在2021全國疫苗與健康大會上，高福院士呼籲“大傢要關註mRNA疫苗，它給人類提供瞭無限的思考”。那麼mRNA疫苗究竟是什麼呢？它是怎麼被發現的，有什麼應用價值？它能否抵抗全球肆虐的COVID-19？我國成功研制出mRNA疫苗瞭嗎？今天我們一起瞭解mRNA疫苗的前世今生。

mRNA疫苗中的mRNA是什麼？

　　mRNA（Messenger

RNA），即信使RNA，是由DNA的一條鏈作為模板轉錄而來的，攜帶遺傳信息的能指導蛋白質合成的一類單鏈RNA。通俗來講，mRNA復制瞭細胞核中雙鏈DNA的一條鏈的遺傳信息，隨即離開細胞核在細胞質中生成蛋白質。在細胞質中，核糖體沿著mRNA移動，讀取其堿基序列，並翻譯成其相應的氨基酸，最終形成蛋白質（圖1）。

　　圖1 mRNA工作過程（圖源網絡）

mRNA疫苗是什麼，有何獨特之處？

　　mRNA疫苗是將編碼疾病特異性抗原的mRNA引入體內，利用宿主細胞的蛋白質合成機制產生抗原，從而觸發免疫應答。

　　通常可根據不同疾病構建特異性抗原的mRNA序列，由新型脂質納米載體顆粒包裹運送至細胞內，再利用人體核糖體翻譯mRNA序列產生疾病的抗原蛋白，分泌後被自身免疫系統識別產生免疫反應，從而達到預防疾病作用（圖2）。

　　圖2 mRNA疫苗在體內作用（圖源網絡）

　　那麼，與傳統疫苗相比，這類mRNA疫苗又有什麼獨特之處呢？mRNA疫苗屬於最為前沿的第三代疫苗，還有待於發展增強其穩定性、調節其免疫原性、發展新的傳遞技術等研究。

　　第一代傳統疫苗主要包括滅活疫苗和減毒活疫苗，使用最為廣泛。滅活疫苗是指先對病毒或細菌進行培養，然後用加熱或化學劑(通常是福爾馬林)將其滅活；減毒活疫苗是指病原體經過各種處理後，發生變異，毒性減弱，但仍保留其免疫原性。將其接種到身體內，不會引起疾病的發生，但病原體可在機體內生長繁殖，引發機體免疫反應，起到獲得長期或終生保護的作用。

　　第二代新型疫苗包括亞單位疫苗和重組蛋白疫苗。亞單位疫苗是將致病菌主要的保護性免疫原存在的組分制成的疫苗亞單位疫苗，即通過化學分解或有控制性的蛋白質水解方法，提取細菌、病毒的特殊蛋白質結構，篩選出的具有免疫活性的片段制成的疫苗；重組蛋白疫苗是在不同細胞表達體系中產生的抗原重組蛋白。

　　第三代前沿疫苗包括DNA疫苗和mRNA疫苗。就是將編碼某種抗原蛋白的病毒基因片段(DNA
或RNA )
直接導入動物體細胞內（疫苗註射到人體），並通過宿主細胞的蛋白質合成系統產生抗原蛋白，誘導宿主產生對該抗原蛋白的免疫應答，以達到預防和治療疾病的目的。兩者的區別在於DNA是先轉錄成mRNA再合成蛋白質，mRNA則直接合成。

mRNA疫苗的發現史及應用價值

　　提到mRNA疫苗就不得不說一位科研卓著的女科學傢——Kati Kariko，她為如今mRNA疫苗的問世奠定瞭紮實的科研基礎。

　　她在讀書期間就對mRNA充滿瞭研究興趣，在四十多年科研生涯中，屢屢受挫，未申請到科研基金，沒有穩定的科研職位，但是她一直堅守mRNA的研究。

　　Kati Kariko（圖源：網絡）

　　mRNA疫苗的問世有3個重要節點。

　　第一步，她成功通過細胞培養制造想要的mRNA分子，不過想讓mRNA在體內發揮作用卻遇到瞭難題：將mRNA註入老鼠體內後會被老鼠的免疫系統吞噬。隨後她遇到瞭Weissman，他們通過tRNA中一種叫做假尿苷的分子使mRNA逃避免疫反應，發表瞭一系列高水平文章，但是人體防禦系統看到mRNA就攻擊摧毀這一瓶頸仍無法突破[1][2]。

　　第二步，2000年左右，Pieter

Cullis教授研究脂質納米技術LNP，以用於基因沉默應用的siRNA體內遞送[3][4]。Weissman組織Kariko等人研究發現，LNP是體內mRNA的合適載體，並有可能成為傳遞編碼治療性蛋白的mRNA的有價值的工具，隨後在對預防寨卡病毒、HIV和腫瘤等進行瞭驗證[5][6][7][8]。

　　第三步，在2010年和2013年，Moderna公司和BioNTech公司相繼從賓夕法尼亞大學獲得瞭與mRNA合成有關的專利許可進行進一步開發，卡塔琳也在2013年成為BioNTech公司的高級副總裁，進一步研制mRNA疫苗。

　　如今mRNA疫苗已可用於傳染病、腫瘤以及哮喘等方面，在COVID-19肆虐全球的情況下，mRNA疫苗可能作為排頭兵發揮作用。

mRNA疫苗在COVID-19的應用前景

　　隨著COVID-19的全球流行，各國傾力研究用於阻遏新冠流行的疫苗。mRNA疫苗在作為一種新型疫苗，在新冠疫情來臨時發揮瞭排頭兵的作用。很多頂級期刊報道瞭mRNA在SARS-CoV-2新冠病毒的作用（圖3）。

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　　圖3 mRNA疫苗預防新冠病毒的報道（來自NCBI）

　　首先，有很多科學傢報道瞭針對新冠病毒的mRNA疫苗（SARS-CoV-2 mRNA）在小鼠體內的研究。

　　比如：脂質納米顆粒包裹-核苷修飾的mRNA（mRNA-LNP）疫苗，單劑註射可誘導很強的1型CD4+
T和CD8+
T細胞反應、長壽命的血漿和記憶B細胞反應以及強大且持續的中和抗體反應。這說明mRNA-LNP疫苗是對抗COVID-19的有希望的候選者[9][10]。

　　其次，有科學傢對比瞭SARS-CoV-2 mRNA和傳統疫苗的效果。與重組蛋白疫苗相比：

　　mRNA疫苗在生發中心響應、Tfh激活、中和抗體產生、特異性記憶B細胞、長壽命漿細胞（long-lived plasma cells）等都遠遠優於蛋白疫苗[11]。

　　接著，隨著SARS-CoV-2 mRNA候選疫苗進入臨床試驗，人們關註到疫苗保護期較短的問題。

　　科學傢開發瞭一種脂質包裹形式的核苷修飾mRNA疫苗，稱為mRNA-RBD。單次註射即可產生強大的中和抗體和細胞應答，並可幾乎完全保護新冠病毒感染的模型小鼠，且高水平中和抗體保持瞭至少6.5個月。這些數據表明，單劑量的mRNA-RBD可提供針對SARS-CoV-2攻擊的長期保護[12]。

　　還有科學傢致力於研發新型安全有效的抗COVID-19疫苗，如BNT162b疫苗。

　　可保護獼猴免受SARS-CoV-2侵害，保護下呼吸道免受病毒RNA的侵害，產生高效抗體，並且沒有顯示出疾病增強的跡象。目前兩名候選人接受I期試驗的評估，全球II / III期試驗中進行評估也在進行中，距離應用指日可待[13]。

我國mRNA疫苗在世界的地位

　　目前，BioNTech、Moderna和CureVac並稱為全球三大mRNA療法引領者，其中，BioNTech和Moderna在此次新冠疫苗研發中均處於研發前列。Moderna一直專註於mRNA相關藥物和疫苗的研發，新冠肺炎三期試驗疫苗mRNA-1273就是該公司目前進展最快的項目。BioNTech也是全球領先的mRNA藥物和疫苗研發企業，mRNA藥物/疫苗共19個，其中7個進入臨床階段。CureVac一直專註於mRNA藥物/疫苗的研發，全球首傢建立符合GMP標準的RNA生產線的公司，主要關註腫瘤、感染性疾病和罕見病。

　　雖然我國在國際mRNA疫苗的研發大軍上處於相對後來者，但是中國正在崛起，奮起直追。在2020年7月23日國際頂刊Cell上，我國報道瞭自主研發的首個針對COVID-19的耐高溫mRNA疫苗[1]。

　　該疫苗稱為ARCoV，具有強大保護作用，生產為液體制劑，可以在室溫下保存至少1周。

　　該疫苗是由蘇州艾博生物科技公司聯合軍事醫學研究院、雲南沃森生物共同研制的，2020年7月該疫苗處於1期臨床試驗中，如今已進入二期臨床尾聲，預計4月底可以拿到三期臨床批文，隨後將開啟海外多中心臨床試驗，預計今年年底即將問世。

　　參考資料

　　1.
K Karikó, Buckstein M , Ni H , et al. Suppression of RNA Recognition by
Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the
Evolutionary Origin of RNA[J]. Immunity, 2005, 23(2):165-175.

　　2.
K Karikó, Muramatsu H , Welsh F A , et al. Incorporation of
Pseudouridine Into mRNA Yields Superior Nonimmunogenic Vector With
Increased Translational Capacity and Biological Stability[J]. Molecular
Therapy, 2008.

　　3. Chonn A , Cullis P R . Recent advances in
liposome technologies and their applications for systemic gene
delivery[J]. Advanced Drug Delivery Reviews, 1998, 30(1-3):73.

　　4.
Kulkarni J A , Witzigmann D , Chen S , et al. Lipid Nanoparticle
Technology for Clinical Translation of siRNA Therapeutics[J]. Accounts
of Chemical Research, 2019, 52(9).

　　5. Kariko, Katalin, Madden,
et al. Expression kinetics of nucleoside-modified mRNA delivered in
lipid nanoparticles to mice by various routes[J]. Journal of Controlled
Release Official Journal of the Controlled Release Society, 2015.

　　6. Zika virus protection by a single low-dose nucleoside-modified mRNA vaccination[J]. Nature, 2017, 543(7644):248-251.

　　7.
Pardi N , Secreto A J , Shan X , et al. Administration of
nucleoside-modified mRNA encoding broadly neutralizing antibody protects
humanized mice from HIV-1 challenge[J]. Nature Communications, 2017,
8:14630.

　　8. Stadler C R , B?Hr-Mahmud H , Celik L , et al.
Elimination of large tumors in mice by mRNA-encoded bispecific
antibodies[J]. Nature Medicine, 2017.

　　9. NN Zhang, Li X F , Deng Y Q , et al. A Thermostable mRNA Vaccine against COVID-19[J]. Cell, 2020.

　　10.
D Laczkó, Hogan M J , Toulmin S A , et al. A Single Immunization with
Nucleoside-Modified mRNA Vaccines Elicits Strong Cellular and Humoral
Immune Responses against SARS-CoV-2 in Mice - ScienceDirect[J]. 2020.

　　11.
Lederer K , Castao D , Atria D G , et al. SARS-CoV-2 mRNA Vaccines
Foster Potent Antigen-Specific Germinal Center Responses Associated with
Neutralizing Antibody Generation[J]. Immunity, 2020,
53(6):1281-1295.e5.

　　12. Huang Q , Ji K , Tian S , et al. A
single-dose mRNA vaccine provides a long-term protection for hACE2
transgenic mice from SARS-CoV-2[J]. Nature Communications.

　　13.
Vogel A B , Kanevsky I , Ye C , et al. Immunogenic BNT162b vaccines
protect rhesus macaques from SARS-CoV-2[J]. Nature, 2021:1-10.