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以下文章來源于Nature Portfolio ，作者Nature Portfolio。
撰文 | Elie Dolgin
1987年底，Robert Malone做了一個載入史冊的實(shí)驗(yàn)。他用信使RNA（messenger RNA，mRNA）鏈和脂滴做了一道 “分子亂燉”，這道基因亂燉里的人體細(xì)胞吸收了mRNA，并開始用其合成蛋白 [1]。
Malone當(dāng)時是美國加州索爾克生物研究所的研究生，他知道眼前的這一切會對醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，于是做了些筆記，并簽上了名字和日期。他在1988年1月11日的筆記上寫道，如果細(xì)胞能用被遞送到其內(nèi)部的mRNA合成蛋白，“RNA就能成為一種藥物”。索爾克實(shí)驗(yàn)室的另一名成員也在筆記上簽了名，以備后用。那年的年末，Malone用實(shí)驗(yàn)證明了青蛙胚胎也能吸收這些mRNA [2]。這是第一次有人用脂滴幫助mRNA順利進(jìn)入一種活生物。
在這些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，誕生了歷史上最重要也最賺錢的疫苗：已在全世界接種數(shù)億劑的新冠mRNA疫苗。僅2021年一年，其全球銷量就能達(dá)到500億美元。
當(dāng)然，成功的道路并非一帆風(fēng)順。Malone的實(shí)驗(yàn)離不開前人的工作，而在Malone實(shí)驗(yàn)之后的很多年里，mRNA被認(rèn)為作為藥物或疫苗都太不穩(wěn)定，而且太貴。數(shù)十家研究實(shí)驗(yàn)室和公司嘗試了這個想法，但都無法找到脂質(zhì)與核酸的完美配比——核酸是mRNA疫苗的基本成分。
今天，mRNA疫苗使用的很多新技術(shù)都是在Malone研究時期的多年后發(fā)明出來的，包括經(jīng)過化學(xué)修飾的RNA和幫助這些RNA進(jìn)入細(xì)胞的不同脂滴類型。不過，自詡 “mRNA疫苗發(fā)明者”的Malone依然認(rèn)為自己的貢獻(xiàn)被忽略了。他對《自然》表示，“歷史把我遺忘了。”
隨著各大獎項(xiàng)的陸續(xù)揭曉，誰對這項(xiàng)技術(shù)具有奠基性貢獻(xiàn)的爭論變得沸沸揚(yáng)揚(yáng)——在下個月（即將到來的10月的第一周）諾貝爾獎公布前夕顯得尤為激烈。不過，一向只頒給少數(shù)幾位科學(xué)家的權(quán)威獎項(xiàng)難免會漏掉mRNA醫(yī)學(xué)發(fā)展史上的諸多貢獻(xiàn)者。其實(shí)，mRNA疫苗的成功離不開數(shù)百位研究人員在30多年里的辛勤付出。
這也反映出科學(xué)發(fā)現(xiàn)是如何一步步成為改變?nèi)祟惿畹闹卮笸黄疲簬资昕床坏绞锕狻⒏鞣N拒絕、對潛在利益的你爭我奪；當(dāng)然也有源源不斷的好奇心和面對質(zhì)疑初心不改的豪情。
“這是很長的一串腳印。你永遠(yuǎn)不知道哪些東西將來會大派用場。” 美國亞利桑那州大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家Paul Krieg說。Krieg在80年代中期也做出了自己的貢獻(xiàn)。
Malone的實(shí)驗(yàn)想法絕非憑空而來。早在1978年，就有科學(xué)家用名為脂質(zhì)體的脂質(zhì)膜結(jié)構(gòu)將mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到小鼠 [3] 和人類 [4] 細(xì)胞內(nèi)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)表達(dá)。這種脂質(zhì)體能包裹并保護(hù)mRNA，之后與細(xì)胞膜融合，將這種遺傳物質(zhì)送入細(xì)胞。這些實(shí)驗(yàn)建立在對脂質(zhì)體和mRNA的多年研究之上；脂質(zhì)體和mRNA都是在60年代發(fā)現(xiàn)的（見下圖）。
但在當(dāng)時，研究人員還沒有把mRNA當(dāng)作醫(yī)療產(chǎn)品看待，尤其是在實(shí)驗(yàn)室合成這種遺傳物質(zhì)的方式還沒出現(xiàn)的情況下。他們其實(shí)希望用mRNA來研究基礎(chǔ)的分子過程。大部分研究人員只能想辦法使用來自兔子血細(xì)胞、培養(yǎng)的小鼠細(xì)胞或一些其他動物來源的mRNA。
事情在1984年出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機(jī)。當(dāng)時，Krieg和哈佛大學(xué)發(fā)育生物學(xué)家 Douglas Melton 以及分子生物學(xué)家 Tom Maniatis 和 Michael Green 領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊(duì)合作，他們利用一種RNA合成酶（取自一種病毒）和其他工具在實(shí)驗(yàn)室得到了具有生物活性的mRNA [5]——這項(xiàng)技術(shù)的核心沿用至今。之后，Krieg將實(shí)驗(yàn)室合成的mRNA注射到青蛙卵子中，證明它和自身構(gòu)建的mRNA沒兩樣 [6]。
Melton和Krieg說，他們主要把合成mRNA當(dāng)作研究基因功能和活性的工具。1987年，就在Melton發(fā)現(xiàn)這種合成mRNA能激活或抑制蛋白產(chǎn)生之后，他參與創(chuàng)立了一家名為Oligogen的公司 [后更名為吉利德科學(xué)公司（Gilead Sciences），總部在加州福斯特城]，專門研究合成RNA抑制目標(biāo)基因表達(dá)的方法，尋找治病的可能。但在他的實(shí)驗(yàn)室或合作者中，沒有人想到疫苗。
“眾所周知，RNA極不穩(wěn)定，” Krieg說，“關(guān)于RNA的一切都要非常小心。” 這或許解釋了哈佛大學(xué)的技術(shù)研發(fā)部為何不給該團(tuán)隊(duì)的RNA合成技術(shù)申報(bào)專利。于是，該團(tuán)隊(duì)只能把他們的試劑讓給威斯康星州麥迪遜的一家實(shí)驗(yàn)用品公司 Promega Corporation，這家公司專為研究人員提供RNA合成工具。作為回報(bào)，團(tuán)隊(duì)得到了一筆不多不少的專利使用費(fèi)和一箱凱歌香檳。
多年后，Malone在自己的實(shí)驗(yàn)中使用了哈佛團(tuán)隊(duì)合成mRNA的方法。但他添加了一種新的脂質(zhì)體，這種脂質(zhì)體帶一個正電荷，能增強(qiáng)它與mRNA帶負(fù)電的骨架的結(jié)合。這種脂質(zhì)體由生物化學(xué)家 Philip Felgner 開發(fā)，他現(xiàn)在是加州大學(xué)歐文分校疫苗研發(fā)中心的主任。
雖然Malone成功用這種脂質(zhì)體將mRNA送入了人體細(xì)胞和青蛙胚胎，但他從來沒有拿到過博士學(xué)位。1989年，Malone因?yàn)楹退鳡柨搜芯克膶?dǎo)師、基因療法研究員 Inder Verma 不咬弦，提前結(jié)束了研究生學(xué)習(xí)，來到加州的初創(chuàng)公司Vical替Felgner工作。在那里，他們與威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的合作者證明了這種脂質(zhì)-mRNA復(fù)合物可以促進(jìn)小鼠體內(nèi)的蛋白產(chǎn)生 [7]。
事情從這里開始變得復(fù)雜了。Vical公司（聯(lián)合威斯康星大學(xué)）和索爾克研究所都在1989年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年加入了Vical公司的顧問委員會。
Malone稱他的前導(dǎo)師Verma和Vical公司達(dá)成了一樁幕后交易，使得相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)最后歸Vical所有。Malone等人被列為發(fā)明人，但他本人不能從之后的許可協(xié)議中獲利，而他本來可以從索爾克授權(quán)的專利中獲利。Malone的結(jié)論是：“他們利用我的想法發(fā)了財(cái)。”
Verma和Felgner斷然否認(rèn)了Malone的指控。“這簡直就是無稽之談。” Verma告訴《自然》，撤回專利申請是索爾克研究所技術(shù)轉(zhuǎn)移處的決定。（由于被指控性騷擾，Verma在2018年從索爾克辭職，但他至今仍否認(rèn)這些指控。）
Malone在1989年8月離開了Vical公司，理由是他與Felgner在 “科學(xué)判斷上” 以及在 “對他本人的知識產(chǎn)權(quán)貢獻(xiàn)上” 存在分歧。他從醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后接受了一年的臨床培訓(xùn)，后來進(jìn)入了學(xué)術(shù)界，打算繼續(xù)研究mRNA疫苗，但一直拿不到經(jīng)費(fèi)。（1996年，他向加州的一個州立研究機(jī)構(gòu)申請研究經(jīng)費(fèi)，用于研究預(yù)防季節(jié)性冠狀病毒感染的mRNA疫苗，但申請失敗。）Malone只能轉(zhuǎn)而研究DNA疫苗和遞送技術(shù)。
2001年，他轉(zhuǎn)型從事商務(wù)和咨詢工作。過去幾個月里，他開始公開質(zhì)疑以他早前研究為基礎(chǔ)的mRNA疫苗的安全性。Malone說，疫苗產(chǎn)生的蛋白會損害人體細(xì)胞，而且疫苗的風(fēng)險(xiǎn)超過它對兒童和年輕人的益處——這種觀點(diǎn)受到其他科學(xué)家和衛(wèi)生專家的一再反駁。
1991年，Vical 公司與大型疫苗生產(chǎn)商美國默克集團(tuán)（Merck）達(dá)成了一項(xiàng)數(shù)百萬美元的研究合作和許可協(xié)議。默克集團(tuán)的科研人員用小鼠測試了這一mRNA技術(shù)，試圖發(fā)明一款流感疫苗，但后來又放棄了。“生產(chǎn)成本和可行性迫使我們喊停。” 前默克研究人員、如今為各大公司提供疫苗研發(fā)咨詢的 Jeffery Ulmer 說。
法國斯特拉斯堡有一家小型生物技術(shù)公司，名為Transgène，那里的研究人員也有同樣的感受。1993年，Pierre Meulien 在該公司領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊(duì)與產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界合作，首次證明了包在脂質(zhì)體中的mRNA能在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)出一種特異性的抗病毒免疫應(yīng)答 [8]。[另一個激動人心的進(jìn)展出現(xiàn)在1992年，當(dāng)時美國斯克里普斯研究所（Scripps Research Institute）的科學(xué)家用mRNA技術(shù)取代了大鼠體內(nèi)缺少的一種蛋白，用來治療代謝疾病[9]。但獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室又花了20年的時間才取得了類似的成功。]
Transgène公司的研究人員為他們的發(fā)明申請了專利，并繼續(xù)研究mRNA疫苗。Meulien當(dāng)時估計(jì)他至少需要1億歐元（約1.19億美元）來優(yōu)化整個平臺，但他說自己沒打算為這個 “高風(fēng)險(xiǎn)” 的項(xiàng)目向他的老板要這么多錢。Meulien現(xiàn)在已經(jīng)是 Innovative Medicines Initiative 的主管，這是一家位于布魯塞爾的公私合營企業(yè)。由于Transgène的母公司決定不再續(xù)費(fèi)，這個專利便失效了。
Meulien的團(tuán)隊(duì)和默克的團(tuán)隊(duì)一樣，后來都去研究DNA疫苗和其他基于載體的遞送系統(tǒng)了。DNA疫苗平臺最終獲得了一些獸醫(yī)上的應(yīng)用許可，比如用來預(yù)防養(yǎng)魚場出現(xiàn)感染。就在上個月，印度的監(jiān)管當(dāng)局批準(zhǔn)了全球首個供人類使用的新冠DNA疫苗（參見：印度將推出全球首個新冠DNA疫苗）。但是，DNA疫苗在人體上的進(jìn)展一直很慢，個中原因迄今仍未得到完全理解。
Ulmer認(rèn)為，產(chǎn)業(yè)界在DNA技術(shù)上的發(fā)力也帶動了RNA疫苗的進(jìn)展，無論是生產(chǎn)和監(jiān)管環(huán)節(jié)，還是序列設(shè)計(jì)和分子機(jī)制，“我們從DNA上學(xué)到的很多東西都可以直接用于RNA，” 他說，“這為RNA的成功奠定了基礎(chǔ)。”
從1990年代到2000年代的大部分時期里，幾乎每個想做mRNA的疫苗公司都把目光投向了別處。傳統(tǒng)觀點(diǎn)總是覺得mRNA太容易降解，生產(chǎn)成本太高。瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院病毒學(xué)家 Peter Liljeström 說：“這是一場持續(xù)的掙扎。” Liljeström在30年前開創(chuàng)了一種“自擴(kuò)增”的RNA疫苗。
Matt Winkler說：“RNA用起來實(shí)在太難了。” Winkler于1989年在美國成立了最早專注于RNA的實(shí)驗(yàn)用品公司之一Ambion。“如果你當(dāng)時問我是不是可以把RNA作為疫苗打到人體內(nèi)，我肯定會當(dāng)著你的面大笑。”
mRNA疫苗的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(yù)防疾病。從基因治療師 David Curiel 的工作開始，許多學(xué)術(shù)人員和初創(chuàng)公司都在研究mRNA是否能用來對付癌癥。這里的思路是：如果mRNA能編碼癌細(xì)胞表達(dá)的蛋白，那么把mRNA注射到體內(nèi)就可以訓(xùn)練免疫系統(tǒng)去攻擊這些細(xì)胞。
目前就職于華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Curiel在小鼠上成功了幾次 [10]。但是當(dāng)他向Ambion公司闡述其中的商業(yè)機(jī)遇時，公司告訴他：“我們看不到這個技術(shù)的任何經(jīng)濟(jì)潛力。”
相比之下，另一位癌癥免疫學(xué)家取得了更多成功——1997年，全球第一家mRNA治療公司由此誕生。Eli Gilboa 的建議是從血液中獲得免疫細(xì)胞，“唆使” 它們吸收編碼腫瘤蛋白的合成mRNA，再將這些細(xì)胞注射到體內(nèi)，調(diào)動免疫系統(tǒng)攻擊潛伏的腫瘤。
Gilboa和他在美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的同事在小鼠中演示了以上過程 [11]。到90年代末，學(xué)術(shù)合作者已經(jīng)啟動了人體試驗(yàn)，Gilboa的商業(yè)衍生公司 Merix Bioscience（后更名為Argos Therapeutics，現(xiàn)名為CoImmune）很快開展了自己的臨床研究。整個技術(shù)看上去很有前景，但幾年后，一個已經(jīng)進(jìn)入后期的候選疫苗在一次大規(guī)模試驗(yàn)中失敗了，這類技術(shù)現(xiàn)在幾乎已經(jīng)很少有人關(guān)注。
雖然如此，Gilboa的工作還是產(chǎn)生了很重要的影響——這些工作讓CureVac和BioNTech的創(chuàng)始人決定投身mRNA的研究——這兩家德國公司現(xiàn)在已是全球領(lǐng)先的mRNA企業(yè)。CureVac的 Ingmar Hoerr 和BioNTech的U?ur ?ahin告訴《自然》，在了解到Gilboa的工作后，他們也想做此嘗試，但是是通過把mRNA直接注射到體內(nèi)的方式。
“出現(xiàn)了雪球效應(yīng)。” 目前在邁阿密大學(xué)米勒醫(yī)學(xué)院任職的Gilboa說。
Hoerr是第一個取得成功的。2000年，還在德國圖賓根大學(xué)的他報(bào)道了直接注射也許能誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)的免疫應(yīng)答 [12]。他在那年創(chuàng)立了CureVac（也位于圖賓根），但感興趣的研究人員或投資人很少。Hoerr在一場學(xué)術(shù)會議上報(bào)告了一些早期小鼠數(shù)據(jù)，他說，“當(dāng)時第一排的一位諾貝爾獎得主站起來說，‘你這些都是胡說八道，全是胡扯’。”（Hoerr拒絕透露這位諾貝爾獎得主是誰。）
但慢慢地，資金開始源源不斷地涌入，不到幾年就開始了人體實(shí)驗(yàn)。該公司當(dāng)時的首席科學(xué)官 Steve Pascolo 成了第一個實(shí)驗(yàn)對象：他給自己注射 [13] 了mRNA，現(xiàn)在腿部還有一個火柴頭大小的白色傷疤，這是當(dāng)時皮膚科醫(yī)生為了做多點(diǎn)活檢留下的。之后沒多久，公司就啟動了使用皮膚癌患者的腫瘤特異性mRNA的正規(guī)試驗(yàn)。
?ahin和他的免疫學(xué)家妻子 Özlem Türeci 也是在90年代末開始研究mRNA的，但成立公司的時間要比Hoerr晚。他們倆人在德國美因茨約翰內(nèi)斯古滕貝格大學(xué)研究這項(xiàng)技術(shù)很多年，期間專利、論文、經(jīng)費(fèi)全部到位，并在2007年向一位億萬富翁投資人提交了一份商業(yè)計(jì)劃書。?ahin 說：“如果能成功，將具有開拓意義。” 后來，他拿到了1.5億歐元的創(chuàng)業(yè)資金。
2021同年，剛剛成立的mRNA公司RNARx得到了美國政府向小企業(yè)發(fā)放的一筆相對微薄的款項(xiàng)：97396美元。公司的兩位創(chuàng)始人——生物化學(xué)家 Katalin Karikó 和免疫學(xué)家 Drew Weissman 當(dāng)時都供職于美國賓夕法尼亞大學(xué)（簡稱賓大），他們做出了現(xiàn)在一些人認(rèn)為非常關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)：改變mRNA的部分密碼子能幫助合成mRNA躲過細(xì)胞的固有免疫防御。
Karikó在整個90年代都在實(shí)驗(yàn)室埋頭苦干，她的目標(biāo)是讓mRNA成為一個藥物平臺，但資助機(jī)構(gòu)一再拒絕了她的經(jīng)費(fèi)申請。1995年，在經(jīng)歷多次挫敗后，賓大要求她選擇辭職或降職減薪。她最終選擇了留下，繼續(xù)追求她的目標(biāo)，改進(jìn)Malone的實(shí)驗(yàn)方法 [14]，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生具有治療相關(guān)性的較大復(fù)雜蛋白 [15]。
到了1997年，她開始與Weissman合作，Weissman此時剛在賓大成立了自己的實(shí)驗(yàn)室。兩人計(jì)劃一起開發(fā)針對HIV/AIDS的mRNA疫苗。不過，Karikó的mRNA在注射到小鼠體內(nèi)時產(chǎn)生了很大的炎癥反應(yīng)。
她和Weissman很快找到了原因：這種合成mRNA激活了 [16] 一連串名為Toll樣受體的免疫傳感器，這些受體能在第一時間對來自病原體的危險(xiǎn)信號作出響應(yīng)。2005年，兩人發(fā)表論文指出，重新編排mRNA的一個核苷酸——尿苷——的化學(xué)鍵 ，就能創(chuàng)造出一種名為假尿苷的類似物，這種方法似乎能防止機(jī)體將合成mRNA視為敵人 [17]。
那個時候，很少有科學(xué)家看到修飾核苷酸的治療價值，但科學(xué)界很快就意識到了它們的潛力。2010年9月，波士頓兒童醫(yī)院干細(xì)胞生物學(xué)家 Derrick Rossi 領(lǐng)導(dǎo)一個團(tuán)隊(duì)描述了如何用修飾的RNA改造皮膚細(xì)胞，先變成胚胎樣干細(xì)胞，再變成收縮的肌肉組織 [18]。研究結(jié)果引起了轟動，Rossi入選了《時代周刊》（Time）2010年 “年度重要人物” 并在坎布里奇市聯(lián)合創(chuàng)立了Moderna公司。
Moderna公司嘗試獲得賓大在2006年申請的Karikó和Weissman的修飾mRNA專利的許可，但晚了一步。在與RNARx達(dá)成許可協(xié)議未果后，賓大已于2010年2月向麥迪遜的一家小型實(shí)驗(yàn)試劑供應(yīng)商授予了獨(dú)家專利。如今名為Cellscript的這家供應(yīng)商當(dāng)時在協(xié)議中支付了30萬美元，現(xiàn)在能從Moderna和BioNTech的轉(zhuǎn)授許可費(fèi)中獲得數(shù)億美元。Moderna和BioNTech是最先推出新冠mRNA疫苗的兩家公司，它們的產(chǎn)品都含有修飾的mRNA。
與此同時，RNARx用光了另一筆總額80萬美元的小企業(yè)資助款項(xiàng)，并在2013年停止經(jīng)營，在這前后Karikó也加入了BioNTech（同時保留了她在賓大的兼職）。
Karikó和Weissman的發(fā)現(xiàn)對mRNA疫苗的成功是否關(guān)鍵，研究人員對此爭論不休。Moderna一直在使用修飾的mRNA，其公司名本身就是這兩個詞的組合。其他一些公司則不然。
馬薩諸塞州制藥公司Shire的人類遺傳學(xué)療法部研究人員給出的理由是，只要添加正確的 “帽” 結(jié)構(gòu)并清除所有雜質(zhì)，未修飾的mRNA也能成為一種效果類似的產(chǎn)品。“歸根結(jié)底還是要看RNA的質(zhì)量。” Michael Heartlein 說。Heartlein在Shire負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)科研工作，日后在 Translate Bio 繼續(xù)推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)——Shire后來把它的mRNA產(chǎn)品線出售給了 Translate Bio。（Shire現(xiàn)在屬于日本的武田制藥。）
雖然Translate公司的一些人體數(shù)據(jù)顯示，其mRNA不會誘導(dǎo)危險(xiǎn)的免疫應(yīng)答，但它的平臺依然需要接受臨床驗(yàn)證：它的候選新冠疫苗仍處于人體試驗(yàn)初期。但法國制藥巨頭賽諾菲（Sanofi）很看好該技術(shù)的前景：2021年8月，賽諾菲宣布計(jì)劃以32億美元收購Translate。（Heartlein去年另起爐灶，在馬薩諸塞州創(chuàng)建了一家名為Maritime Therapeutics的公司。）
與此同時，CureVac公司也為緩解免疫應(yīng)答提出了自己的策略，該策略需要改變mRNA的基因序列，將其疫苗中的尿苷減至最少。二十年的辛苦耕耘似乎終于有了收獲，該公司的狂犬病 [19] 和COVID-19 [20] 實(shí)驗(yàn)性疫苗都在早期試驗(yàn)中表現(xiàn)不俗。但在6月，后期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，CureVac的候選新冠疫苗在保護(hù)效力上不如Moderna或BioNTech的疫苗。
看到這些結(jié)果，一些mRNA專家現(xiàn)在相信，假尿苷是這項(xiàng)技術(shù)中不可或缺的元素，他們說，Karikó和Weissman的發(fā)現(xiàn)是值得認(rèn)可和嘉獎的主要貢獻(xiàn)之一。“真正的獲獎?wù)邞?yīng)該是修飾的RNA。” 專注于mRNA療法的合成生物學(xué)公司 Strand Therapeutics 的聯(lián)合創(chuàng)始人、首席執(zhí)行官 Jake Becraft 說。
但也不是人人都這么肯定。“可能影響mRNA疫苗安全性和效力的因素有很多，mRNA的化學(xué)修飾只是其中之一。” 蘇州艾博生物科技有限公司首席執(zhí)行官英博說。這家中國公司的新冠mRNA疫苗已進(jìn)入臨床后期。（產(chǎn)品名為ARCoV，使用的是未修飾的mRNA。）
說到關(guān)鍵技術(shù)，許多專家還提到了對mRNA疫苗至關(guān)重要的另一項(xiàng)創(chuàng)新成果——這次和mRNA沒有任何關(guān)系。它就是脂質(zhì)納米粒（LNP），這種微小脂滴能保護(hù)mRNA并將其送入細(xì)胞。
這項(xiàng)技術(shù)來自 Pieter Cullis 的實(shí)驗(yàn)室和他創(chuàng)立或管理的多家公司。Cullis是加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的生物化學(xué)家。90年代末起，他的實(shí)驗(yàn)室和公司便首創(chuàng)將LNP用于遞送能讓基因失去活性的核酸鏈。其中一種藥物叫patisiran，現(xiàn)已被批準(zhǔn)用于治療一種罕見遺傳病。
之后，基因沉默療法逐漸在臨床試驗(yàn)中顯示出效果，2012年，Cullis的兩家公司開始轉(zhuǎn)型，探索LNP遞送系統(tǒng)在基于mRNA的藥物中的應(yīng)用前景。比如溫哥華的 Acuitas Therapeutics 公司在首席執(zhí)行官Thomas Madden的領(lǐng)導(dǎo)下與Weissman在賓大的團(tuán)隊(duì)以及多家mRNA公司合作，共同測試mRNA-LNP的不同配比。其中一個配比已經(jīng)被BioNTech和CureVac的新冠疫苗所使用。Moderna的LNP復(fù)合物也與此相差無幾。
這種納米粒含有四種脂質(zhì)分子：三個分子決定結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；第四個名為可電離脂質(zhì)的分子是LNP有效的關(guān)鍵。這種物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)條件下帶正電，與Felgner開發(fā)的、Malone在80年代末測試的脂質(zhì)體具有類似優(yōu)勢。但Cullis和商業(yè)伙伴開發(fā)的可電離脂質(zhì)能在生理?xiàng)l件下（如在血液中）變成中性，這樣能減少對人體的毒性。
此外，混合四種脂質(zhì)能讓產(chǎn)品的保質(zhì)期更長，在體內(nèi)的穩(wěn)定性更好，在Cullis管理的多家公司擔(dān)任前高管的 Ian MacLachlan 說，“我們現(xiàn)在的藥理學(xué)是建立在所有這一切的基礎(chǔ)之上的。”
到了2000年代中期，研究人員想出了一種混合和生產(chǎn)這些納米粒的新方法，需要用到名為T-connector的裝置將脂肪（溶解在酒精中）與核酸（溶解在酸緩沖液中）結(jié)合。當(dāng)兩種溶液混合時，這些成分會自發(fā)形成緊密的LNP [21]。這種方法已被證明比生產(chǎn)基于mRNA的藥物的其他方式更可靠。
一旦將所有碎片拼接起來，“就像是天吶，我們終于有一個可以規(guī)?；纳a(chǎn)流程了。” 目前在圣迭戈 Replicate Bioscience 公司擔(dān)任首席發(fā)展官的 Andrew Geall 說。2012年，Geall帶領(lǐng)首支團(tuán)隊(duì)在諾華（Novartis）美國分部成功結(jié)合了LNP與RNA疫苗 [22]。所有mRNA公司現(xiàn)在都在用類似這種LNP遞送平臺和生產(chǎn)系統(tǒng)，但相關(guān)專利的歸屬權(quán)仍深陷法律糾紛。比如Moderna就與Cullis的一家公司——溫哥華的 Arbutus Biopharma ——對簿公堂：Moderna新冠疫苗使用的LNP技術(shù)到底是誰的專利？
到了2000年代末，多家大型藥企都開始向mRNA進(jìn)軍。2008年，諾華和Shire都成立了mRNA研發(fā)部門——前者（由Geall領(lǐng)導(dǎo)）關(guān)注疫苗，后者（由Heartlein領(lǐng)導(dǎo)）關(guān)注藥物。BioNTech便在那年成立，其他初創(chuàng)公司也紛紛入局，這是因?yàn)槊绹鴩啦扛呒壯芯坑?jì)劃局（DARPA）在2012年決定資助產(chǎn)業(yè)界研究RNA疫苗和藥物。Moderna便是在此基礎(chǔ)上壯大的公司之一——2015年已經(jīng)籌資超過10億美元，其目標(biāo)是利用mRNA誘導(dǎo)體內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)生自己的藥物，治療因蛋白缺失或失效導(dǎo)致的疾病。當(dāng)這個計(jì)劃落空時，Moderna在其首席執(zhí)行官 Stéphane Bancel 的領(lǐng)導(dǎo)下只能選擇一個更小的目標(biāo)：做疫苗。
一開始，許多投資者和觀望者都非常失望，因?yàn)橐呙缙脚_的顛覆性和盈利性看起來都要遜色不少。截至2020年初，Moderna共有9種針對傳染病的候選mRNA疫苗進(jìn)入了人體測試，但沒有一個大獲全勝。只有一個候選疫苗進(jìn)入了更大規(guī)模的試驗(yàn)。
面對突如其來的COVID-19，Moderna火速行動，在新冠病毒基因組序列公開后的幾天內(nèi)就做好了一個原型疫苗。Moderna后來與美國國家過敏和傳染病研究所（NIAID）合作開展小鼠研究和人體試驗(yàn)，這一切只用了不到10周。
BioNTech這邊也是全員出動。2020年3月，BioNTech與紐約制藥公司輝瑞（Pfizer）合作，在不到8個月的時間里破紀(jì)錄地走完了從首次人體試驗(yàn)到緊急使用批準(zhǔn)的流程。
這兩款獲得授權(quán)的疫苗都使用修飾的mRNA加入LNP，而且所含序列編碼的新冠病毒刺突蛋白的形狀更易誘導(dǎo)保護(hù)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(jié)構(gòu)生物學(xué)家Jason McLellan，以及斯克里普斯研究所的Andrew Ward設(shè)計(jì)的這種對蛋白質(zhì)形狀的調(diào)整也是一個可以拿獎的成就，雖然這只針對新冠病毒疫苗，不適合所有mRNA疫苗?！?/p>
圍繞mRNA貢獻(xiàn)的爭論，一些爭議涉及誰才擁有最賺錢的專利。但是，許多奠基性的知識產(chǎn)權(quán)都要追溯到Felgner、Malone和他們在Vical公司的同事在1989年（以及Liljeström在1990年）提出的觀點(diǎn)。這些產(chǎn)權(quán)從授權(quán)日起只有17年的有效期，所以現(xiàn)在已經(jīng)不再受到專利權(quán)限制。
即使是Karikó和Weissman的專利也將在5年后過期，該專利在2006年申請，后來授權(quán)給了Cellscript公司。產(chǎn)業(yè)界知情人士表示，這意味著在脂質(zhì)納米粒中遞送mRNA的寬泛概念很快也將難以申請專利了，但各家公司可以合理地對特定的mRNA序列申請專利，比如某種刺突蛋白的形式，或是專有的脂質(zhì)配比。
各個公司已經(jīng)在行動了。Moderna作為mRNA疫苗領(lǐng)域的主要入局者，其在流感、巨細(xì)胞病毒和一系列其他傳染病上的實(shí)驗(yàn)性疫苗已經(jīng)開展了臨床試驗(yàn)，它在去年獲得了兩個專利，范圍涵蓋廣泛使用mRNA產(chǎn)生分泌蛋白（參見：RNA疫苗如何在新冠疫情中彎道超車？）。但有多位產(chǎn)業(yè)界知情人士告訴《自然》，他們認(rèn)為這兩個專利可能會出現(xiàn)糾紛。
“我們感覺可申請的專利不多了。” 加拿大mRNA疫苗公司 Providence Therapeutics 的首席科學(xué)官 Eric Marcusson 說。
至于誰能拿諾貝爾獎，呼聲最高的是Karikó和Weissman。這兩位已經(jīng)拿了很多獎，包括科學(xué)突破獎（Breakthrough Prizes，獎金300萬美元，科學(xué)界獎金最高的獎項(xiàng)）和西班牙久負(fù)盛名的阿斯圖里亞斯女親王獎（Princess of Asturias Award）技術(shù)與科學(xué)研究獎。同時獲得阿斯圖里亞斯獎的還有Felgner、?ahin、Türeci、Rossi，以及英國牛津大學(xué)和藥企阿斯利康（AstraZeneca）新冠疫苗背后的疫苗學(xué)家 Sarah Gilbert，這款疫苗沒有使用mRNA，而使用一種病毒載體。（Cullis最近一次獲獎是國際緩釋協(xié)會頒發(fā)的一個獎金5000美元的創(chuàng)始人獎，這是一個由研究緩釋藥物的科學(xué)家組成的專業(yè)組織。）
還有人認(rèn)為，除了獎勵Karikó的研究發(fā)現(xiàn)，還應(yīng)獎勵她對整個mRNA研究領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。“她不僅是一位非常出色的科學(xué)家，還是領(lǐng)域內(nèi)一股強(qiáng)大的力量。” 不列顛哥倫比亞大學(xué)的RNA生物工程師Anna Blakney說。為表彰Karikó的貢獻(xiàn)，Blakney兩年前請她在一場大型會議上演講，當(dāng)時Blakney還是一名初級博士后研究員（在Blakney聯(lián)合創(chuàng)立英國疫苗公司VaxEquity之前，該公司主要關(guān)注自擴(kuò)增RNA技術(shù)）。Karikó自己 “在整個職業(yè)生涯中備受忽視，卻不忘積極提攜他人”。
雖然mRNA發(fā)展史上的有些人認(rèn)為自己應(yīng)該得到更多的認(rèn)可，包括Malone，但其他人卻更愿意分享這份榮譽(yù)。“你真的不能邀功，” Cullis說，以他的脂質(zhì)遞送系統(tǒng)為例，“可能有幾百人甚至幾千人一起在做這些LNP系統(tǒng)，以便它能迎來自己的高光時刻。”
“所有人都在添磚加瓦，包括我。” Karikó說。
回顧過去，許多參與者都表示很高興mRNA疫苗能給人類帶來改變，以及自己有幸做出了有價值的貢獻(xiàn)。“見證這一切令我無比激動，” Felgner說，“我們那時堅(jiān)信會發(fā)生的所有事現(xiàn)在都發(fā)生了。”
原文以The tangled history of mRNA vaccines 為標(biāo)題發(fā)表在2021年9月14日《自然》的新聞特寫版塊上，《知識分子》獲權(quán)轉(zhuǎn)載。
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