一文读懂mRNA技术｜王海：让细胞成为蛋白药物生产的小型工厂

·灭活疫苗呈递抗原的过程是一次性的，此后不会有新增抗原，而mRNA疫苗抗原呈递的过程是短暂但可持续的，保护效率相对更高，mRNA疫苗还能够同时激活体液免疫和细胞免疫。

·mRNA又称信使RNA，由DNA为模板转录而来，负责指导胞内蛋白质的合成。mRNA技术就是利用这一规则，将体外人工合成的mRNA导入到特定细胞，让细胞成为蛋白药物生产的小型工厂，通过这些细胞生产的蛋白质发挥治疗作用。

全球新冠病毒大流行让mRNA疫苗走进公众视线，近期，这一领域积极信息不断。

8月31日，美国食品与药品管理局（FDA）紧急授权（EUA）了辉瑞/BioNTech和莫德纳（Moderna）的BA.4/5与原始型二价疫苗。所谓二价新冠疫苗，既针对原始新冠毒株，也针对奥密克戎BA.4和BA.5变异毒株。

9月2日，据复旦大学官方消息，由复旦大学、上海蓝鹊生物医药有限公司与云南沃森生物技术股份有限公司联合研制的“新型冠状病毒变异株mRNA疫苗（S蛋白嵌合体）”，已获得中国国家药品监督管理局颁发的临床试验批件。

9月6日，有报道称，康希诺生物股份公司近期接受投资者调研时称，公司的mRNA新冠疫苗已进入临床Ⅱ期试验阶段，预计今年年底前能够完成大部分的现场工作并收集到初步数据。

新冠病毒（SARS-CoV-2）奥密克戎BA.4/5变异株具有极强的免疫逃逸，使得基于原始毒株的疫苗接种已经无法有效预防奥密克戎BA.4/5的感染。从最新一波国内外疫情来看，新冠病毒新变异株还在出现，公众都对mRNA疫苗这一研发速度快、有效性高的新技术产物抱有期待。

澎湃新闻记者连线国家纳米科学中心研究员、博士生导师王海，就mRNA疫苗本身，疫苗之于构建群体免疫屏障的意义，以及mRNA技术的未来应用场景等问题做出解读。王海在中国科学院大学获博士学位，曾在美国俄亥俄州立大学从事博士后研究，后来在马里兰大学任职研究助理教授，2019年获国家海外高层次人才计划加入国家纳米科学中心。

病毒变异与群体免疫屏障

澎湃科技：根据数据，辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗针对新冠原始毒株保护率均超过90%，但基于原始毒株的疫苗接种已经完全无法预防新冠病毒的感染。那么，疫苗的研发能否赶上病毒的变异？你怎么看这个问题？

王海：从目前来看，疫苗的研发要晚于病毒的变异。由于新冠病毒内部的单链RNA结构不稳定，容易在复制过程中或外界环境的作用下发生突变，并且感染人数越多，出现新的变种的可能性就越大。一般而言，如果现有疫苗接种后产生的中和抗体对变异毒株仍然有很好的中和作用，则无需研发新的疫苗；反之，如果中和抗体对变异毒株的活性不足，就需要研发新的疫苗。尽管目前疫苗研发技术已发展成熟，但是针对每次变异病毒进行新疫苗的持续性研发往往耗资太大，并且需要评估新疫苗或改良疫苗的需求、有效性、和风险，总体临床试验周期也较长，总体上在全球范围内，新型疫苗的推出和施用速度还是比较缓慢的。

因此，很多研究人员早已另辟蹊径，积极研发广谱疫苗，有望达成“以不变应万变”的最终目标。除了我国多家研究机构在广谱新冠mRNA变异株疫苗方面取得的突破性进展以外，其他研究机构，例如美国霍华休斯医学研究所，还开展了针对对抗新冠病毒刺突蛋白特定结构域的深度研究，他们发现了一种不受变异影响的刺突蛋白特定结构域抗体的存在，这类抗体能够调节刺突蛋白的构象，进而影响病毒与细胞膜的融合，不受病毒变异的影响，为设计新型新冠疫苗提供了有价值的信息。

澎湃科技：从目前掌握的数据来看，疫苗对预防感染者重症或病死的有效性，要优于预防病毒感染本身，如果说，疫苗是构建群体免疫的主要防控方式。那么，现在接种疫苗并不能让人不感染病毒，群体免疫屏障又是什么呢？

王海：群体免疫屏障是一种间接的保护，是当一个群体通过疫苗接种或通过先前感染产生的免疫力而获得的免疫。世界卫生组织支持通过接种疫苗来实现群体免疫屏障，而不是让病毒在人群中任意传播，因为后者会导致病例大幅度增加甚至死亡，既不科学也不道德。疫苗能够在不使人类产生其他疾病的情况下训练机体的免疫系统来产生对抗病毒的特异性抗体，避免感染此类病毒。为了实现针对新冠病毒安全的群体免疫，需要为大规模的人口接种安全有效的疫苗，从而降低在整个人群中传播的病毒总量。人群中一定比例的人获得了免疫力就能建立起免疫保护屏障，并不能保证让人100%不感染病毒，而是在少数人感染后阻断病毒的进一步传播，防止疫情大规模爆发。具体实施方案可能会根据社区、疫苗种类、优先接种疫苗的人群和其他因素而进行调整。

mRNA疫苗有望继续保持领先地位

澎湃科技：mRNA疫苗被称为第三代疫苗技术，能否介绍一下第一、第二、第三代，迭代间技术创新的主要方面？像新冠病毒大流行这样的公共卫生事件，之于技术迭代，你怎么看两者间的关系？

王海：早在1798年由牛痘苗预防天花，开创了人工免疫的历史，之后便出现了灭活和减活的各种疫苗，均成功应用于各种疾病的治疗。第一代疫苗大多为灭活疫苗和减毒活疫苗，是病原体经过各种处理后，使毒性减弱甚至失去，但仍保留其免疫原性，是使用最为广泛的传统疫苗。第二代疫苗又称为亚单位疫苗，是通过对病原体进行分解或根据基因工程原理获得的具有免疫活性的病原体特异性蛋白结构。相比于第一代疫苗，亚单位疫苗仅有几种主要表面蛋白质组成，因而能消除许多无关抗原诱发的抗体，从而减少疫苗的副反应和疫苗引起的相关疾病，但亚单位疫苗保护效果较差，需要多次注射。

重组基因工程疫苗使用DNA重组生物技术，把病原体外壳蛋白质中能诱发机体免疫应答的天然或人工合成的遗传物质定向插入细菌、酵母或哺乳动物细胞中，使之充分表达，经纯化后而制得的疫苗。通过简单、高效的发酵工业可以快速批量生产，成本比亚单位疫苗更低。同时可以诱导更强的体液免疫反应。第三代疫苗为核酸疫苗，是将编码某种抗原蛋白的病毒基因片段（DNA或RNA）直接导入动物体细胞内，并通过宿主细胞的蛋白质合成系统产生抗原蛋白，诱导宿主产生对该抗原蛋白的免疫应答，以达到预防和治疗疾病的目的。两者的区别在于DNA是先转录成mRNA再合成蛋白质，mRNA则直接合成。

相比于传统疫苗和亚单位疫苗，第三代疫苗特异性更强，有效性更高，研发周期更短，并且生产成本更低。从作用机制上讲，灭活疫苗呈递抗原的过程是一次性的，此后不会有新增抗原，而mRNA疫苗抗原呈递的过程是短暂但可持续的，保护效率相对更高，mRNA疫苗还能够同时激活体液免疫和细胞免疫。目前，mRNA合成、修饰和递送技术的发展使得其原有缺陷得以克服。像新冠病毒大流行这样的公共卫生事件，对比于感染后再治疗的策略，采用安全高效的预防性疫苗是遏制病毒传播流行的重要手段。综上，mRNA疫苗的研发会越来越受到重视，在疫苗市场有望继续保持领先地位。

澎湃科技：关于mRNA疫苗，只知道它研发速度快，但公众其实更关心“又好又快”的问题，关于mRNA疫苗的安全性和有效性，能否科普一下？

王海：其实，mRNA疫苗因避免了很多与传统疫苗技术相关的风险，相对来说具有更高的安全性和有效性，可以从以下几个方面来说明：

mRNA疫苗不会改变原本的基因组：一旦注入的mRNA进入人体细胞，它就会迅速降解，并且不会进入DNA所在的细胞核。

mRNA疫苗更具专一性和特异性：mRNA仅能够触发对病毒某一特定蛋白的免疫反应，最终产生特异性抗体阻止病毒侵入人体细胞，不会引发不需要的免疫反应。

我们可以回顾一下BioNTech和辉瑞公司开发的新冠病毒候选疫苗BNT162b2的临床研究报告。共有43548名参与者接受了随机分组，其中43448人接受了注射：21720人注射BNT162b2，21728人注射安慰剂。在指定接受BNT162b2治疗的参与者中，有8例在第二次给药后7天内出现Covid-19，安慰剂组中有162例；BNT162b2预防Covid-19的有效率为95%（95%可信区间为90.3-97.6）。在按年龄、性别、种族、种族、基线体重指数和共存条件确定的亚组中，观察到类似的疫苗效力（通常为90%至100%）。在10例第一次给药后发病的严重Covid-19患者中，9例发生在安慰剂受体中，1例发生在BNT162b2受体中。BNT162b2的安全性特点是注射部位短期、轻度到中度疼痛、疲劳和头痛。严重不良事件的发生率较低，疫苗组和安慰剂组相似。

2021年9月3日，国际知名医学杂志《美国医学会杂志》（The Journal of the American Medical Association，JAMA）发表了很多人关心的mRNA疫苗安全性数据，包括被广为关注的心肌炎/心包炎。对于mRNA疫苗唯一与青少年相关的心肌炎/心包炎，研究者特意做了强调：接种疫苗的第一周内，每100万剂接种，有6.3例额外的心肌炎/心包炎风险，所有患者都康复出院。mRNA疫苗接种者中，不良妊娠和新生儿结局的情况与COVID-19大流行之前进行的孕妇历史队列中报道的各种情况发生率相似，接种mRNA疫苗未增加不良妊娠和新生儿结局的风险。这些研究报告均指出mRNA疫苗的高有效性和安全性。

尽管mRNA疫苗在安全性和有效性较传统疫苗更具有优势，但其正式上市前，仍然需要对可能出现的一些安全性问题进行评估。目前mRNA疫苗的安全性和有效性的评价方法已经建立，mRNA疫苗被注射后在体内的生物分布、炎症反应和毒性，以及所产生的特异性免疫效应等，均是检验疫苗安全性和有效性的重要方面。

RNA技术的核心逻辑与广泛应用

澎湃科技：你能否比较通俗的介绍mRNA技术的核心逻辑？比如其中用到的基因编辑技术，又比如mRNA核酸药物等，很想知道这一技术除了疫苗之外，将来还能有哪些跟我们日常生活相关的应用场景？

王海：mRNA又称为信使RNA，由DNA为模板转录而来，负责指导胞内蛋白质的合成。mRNA技术就是利用这一规则，将体外人工合成的mRNA导入到特定细胞，让细胞成为蛋白药物生产的小型工厂，通过这些细胞生产的蛋白质发挥治疗作用。

mRNA除了作为预防用疫苗外，也可以开发为抗肿瘤疫苗。通过mRNA编辑肿瘤抗原，激发人体的抗肿瘤免疫反应，该类药物叫做mRNA肿瘤疫苗。如果编辑的抗原为肿瘤通用型抗原，则为通用型mRNA肿瘤疫苗，如果编辑的抗原为患者个性化抗原，则为个性化mRNA肿瘤疫苗。由于mRNA处于蛋白质的上游，因此从某种层面上说，mRNA核酸药物可以替代所有的蛋白药物。通过局部给予mRNA表达特定功能蛋白，起到弥补缺失蛋白的作用。

目前还有其他四类RNA技术受到广泛关注：

RNA编辑：指基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失，插入或置换，基因转录物的序列不与基因模板序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成不同于基因序列中的编码信息现象，进而在mRNA水平上改变遗传信息的过程，此技术在肿瘤、炎症、和遗传性疾病等治疗均有广泛应用。

RNA检测：是基于核酸双链互补配对原则的核酸杂交技术，通过合成一段与特定病原体RNA互补的单链核酸序列作为探针，并用生物素或放射性同位素标记，再与待测病原体的核酸进行杂交，若它们间能够互补配对，便能观察到标记物的信号，这样就可以证实是否存在待测病原体，日常中的核酸检测便是利用此技术。

抑制致病性RNA的活性：通过阻碍特定疾病基因的翻译或转录来抑制此基因的表达，达到直接治疗这一疾病的目标，例如小干扰RNA等，此技术在基因功能的判定研究、肿瘤、病毒性疾病、遗传性疾病、甚至整形外科等均有广泛应用。

调控蛋白活性的RNA适配体：是一种短的RNA，基于自身结构和空间构象的多样性，通过结合细胞内的分子或蛋白质来调节细胞内进程，在治疗性新药研发、药物输送、癌细胞检测、生物成像、生物标志物等领域均有广泛应用。

国内企业加快布局mRNA疫苗赛道

澎湃科技：新冠大流行，让很多人知道了美国的辉瑞/BioNTech和Moderna这几家公司，国内的一些mRNA技术做得比较好的公司，不知你能否介绍一二？

王海：国产布局mRNA疫苗赛道的企业也在不断增加，目前进入临床试验阶段的包括沃森生物/艾博生物、斯微生物、锐博生物、艾美疫苗，以及在今年4月获得临床批件的石药集团和康希诺生物。此外，还有深信生物、嘉诚西海、瑞科生物、蓝鹊生物、冠昊生物、国药中生复诺健等，正在开展mRNA新冠疫苗临床前研发工作。

从目前的进展来看，复星医药的复必泰是当前mRNA疫苗中进展最快的，但是以艾博生物为代表的国产企业势头也不容小觑，特别是在当前的疫情形势下，国产疫苗上市进展也有望进一步加速。

斯微生物是国内最早从事mRNA疫苗研发的企业。斯微生物的mRNA合成平台和LPP纳米递送平台，已经同步开展了多个管线的开发，治疗领域包括肿瘤免疫、传染病预防、mRNA诱导干细胞等。

艾博生物成立于2019年初，是一家专注于信使核糖核酸（mRNA）药物研发的创新型生物医药公司，在mRNA疫苗分子设计、mRNA化学修饰以及核酸药物靶向递送制剂方面拥有国内领先的核心技术。

瑞吉生物科技有限公司成立于2019年9月，总部位于深圳，在上海和武汉设立了研发和生产中心，也是一家难得的拥有全球先进mRNA合成技术和递送技术的生物科技公司，具有相关自主知识产权，并将该类技术运用于具有巨大市场前景和临床价值的创新药研发领域。

圆因（北京）生物科技有限公司成立于2021年4月，地址设在北京，由国内知名专家、北京大学魏文胜教授和资深海归博士组建团队创立，公司专注于环状RNA技术在创新药物和创新疗法领域的研究和应用，已经建立了丰富的预防性和治疗性新型RNA产品管线，目标为抗疫防病保健康带来更多突破性方案。