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以下文章(zhāng)來源于Nature Portfolio ，作者Nature Portfolio。
撰文 | Elie Dolgin
1987年(nián)底，Robert Malone做(zuò)了一(yī)個載入史冊的(de)實驗。他用信使RNA（messenger RNA，mRNA）鏈和(hé)脂滴做(zuò)了一(yī)道(dào) “分子(zǐ)亂炖”，這道(dào)基因亂炖裏的(de)人體細胞吸收了mRNA，并開始用其合成蛋白 [1]。
Malone當時是美國(guó)加州索爾克生物研究所的(de)研究生，他知道(dào)眼前的(de)這一(yī)切會對醫學(xué)産生深遠影響，于是做(zuò)了些筆(bǐ)記，并簽上了名字和(hé)日期。他在1988年(nián)1月11日的(de)筆(bǐ)記上寫道(dào)，如(rú)果細胞能用被遞送到其內(nèi)部的(de)mRNA合成蛋白，“RNA就能成為(wèi)一(yī)種藥物”。索爾克實驗室的(de)另一(yī)名成員也在筆(bǐ)記上簽了名，以備後用。那年(nián)的(de)年(nián)末，Malone用實驗證明了青蛙胚胎也能吸收這些mRNA [2]。這是第一(yī)次有(yǒu)人用脂滴幫助mRNA順利進入一(yī)種活生物。
在這些實驗的(de)基礎上，誕生了曆史上最重要也最賺錢的(de)疫苗：已在全世界接種數億劑的(de)新冠mRNA疫苗。僅2021年(nián)一(yī)年(nián)，其全球銷量就能達到500億美元。
當然，成功的(de)道(dào)路并非一(yī)帆風順。Malone的(de)實驗離(lí)不開前人的(de)工作，而在Malone實驗之後的(de)很多年(nián)裏，mRNA被認為(wèi)作為(wèi)藥物或疫苗都太不穩定，而且太貴。數十家研究實驗室和(hé)公司嘗試了這個想法，但都無法找到脂質與核酸的(de)完美配比——核酸是mRNA疫苗的(de)基本成分。
今天，mRNA疫苗使用的(de)很多新技術都是在Malone研究時期的(de)多年(nián)後發明出來的(de)，包括經過化學(xué)修飾的(de)RNA和(hé)幫助這些RNA進入細胞的(de)不同脂滴類型。不過，自(zì)诩 “mRNA疫苗發明者”的(de)Malone依然認為(wèi)自(zì)己的(de)貢獻被忽略了。他對《自(zì)然》表示，“曆史把我(wǒ)遺忘了。”
随着各大獎項的(de)陸續揭曉，誰對這項技術具有(yǒu)奠基性貢獻的(de)争論變得沸沸揚揚——在下個月（即将到來的(de)10月的(de)第一(yī)周）諾貝爾獎公布前夕顯得尤為(wèi)激烈。不過，一(yī)向隻頒給少數幾位科(kē)學(xué)家的(de)權威獎項難免會漏掉mRNA醫學(xué)發展史上的(de)諸多貢獻者。其實，mRNA疫苗的(de)成功離(lí)不開數百位研究人員在30多年(nián)裏的(de)辛勤付出。
這也反映出科(kē)學(xué)發現是如(rú)何一(yī)步步成為(wèi)改變人類生活的(de)重大突破：幾十年(nián)看不到曙光、各種拒絕、對潛在利益的(de)你争我(wǒ)奪；當然也有(yǒu)源源不斷的(de)好奇心和(hé)面對質疑初心不改的(de)豪情。
“這是很長(cháng)的(de)一(yī)串腳印。你永遠不知道(dào)哪些東西将來會大派用場。” 美國(guó)亞利桑那州大學(xué)發育生物學(xué)家Paul Krieg說。Krieg在80年(nián)代中期也做(zuò)出了自(zì)己的(de)貢獻。
Malone的(de)實驗想法絕非憑空而來。早在1978年(nián)，就有(yǒu)科(kē)學(xué)家用名為(wèi)脂質體的(de)脂質膜結構将mRNA轉運到小鼠 [3] 和(hé)人類 [4] 細胞內(nèi)誘導蛋白質表達。這種脂質體能包裹并保護mRNA，之後與細胞膜融合，将這種遺傳物質送入細胞。這些實驗建立在對脂質體和(hé)mRNA的(de)多年(nián)研究之上；脂質體和(hé)mRNA都是在60年(nián)代發現的(de)（見下圖）。
但在當時，研究人員還沒有(yǒu)把mRNA當作醫療産品看待，尤其是在實驗室合成這種遺傳物質的(de)方式還沒出現的(de)情況下。他們(men)其實希望用mRNA來研究基礎的(de)分子(zǐ)過程。大部分研究人員隻能想辦法使用來自(zì)兔子(zǐ)血細胞、培養的(de)小鼠細胞或一(yī)些其他動物來源的(de)mRNA。
事情在1984年(nián)出現了轉機(jī)。當時，Krieg和(hé)哈佛大學(xué)發育生物學(xué)家 Douglas Melton 以及分子(zǐ)生物學(xué)家 Tom Maniatis 和(hé) Michael Green 領導的(de)一(yī)個團隊合作，他們(men)利用一(yī)種RNA合成酶（取自(zì)一(yī)種病毒）和(hé)其他工具在實驗室得到了具有(yǒu)生物活性的(de)mRNA [5]——這項技術的(de)核心沿用至今。之後，Krieg将實驗室合成的(de)mRNA注射到青蛙卵子(zǐ)中，證明它和(hé)自(zì)身構建的(de)mRNA沒兩樣 [6]。
Melton和(hé)Krieg說，他們(men)主要把合成mRNA當作研究基因功能和(hé)活性的(de)工具。1987年(nián)，就在Melton發現這種合成mRNA能激活或抑制蛋白産生之後，他參與創立了一(yī)家名為(wèi)Oligogen的(de)公司 [後更名為(wèi)吉利德科(kē)學(xué)公司（Gilead Sciences），總部在加州福斯特城]，專門研究合成RNA抑制目标基因表達的(de)方法，尋找治病的(de)可(kě)能。但在他的(de)實驗室或合作者中，沒有(yǒu)人想到疫苗。
“衆所周知，RNA極不穩定，” Krieg說，“關于RNA的(de)一(yī)切都要非常小心。” 這或許解釋了哈佛大學(xué)的(de)技術研發部為(wèi)何不給該團隊的(de)RNA合成技術申報專利。于是，該團隊隻能把他們(men)的(de)試劑讓給威斯康星州麥迪遜的(de)一(yī)家實驗用品公司 Promega Corporation，這家公司專為(wèi)研究人員提供RNA合成工具。作為(wèi)回報，團隊得到了一(yī)筆(bǐ)不多不少的(de)專利使用費和(hé)一(yī)箱凱歌香槟。
多年(nián)後，Malone在自(zì)己的(de)實驗中使用了哈佛團隊合成mRNA的(de)方法。但他添加了一(yī)種新的(de)脂質體，這種脂質體帶一(yī)個正電荷，能增強它與mRNA帶負電的(de)骨架的(de)結合。這種脂質體由生物化學(xué)家 Philip Felgner 開發，他現在是加州大學(xué)歐文分校疫苗研發中心的(de)主任。
雖然Malone成功用這種脂質體将mRNA送入了人體細胞和(hé)青蛙胚胎，但他從來沒有(yǒu)拿到過博士學(xué)位。1989年(nián)，Malone因為(wèi)和(hé)索爾克研究所的(de)導師、基因療法研究員 Inder Verma 不咬弦，提前結束了研究生學(xué)習，來到加州的(de)初創公司Vical替Felgner工作。在那裏，他們(men)與威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的(de)合作者證明了這種脂質-mRNA複合物可(kě)以促進小鼠體內(nèi)的(de)蛋白産生 [7]。
事情從這裏開始變得複雜了。Vical公司（聯合威斯康星大學(xué)）和(hé)索爾克研究所都在1989年(nián)3月開始提交專利申請。但索爾克研究所很快放棄了申請，Verma則在1990年(nián)加入了Vical公司的(de)顧問委員會。
Malone稱他的(de)前導師Verma和(hé)Vical公司達成了一(yī)樁幕後交易，使得相關知識産權最後歸Vical所有(yǒu)。Malone等人被列為(wèi)發明人，但他本人不能從之後的(de)許可(kě)協議中獲利，而他本來可(kě)以從索爾克授權的(de)專利中獲利。Malone的(de)結論是：“他們(men)利用我(wǒ)的(de)想法發了财。”
Verma和(hé)Felgner斷然否認了Malone的(de)指控。“這簡直就是無稽之談。” Verma告訴《自(zì)然》，撤回專利申請是索爾克研究所技術轉移處的(de)決定。（由于被指控性騷擾，Verma在2018年(nián)從索爾克辭職，但他至今仍否認這些指控。）
Malone在1989年(nián)8月離(lí)開了Vical公司，理(lǐ)由是他與Felgner在 “科(kē)學(xué)判斷上” 以及在 “對他本人的(de)知識産權貢獻上” 存在分歧。他從醫學(xué)院畢業後接受了一(yī)年(nián)的(de)臨床培訓，後來進入了學(xué)術界，打算繼續研究mRNA疫苗，但一(yī)直拿不到經費。（1996年(nián)，他向加州的(de)一(yī)個州立研究機(jī)構申請研究經費，用于研究預防季節性冠狀病毒感染的(de)mRNA疫苗，但申請失敗。）Malone隻能轉而研究DNA疫苗和(hé)遞送技術。
2001年(nián)，他轉型從事商(shāng)務和(hé)咨詢工作。過去(qù)幾個月裏，他開始公開質疑以他早前研究為(wèi)基礎的(de)mRNA疫苗的(de)安全性。Malone說，疫苗産生的(de)蛋白會損害人體細胞，而且疫苗的(de)風險超過它對兒童和(hé)年(nián)輕人的(de)益處——這種觀點受到其他科(kē)學(xué)家和(hé)衛生專家的(de)一(yī)再反駁。
1991年(nián)，Vical 公司與大型疫苗生産商(shāng)美國(guó)默克集團（Merck）達成了一(yī)項數百萬美元的(de)研究合作和(hé)許可(kě)協議。默克集團的(de)科(kē)研人員用小鼠測試了這一(yī)mRNA技術，試圖發明一(yī)款流感疫苗，但後來又放棄了。“生産成本和(hé)可(kě)行(xíng)性迫使我(wǒ)們(men)喊停。” 前默克研究人員、如(rú)今為(wèi)各大公司提供疫苗研發咨詢的(de) Jeffery Ulmer 說。
法國(guó)斯特拉斯堡有(yǒu)一(yī)家小型生物技術公司，名為(wèi)Transgène，那裏的(de)研究人員也有(yǒu)同樣的(de)感受。1993年(nián)，Pierre Meulien 在該公司領導的(de)一(yī)個團隊與産業界和(hé)學(xué)術界合作，首次證明了包在脂質體中的(de)mRNA能在小鼠體內(nèi)誘導出一(yī)種特異性的(de)抗病毒免疫應答 [8]。[另一(yī)個激動人心的(de)進展出現在1992年(nián)，當時美國(guó)斯克裏普斯研究所（Scripps Research Institute）的(de)科(kē)學(xué)家用mRNA技術取代了大鼠體內(nèi)缺少的(de)一(yī)種蛋白，用來治療代謝疾病[9]。但獨立實驗室又花了20年(nián)的(de)時間才取得了類似的(de)成功。]
Transgène公司的(de)研究人員為(wèi)他們(men)的(de)發明申請了專利，并繼續研究mRNA疫苗。Meulien當時估計他至少需要1億歐元（約1.19億美元）來優化整個平台，但他說自(zì)己沒打算為(wèi)這個 “高(gāo)風險” 的(de)項目向他的(de)老闆要這麽多錢。Meulien現在已經是 Innovative Medicines Initiative 的(de)主管，這是一(yī)家位于布魯塞爾的(de)公私合營企業。由于Transgène的(de)母公司決定不再續費，這個專利便失效了。
Meulien的(de)團隊和(hé)默克的(de)團隊一(yī)樣，後來都去(qù)研究DNA疫苗和(hé)其他基于載體的(de)遞送系統了。DNA疫苗平台最終獲得了一(yī)些獸醫上的(de)應用許可(kě)，比如(rú)用來預防養魚場出現感染。就在上個月，印度的(de)監管當局批準了全球首個供人類使用的(de)新冠DNA疫苗（參見：印度将推出全球首個新冠DNA疫苗）。但是，DNA疫苗在人體上的(de)進展一(yī)直很慢，個中原因迄今仍未得到完全理(lǐ)解。
Ulmer認為(wèi)，産業界在DNA技術上的(de)發力也帶動了RNA疫苗的(de)進展，無論是生産和(hé)監管環節，還是序列設計和(hé)分子(zǐ)機(jī)制，“我(wǒ)們(men)從DNA上學(xué)到的(de)很多東西都可(kě)以直接用于RNA，” 他說，“這為(wèi)RNA的(de)成功奠定了基礎。”
從1990年(nián)代到2000年(nián)代的(de)大部分時期裏，幾乎每個想做(zuò)mRNA的(de)疫苗公司都把目光投向了别處。傳統觀點總是覺得mRNA太容易降解，生産成本太高(gāo)。瑞典卡羅林斯卡醫學(xué)院病毒學(xué)家 Peter Liljeström 說：“這是一(yī)場持續的(de)掙紮。” Liljeström在30年(nián)前開創了一(yī)種“自(zì)擴增”的(de)RNA疫苗。
Matt Winkler說：“RNA用起來實在太難了。” Winkler于1989年(nián)在美國(guó)成立了最早專注于RNA的(de)實驗用品公司之一(yī)Ambion。“如(rú)果你當時問我(wǒ)是不是可(kě)以把RNA作為(wèi)疫苗打到人體內(nèi)，我(wǒ)肯定會當着你的(de)面大笑。”
mRNA疫苗的(de)概念在腫瘤界倒是頗受歡迎，但研究人員主要想用它來治療疾病，而不是預防疾病。從基因治療師 David Curiel 的(de)工作開始，許多學(xué)術人員和(hé)初創公司都在研究mRNA是否能用來對付癌症。這裏的(de)思路是：如(rú)果mRNA能編碼癌細胞表達的(de)蛋白，那麽把mRNA注射到體內(nèi)就可(kě)以訓練免疫系統去(qù)攻擊這些細胞。
目前就職于華盛頓大學(xué)醫學(xué)院的(de)Curiel在小鼠上成功了幾次 [10]。但是當他向Ambion公司闡述其中的(de)商(shāng)業機(jī)遇時，公司告訴他：“我(wǒ)們(men)看不到這個技術的(de)任何經濟潛力。”
相比之下，另一(yī)位癌症免疫學(xué)家取得了更多成功——1997年(nián)，全球第一(yī)家mRNA治療公司由此誕生。Eli Gilboa 的(de)建議是從血液中獲得免疫細胞，“唆使” 它們(men)吸收編碼腫瘤蛋白的(de)合成mRNA，再将這些細胞注射到體內(nèi)，調動免疫系統攻擊潛伏的(de)腫瘤。
Gilboa和(hé)他在美國(guó)杜克大學(xué)醫學(xué)院的(de)同事在小鼠中演示了以上過程 [11]。到90年(nián)代末，學(xué)術合作者已經啓動了人體試驗，Gilboa的(de)商(shāng)業衍生公司 Merix Bioscience（後更名為(wèi)Argos Therapeutics，現名為(wèi)CoImmune）很快開展了自(zì)己的(de)臨床研究。整個技術看上去(qù)很有(yǒu)前景，但幾年(nián)後，一(yī)個已經進入後期的(de)候選疫苗在一(yī)次大規模試驗中失敗了，這類技術現在幾乎已經很少有(yǒu)人關注。
雖然如(rú)此，Gilboa的(de)工作還是産生了很重要的(de)影響——這些工作讓CureVac和(hé)BioNTech的(de)創始人決定投身mRNA的(de)研究——這兩家德國(guó)公司現在已是全球領先的(de)mRNA企業。CureVac的(de) Ingmar Hoerr 和(hé)BioNTech的(de)Uğur Şahin告訴《自(zì)然》，在了解到Gilboa的(de)工作後，他們(men)也想做(zuò)此嘗試，但是是通過把mRNA直接注射到體內(nèi)的(de)方式。
“出現了雪球效應。” 目前在邁阿密大學(xué)米勒醫學(xué)院任職的(de)Gilboa說。
Hoerr是第一(yī)個取得成功的(de)。2000年(nián)，還在德國(guó)圖賓根大學(xué)的(de)他報道(dào)了直接注射也許能誘導小鼠體內(nèi)的(de)免疫應答 [12]。他在那年(nián)創立了CureVac（也位于圖賓根），但感興趣的(de)研究人員或投資人很少。Hoerr在一(yī)場學(xué)術會議上報告了一(yī)些早期小鼠數據，他說，“當時第一(yī)排的(de)一(yī)位諾貝爾獎得主站起來說，‘你這些都是胡說八道(dào)，全是胡扯’。”（Hoerr拒絕透露這位諾貝爾獎得主是誰。）
但慢慢地(dì)，資金開始源源不斷地(dì)湧入，不到幾年(nián)就開始了人體實驗。該公司當時的(de)首席科(kē)學(xué)官 Steve Pascolo 成了第一(yī)個實驗對象：他給自(zì)己注射 [13] 了mRNA，現在腿部還有(yǒu)一(yī)個火柴頭大小的(de)白色傷疤，這是當時皮膚科(kē)醫生為(wèi)了做(zuò)多點活檢留下的(de)。之後沒多久，公司就啓動了使用皮膚癌患者的(de)腫瘤特異性mRNA的(de)正規試驗。
Şahin和(hé)他的(de)免疫學(xué)家妻子(zǐ) Özlem Türeci 也是在90年(nián)代末開始研究mRNA的(de)，但成立公司的(de)時間要比Hoerr晚。他們(men)倆人在德國(guó)美因茨約翰內(nèi)斯古滕貝格大學(xué)研究這項技術很多年(nián)，期間專利、論文、經費全部到位，并在2007年(nián)向一(yī)位億萬富翁投資人提交了一(yī)份商(shāng)業計劃書。Şahin 說：“如(rú)果能成功，将具有(yǒu)開拓意義。” 後來，他拿到了1.5億歐元的(de)創業資金。
2021同年(nián)，剛剛成立的(de)mRNA公司RNARx得到了美國(guó)政府向小企業發放的(de)一(yī)筆(bǐ)相對微薄的(de)款項：97396美元。公司的(de)兩位創始人——生物化學(xué)家 Katalin Karikó 和(hé)免疫學(xué)家 Drew Weissman 當時都供職于美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)（簡稱賓大），他們(men)做(zuò)出了現在一(yī)些人認為(wèi)非常關鍵的(de)發現：改變mRNA的(de)部分密碼子(zǐ)能幫助合成mRNA躲過細胞的(de)固有(yǒu)免疫防禦。
Karikó在整個90年(nián)代都在實驗室埋頭苦幹，她的(de)目标是讓mRNA成為(wèi)一(yī)個藥物平台，但資助機(jī)構一(yī)再拒絕了她的(de)經費申請。1995年(nián)，在經曆多次挫敗後，賓大要求她選擇辭職或降職減薪。她最終選擇了留下，繼續追求她的(de)目标，改進Malone的(de)實驗方法 [14]，誘導細胞産生具有(yǒu)治療相關性的(de)較大複雜蛋白 [15]。
到了1997年(nián)，她開始與Weissman合作，Weissman此時剛在賓大成立了自(zì)己的(de)實驗室。兩人計劃一(yī)起開發針對HIV/AIDS的(de)mRNA疫苗。不過，Karikó的(de)mRNA在注射到小鼠體內(nèi)時産生了很大的(de)炎症反應。
她和(hé)Weissman很快找到了原因：這種合成mRNA激活了 [16] 一(yī)連串名為(wèi)Toll樣受體的(de)免疫傳感器，這些受體能在第一(yī)時間對來自(zì)病原體的(de)危險信号作出響應。2005年(nián)，兩人發表論文指出，重新編排mRNA的(de)一(yī)個核苷酸——尿苷——的(de)化學(xué)鍵 ，就能創造出一(yī)種名為(wèi)假尿苷的(de)類似物，這種方法似乎能防止機(jī)體将合成mRNA視(shì)為(wèi)敵人 [17]。
那個時候，很少有(yǒu)科(kē)學(xué)家看到修飾核苷酸的(de)治療價值，但科(kē)學(xué)界很快就意識到了它們(men)的(de)潛力。2010年(nián)9月，波士頓兒童醫院幹細胞生物學(xué)家 Derrick Rossi 領導一(yī)個團隊描述了如(rú)何用修飾的(de)RNA改造皮膚細胞，先變成胚胎樣幹細胞，再變成收縮的(de)肌肉組織 [18]。研究結果引起了轟動，Rossi入選了《時代周刊》（Time）2010年(nián) “年(nián)度重要人物” 并在坎布裏奇市(shì)聯合創立了Moderna公司。
Moderna公司嘗試獲得賓大在2006年(nián)申請的(de)Karikó和(hé)Weissman的(de)修飾mRNA專利的(de)許可(kě)，但晚了一(yī)步。在與RNARx達成許可(kě)協議未果後，賓大已于2010年(nián)2月向麥迪遜的(de)一(yī)家小型實驗試劑供應商(shāng)授予了獨家專利。如(rú)今名為(wèi)Cellscript的(de)這家供應商(shāng)當時在協議中支付了30萬美元，現在能從Moderna和(hé)BioNTech的(de)轉授許可(kě)費中獲得數億美元。Moderna和(hé)BioNTech是最先推出新冠mRNA疫苗的(de)兩家公司，它們(men)的(de)産品都含有(yǒu)修飾的(de)mRNA。
與此同時，RNARx用光了另一(yī)筆(bǐ)總額80萬美元的(de)小企業資助款項，并在2013年(nián)停止經營，在這前後Karikó也加入了BioNTech（同時保留了她在賓大的(de)兼職）。
Karikó和(hé)Weissman的(de)發現對mRNA疫苗的(de)成功是否關鍵，研究人員對此争論不休。Moderna一(yī)直在使用修飾的(de)mRNA，其公司名本身就是這兩個詞的(de)組合。其他一(yī)些公司則不然。
馬薩諸塞州制藥公司Shire的(de)人類遺傳學(xué)療法部研究人員給出的(de)理(lǐ)由是，隻要添加正确的(de) “帽” 結構并清除所有(yǒu)雜質，未修飾的(de)mRNA也能成為(wèi)一(yī)種效果類似的(de)産品。“歸根結底還是要看RNA的(de)質量。” Michael Heartlein 說。Heartlein在Shire負責領導科(kē)研工作，日後在 Translate Bio 繼續推進這項技術——Shire後來把它的(de)mRNA産品線出售給了 Translate Bio。（Shire現在屬于日本的(de)武田制藥。）
雖然Translate公司的(de)一(yī)些人體數據顯示，其mRNA不會誘導危險的(de)免疫應答，但它的(de)平台依然需要接受臨床驗證：它的(de)候選新冠疫苗仍處于人體試驗初期。但法國(guó)制藥巨頭賽諾菲（Sanofi）很看好該技術的(de)前景：2021年(nián)8月，賽諾菲宣布計劃以32億美元收購Translate。（Heartlein去(qù)年(nián)另起爐竈，在馬薩諸塞州創建了一(yī)家名為(wèi)Maritime Therapeutics的(de)公司。）
與此同時，CureVac公司也為(wèi)緩解免疫應答提出了自(zì)己的(de)策略，該策略需要改變mRNA的(de)基因序列，将其疫苗中的(de)尿苷減至最少。二十年(nián)的(de)辛苦耕耘似乎終于有(yǒu)了收獲，該公司的(de)狂犬病 [19] 和(hé)COVID-19 [20] 實驗性疫苗都在早期試驗中表現不俗。但在6月，後期的(de)試驗數據顯示，CureVac的(de)候選新冠疫苗在保護效力上不如(rú)Moderna或BioNTech的(de)疫苗。
看到這些結果，一(yī)些mRNA專家現在相信，假尿苷是這項技術中不可(kě)或缺的(de)元素，他們(men)說，Karikó和(hé)Weissman的(de)發現是值得認可(kě)和(hé)嘉獎的(de)主要貢獻之一(yī)。“真正的(de)獲獎者應該是修飾的(de)RNA。” 專注于mRNA療法的(de)合成生物學(xué)公司 Strand Therapeutics 的(de)聯合創始人、首席執行(xíng)官 Jake Becraft 說。
但也不是人人都這麽肯定。“可(kě)能影響mRNA疫苗安全性和(hé)效力的(de)因素有(yǒu)很多，mRNA的(de)化學(xué)修飾隻是其中之一(yī)。” 蘇州艾博生物科(kē)技有(yǒu)限公司首席執行(xíng)官英博說。這家中國(guó)公司的(de)新冠mRNA疫苗已進入臨床後期。（産品名為(wèi)ARCoV，使用的(de)是未修飾的(de)mRNA。）
說到關鍵技術，許多專家還提到了對mRNA疫苗至關重要的(de)另一(yī)項創新成果——這次和(hé)mRNA沒有(yǒu)任何關系。它就是脂質納米粒（LNP），這種微小脂滴能保護mRNA并将其送入細胞。
這項技術來自(zì) Pieter Cullis 的(de)實驗室和(hé)他創立或管理(lǐ)的(de)多家公司。Cullis是加拿大不列颠哥(gē)倫比亞大學(xué)的(de)生物化學(xué)家。90年(nián)代末起，他的(de)實驗室和(hé)公司便首創将LNP用于遞送能讓基因失去(qù)活性的(de)核酸鏈。其中一(yī)種藥物叫patisiran，現已被批準用于治療一(yī)種罕見遺傳病。
之後，基因沉默療法逐漸在臨床試驗中顯示出效果，2012年(nián)，Cullis的(de)兩家公司開始轉型，探索LNP遞送系統在基于mRNA的(de)藥物中的(de)應用前景。比如(rú)溫哥(gē)華的(de) Acuitas Therapeutics 公司在首席執行(xíng)官Thomas Madden的(de)領導下與Weissman在賓大的(de)團隊以及多家mRNA公司合作，共同測試mRNA-LNP的(de)不同配比。其中一(yī)個配比已經被BioNTech和(hé)CureVac的(de)新冠疫苗所使用。Moderna的(de)LNP複合物也與此相差無幾。
這種納米粒含有(yǒu)四種脂質分子(zǐ)：三個分子(zǐ)決定結構和(hé)穩定性；第四個名為(wèi)可(kě)電離(lí)脂質的(de)分子(zǐ)是LNP有(yǒu)效的(de)關鍵。這種物質在實驗條件下帶正電，與Felgner開發的(de)、Malone在80年(nián)代末測試的(de)脂質體具有(yǒu)類似優勢。但Cullis和(hé)商(shāng)業夥伴開發的(de)可(kě)電離(lí)脂質能在生理(lǐ)條件下（如(rú)在血液中）變成中性，這樣能減少對人體的(de)毒性。
此外，混合四種脂質能讓産品的(de)保質期更長(cháng)，在體內(nèi)的(de)穩定性更好，在Cullis管理(lǐ)的(de)多家公司擔任前高(gāo)管的(de) Ian MacLachlan 說，“我(wǒ)們(men)現在的(de)藥理(lǐ)學(xué)是建立在所有(yǒu)這一(yī)切的(de)基礎之上的(de)。”
到了2000年(nián)代中期，研究人員想出了一(yī)種混合和(hé)生産這些納米粒的(de)新方法，需要用到名為(wèi)T-connector的(de)裝置将脂肪（溶解在酒精中）與核酸（溶解在酸緩沖液中）結合。當兩種溶液混合時，這些成分會自(zì)發形成緊密的(de)LNP [21]。這種方法已被證明比生産基于mRNA的(de)藥物的(de)其他方式更可(kě)靠。
一(yī)旦将所有(yǒu)碎片拼接起來，“就像是天呐，我(wǒ)們(men)終于有(yǒu)一(yī)個可(kě)以規模化的(de)生産流程了。” 目前在聖叠戈 Replicate Bioscience 公司擔任首席發展官的(de) Andrew Geall 說。2012年(nián)，Geall帶領首支團隊在諾華（Novartis）美國(guó)分部成功結合了LNP與RNA疫苗 [22]。所有(yǒu)mRNA公司現在都在用類似這種LNP遞送平台和(hé)生産系統，但相關專利的(de)歸屬權仍深陷法律糾紛。比如(rú)Moderna就與Cullis的(de)一(yī)家公司——溫哥(gē)華的(de) Arbutus Biopharma ——對簿公堂：Moderna新冠疫苗使用的(de)LNP技術到底是誰的(de)專利？
到了2000年(nián)代末，多家大型藥企都開始向mRNA進軍。2008年(nián)，諾華和(hé)Shire都成立了mRNA研發部門——前者（由Geall領導）關注疫苗，後者（由Heartlein領導）關注藥物。BioNTech便在那年(nián)成立，其他初創公司也紛紛入局，這是因為(wèi)美國(guó)國(guó)防部高(gāo)級研究計劃局（DARPA）在2012年(nián)決定資助産業界研究RNA疫苗和(hé)藥物。Moderna便是在此基礎上壯大的(de)公司之一(yī)——2015年(nián)已經籌資超過10億美元，其目标是利用mRNA誘導體內(nèi)細胞産生自(zì)己的(de)藥物，治療因蛋白缺失或失效導緻的(de)疾病。當這個計劃落空時，Moderna在其首席執行(xíng)官 Stéphane Bancel 的(de)領導下隻能選擇一(yī)個更小的(de)目标：做(zuò)疫苗。
一(yī)開始，許多投資者和(hé)觀望者都非常失望，因為(wèi)疫苗平台的(de)颠覆性和(hé)盈利性看起來都要遜色不少。截至2020年(nián)初，Moderna共有(yǒu)9種針對傳染病的(de)候選mRNA疫苗進入了人體測試，但沒有(yǒu)一(yī)個大獲全勝。隻有(yǒu)一(yī)個候選疫苗進入了更大規模的(de)試驗。
面對突如(rú)其來的(de)COVID-19，Moderna火速行(xíng)動，在新冠病毒基因組序列公開後的(de)幾天內(nèi)就做(zuò)好了一(yī)個原型疫苗。Moderna後來與美國(guó)國(guó)家過敏和(hé)傳染病研究所（NIAID）合作開展小鼠研究和(hé)人體試驗，這一(yī)切隻用了不到10周。
BioNTech這邊也是全員出動。2020年(nián)3月，BioNTech與紐約制藥公司輝瑞（Pfizer）合作，在不到8個月的(de)時間裏破紀錄地(dì)走完了從首次人體試驗到緊急使用批準的(de)流程。
這兩款獲得授權的(de)疫苗都使用修飾的(de)mRNA加入LNP，而且所含序列編碼的(de)新冠病毒刺突蛋白的(de)形狀更易誘導保護性免疫。許多專家表示，由NIAID疫苗學(xué)家 Barney Graham、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校結構生物學(xué)家Jason McLellan，以及斯克裏普斯研究所的(de)Andrew Ward設計的(de)這種對蛋白質形狀的(de)調整也是一(yī)個可(kě)以拿獎的(de)成就，雖然這隻針對新冠病毒疫苗，不适合所有(yǒu)mRNA疫苗。
圍繞mRNA貢獻的(de)争論，一(yī)些争議涉及誰才擁有(yǒu)最賺錢的(de)專利。但是，許多奠基性的(de)知識産權都要追溯到Felgner、Malone和(hé)他們(men)在Vical公司的(de)同事在1989年(nián)（以及Liljeström在1990年(nián)）提出的(de)觀點。這些産權從授權日起隻有(yǒu)17年(nián)的(de)有(yǒu)效期，所以現在已經不再受到專利權限制。
即使是Karikó和(hé)Weissman的(de)專利也将在5年(nián)後過期，該專利在2006年(nián)申請，後來授權給了Cellscript公司。産業界知情人士表示，這意味着在脂質納米粒中遞送mRNA的(de)寬泛概念很快也将難以申請專利了，但各家公司可(kě)以合理(lǐ)地(dì)對特定的(de)mRNA序列申請專利，比如(rú)某種刺突蛋白的(de)形式，或是專有(yǒu)的(de)脂質配比。
各個公司已經在行(xíng)動了。Moderna作為(wèi)mRNA疫苗領域的(de)主要入局者，其在流感、巨細胞病毒和(hé)一(yī)系列其他傳染病上的(de)實驗性疫苗已經開展了臨床試驗，它在去(qù)年(nián)獲得了兩個專利，範圍涵蓋廣泛使用mRNA産生分泌蛋白（參見：RNA疫苗如(rú)何在新冠疫情中彎道(dào)超車？）。但有(yǒu)多位産業界知情人士告訴《自(zì)然》，他們(men)認為(wèi)這兩個專利可(kě)能會出現糾紛。
“我(wǒ)們(men)感覺可(kě)申請的(de)專利不多了。” 加拿大mRNA疫苗公司 Providence Therapeutics 的(de)首席科(kē)學(xué)官 Eric Marcusson 說。
至于誰能拿諾貝爾獎，呼聲最高(gāo)的(de)是Karikó和(hé)Weissman。這兩位已經拿了很多獎，包括科(kē)學(xué)突破獎（Breakthrough Prizes，獎金300萬美元，科(kē)學(xué)界獎金最高(gāo)的(de)獎項）和(hé)西班牙久負盛名的(de)阿斯圖裏亞斯女親王獎（Princess of Asturias Award）技術與科(kē)學(xué)研究獎。同時獲得阿斯圖裏亞斯獎的(de)還有(yǒu)Felgner、Şahin、Türeci、Rossi，以及英國(guó)牛津大學(xué)和(hé)藥企阿斯利康（AstraZeneca）新冠疫苗背後的(de)疫苗學(xué)家 Sarah Gilbert，這款疫苗沒有(yǒu)使用mRNA，而使用一(yī)種病毒載體。（Cullis最近一(yī)次獲獎是國(guó)際緩釋協會頒發的(de)一(yī)個獎金5000美元的(de)創始人獎，這是一(yī)個由研究緩釋藥物的(de)科(kē)學(xué)家組成的(de)專業組織。）
還有(yǒu)人認為(wèi)，除了獎勵Karikó的(de)研究發現，還應獎勵她對整個mRNA研究領域的(de)貢獻。“她不僅是一(yī)位非常出色的(de)科(kē)學(xué)家，還是領域內(nèi)一(yī)股強大的(de)力量。” 不列颠哥(gē)倫比亞大學(xué)的(de)RNA生物工程師Anna Blakney說。為(wèi)表彰Karikó的(de)貢獻，Blakney兩年(nián)前請她在一(yī)場大型會議上演講，當時Blakney還是一(yī)名初級博士後研究員（在Blakney聯合創立英國(guó)疫苗公司VaxEquity之前，該公司主要關注自(zì)擴增RNA技術）。Karikó自(zì)己 “在整個職業生涯中備受忽視(shì)，卻不忘積極提攜他人”。
雖然mRNA發展史上的(de)有(yǒu)些人認為(wèi)自(zì)己應該得到更多的(de)認可(kě)，包括Malone，但其他人卻更願意分享這份榮譽。“你真的(de)不能邀功，” Cullis說，以他的(de)脂質遞送系統為(wèi)例，“可(kě)能有(yǒu)幾百人甚至幾千人一(yī)起在做(zuò)這些LNP系統，以便它能迎來自(zì)己的(de)高(gāo)光時刻。”
“所有(yǒu)人都在添磚加瓦，包括我(wǒ)。” Karikó說。
回顧過去(qù)，許多參與者都表示很高(gāo)興mRNA疫苗能給人類帶來改變，以及自(zì)己有(yǒu)幸做(zuò)出了有(yǒu)價值的(de)貢獻。“見證這一(yī)切令我(wǒ)無比激動，” Felgner說，“我(wǒ)們(men)那時堅信會發生的(de)所有(yǒu)事現在都發生了。”
原文以The tangled history of mRNA vaccines 為(wèi)标題發表在2021年(nián)9月14日《自(zì)然》的(de)新聞特寫版塊上，《知識分子(zǐ)》獲權轉載。
參考資料
1. Malone, R. W., Felgner, P. L. & Verma, I. M. Proc. Natl Acad. Sci. USA 86, 6077–6081 (1989).
2. Malone, R. W. Focus 11, 61–66 (1989).
3. Dimitriadis, G. J. Nature 274, 923–924 (1978).
4. Ostro, M. J., Giacomoni, D., Lavelle, D., Paxton, W. & Dray, S. Nature 274, 921–923 (1978).
5. Melton, D. A. et al. Nucleic Acids Res. 12, 7035–7056 (1984).
6. Krieg, P. A. & Melton, D. A. Nucleic Acids Res. 12, 7057–7070 (1984).
7. Wolff, J. A. et al. Science 247, 1465–1468 (1990).
8. Martinon, F. et al. Eur. J. Immunol. 23, 1719–1722 (1993).
9. Jirikowski, G. F., Sanna, P. P., Maciejewski-Lenoir, D. & Bloom, F. E. Science 255, 996–998 (1992).
10. Conry, R. M. et al. Cancer Res. 55, 1397–1400 (1995).
11. Boczkowski, D., Nair, S. K., Snyder, D. & Gilboa, E. J. Exp. Med. 184, 465–472 (1996).
12. Hoerr, I., Obst, R., Rammensee, H. G. & Jung, G. Eur. J. Immunol. 30, 1–7 (2000).
13. Probst, J. et al. Gene Ther. 14, 1175–1180 (2007).
14. Karikó, K., Kuo, A., Barnathan, E. S. & Langer, D. J. Biochim. Biophys. Acta 1369, 320–334 (1998).
15. Karikó, K., Kuo, A. & Barnathan, E. Gene Ther. 6, 1092–1100 (1999).
16. Karikó, K., Ni, H., Capodici, J., Lamphier, M. & Weissman, D. J. Biol. Chem. 279, 12542–12550 (2004).
17. Karikó, K., Buckstein, M., Ni, H. & Weissman, D. Immunity 23, 165–175 (2005).
18. Warren, L. et al. Cell Stem Cell 7, 618–630 (2010).
19. Aldrich, C. et al. Vaccine 39, 1310–1318 (2021).
20. Kremsner, P. G. et al. Wien. Klin. Wochenschr. https://doi.org/10.1007/s00508-021-01922-y (2021).
21. Jeffs, L. B. et al. Pharm. Res. 22, 362–372 (2005).
22. Geall, A. J. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 14604–14609 (2012)
