支持青年科學(xué)家勇于探索基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)問題的重要性,，這些資助對于年輕的科學(xué)家至關(guān)重要，他們可以更加心無旁騖的專注于攻克那些少有人愿意直面的難題,。也有機(jī)構(gòu)開始付諸行動(dòng),，比如設(shè)立于2018年的“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)是由科學(xué)家主導(dǎo),、騰訊基金會(huì)出資支持的公益獎(jiǎng)項(xiàng),，支持在中國內(nèi)陸及港澳地區(qū)全職工作、45周歲及以下的青年科技工作者,。獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)置十個(gè)領(lǐng)域,，分別是：數(shù)學(xué)物理學(xué)、化學(xué)新材料,、天文和地學(xué),、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)科學(xué),、信息電子,、能源環(huán)境、先進(jìn)制造,、交通建筑,、前沿交叉?！翱茖W(xué)探索獎(jiǎng)”每年遴選不超過50名獲獎(jiǎng)人,，每位獲獎(jiǎng)人將在5年內(nèi)獲得總計(jì)300萬元的獎(jiǎng)金，是目前國內(nèi)金額最高的青年科技人才資助計(jì)劃之一，至今共資助了150位優(yōu)秀的青年科學(xué)家（更多詳情見附錄）,。

那些能夠?yàn)槿祟悗砹司薮蠓e極影響的科學(xué)貢獻(xiàn),，往往是由世界各地成百上千名科學(xué)家用積年累月的努力所換來的。正如卡里科所說：“現(xiàn)在我們的希望是激勵(lì)下一代的科學(xué)家,、醫(yī)生和醫(yī)務(wù)工作者,。保持好奇、多問問題,，不管前面的道路有多曲折,，都要堅(jiān)守正確的方向?！?/span>