mRNA疫苗技術(shù)：疫情下的高速賽道

□文/ 楊 瑾 杭州市科技信息研究院

mRNA，即Messenger RNA（信使核糖核酸），是把遺傳信息從DNA 傳遞到蛋白質(zhì)的信使。通俗來講，mRNA復(fù)制了細(xì)胞核中雙鏈DNA 的一條鏈的遺傳信息，隨即離開細(xì)胞核在細(xì)胞質(zhì)中生成蛋白質(zhì)。在細(xì)胞質(zhì)中，核糖體沿著mRNA 移動(dòng)，讀取其堿基序列，并翻譯成其相應(yīng)的氨基酸，最終形成蛋白質(zhì)（如圖1）。

圖1 mRNA工作過程

一般的疫苗是通過病原體本身、病原體的一部分或者病原體的免疫分子注射進(jìn)入機(jī)體，引起免疫反應(yīng)來保護(hù)機(jī)體。而mRNA 疫苗是將編碼疾病特異性抗原的mRNA 引入體內(nèi)，利用宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成機(jī)制產(chǎn)生靶標(biāo)蛋白（即抗原），從而觸發(fā)免疫應(yīng)答，抵抗相應(yīng)的病毒。

通?？筛鶕?jù)不同疾病構(gòu)建特異性抗原的mRNA序列，由新型脂質(zhì)納米載體顆粒包裹運(yùn)送至細(xì)胞內(nèi)，再利用人體核糖體翻譯mRNA 序列產(chǎn)生疾病的抗原蛋白，分泌后被自身免疫系統(tǒng)識(shí)別產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而達(dá)到預(yù)防疾病作用（如圖2）。

圖2 mRNA疫苗在體內(nèi)作用

mRNA 分子量大，親水性強(qiáng)，生物活性是小分子藥物的上千倍，工業(yè)生產(chǎn)比較容易。但它自身的單鏈結(jié)構(gòu)致使其極為不穩(wěn)定，易被降解，自身攜帶負(fù)電荷，穿過表面同為負(fù)電荷的細(xì)胞膜遞送亦是難題。所以，mRNA需要特殊的修飾或包裹遞送系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)表達(dá)，改變mRNA 胞內(nèi)的生物分布、細(xì)胞靶向和攝取機(jī)制，發(fā)揮疫苗的效果。

脂質(zhì)體納米顆粒(LNP)是目前最先進(jìn)的mRNA 疫苗遞送系統(tǒng)。LNP 最初用于siRNA 的遞送，已被證明是安全有效的。LNP 是一種穩(wěn)定的，由陽離子脂質(zhì)、輔助脂質(zhì)、膽固醇和包裹水核的聚乙二醇組成的脂質(zhì)雙分子層殼，在水核中可以攜帶mRNA。但LNP 制造工藝復(fù)雜，成品劑型的穩(wěn)定性有限（只有6 個(gè)月），且需要冷鏈儲(chǔ)存及運(yùn)輸。除LNP 以外，mRNA 疫苗的遞送系統(tǒng)還有陽離子脂質(zhì)復(fù)合物（LPX）、脂質(zhì)多聚復(fù)合物（LPP）、聚合物納米顆粒（PNP）、無機(jī)納米顆粒（INP）、陽離子納米乳（CNE）等。

mRNA疫苗的優(yōu)勢

從生產(chǎn)疫苗的技術(shù)路線來講，目前主要生產(chǎn)疫苗的技術(shù)路線有第一代傳統(tǒng)疫苗、第二代新型疫苗和第三代前沿疫苗。

第一代傳統(tǒng)疫苗主要包括滅活疫苗和減毒活疫苗，應(yīng)用最為廣泛。滅活疫苗是指先對病毒或細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，然后用加熱或化學(xué)劑(通常是福爾馬林)將其滅活；減毒活疫苗是指病原體經(jīng)過各種處理后，發(fā)生變異，毒性減弱，但仍保留其免疫原性。將其接種到身體內(nèi)，不會(huì)引起疾病的發(fā)生，但病原體可在機(jī)體內(nèi)生長繁殖，引發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)，起到獲得長期或終生保護(hù)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(hù)性免疫原存在的組分制成的疫苗，即通過化學(xué)分解或有控制性的蛋白質(zhì)水解方法，提取細(xì)菌、病毒的特殊蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，篩選出具有免疫活性的片段制成的疫苗；重組蛋白疫苗是將某種病毒的目的抗原基因構(gòu)建在表達(dá)載體上，將已構(gòu)建的表達(dá)蛋白載體轉(zhuǎn)化到細(xì)菌、酵母或哺乳動(dòng)物或昆蟲細(xì)胞中，在一定的誘導(dǎo)條件下，表達(dá)出大量的抗原蛋白，通過純化后制備的疫苗。

第三代前沿疫苗包括DNA 疫苗和mRNA 疫苗，是將編碼某種抗原蛋白的病毒基因片段（DNA 或RNA）直接導(dǎo)入動(dòng)物體細(xì)胞內(nèi)（注射到人體），并通過宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)產(chǎn)生抗原蛋白，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生對該抗原蛋白的免疫應(yīng)答，以達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。兩者的區(qū)別在于DNA 是先轉(zhuǎn)錄成mRNA 再合成蛋白質(zhì)，mRNA則直接合成蛋白質(zhì)。

相比減毒、滅活、重組亞單位等疫苗，mRNA 疫苗生產(chǎn)工藝簡單，無需細(xì)胞培養(yǎng)或動(dòng)物源基質(zhì)，合成速度快，成本低。相比同屬核酸疫苗的DNA 疫苗，mRNA 疫苗發(fā)揮作用無需進(jìn)入細(xì)胞核，沒有整合至宿主基因組的風(fēng)險(xiǎn)，且為一過性表達(dá)，半衰期可以通過修飾進(jìn)行調(diào)整。

mRNA 疫苗從基因測序至生產(chǎn)只需要數(shù)周的時(shí)間，因此在對時(shí)間要求比較緊急的疫情中有望發(fā)揮重要作用。與傳統(tǒng)疫苗不同的是，mRNA 疫苗對非感染性疾病也可以發(fā)揮作用，腫瘤是mRNA 疫苗應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。全球領(lǐng)先的3 家mRNA 疫苗公司（CuerVac、Moderna、BioNTech）均在腫瘤領(lǐng)域建立了自己的產(chǎn)品線，包括針對個(gè)體的個(gè)性化腫瘤疫苗以及通用的腫瘤疫苗，部分已經(jīng)開展Ⅰ/Ⅱ期臨床應(yīng)用。

mRNA疫苗在新冠病毒疫情中的應(yīng)用

新冠疫情在全球擴(kuò)散，隨著疫苗的上市，每日新增患者數(shù)量有所降低，但考慮到新冠病毒的變異性，疫情的未來走勢仍撲朔迷離。相較于傳統(tǒng)疫苗，mRNA 疫苗生產(chǎn)工藝簡單，開發(fā)速度快，無需細(xì)胞培養(yǎng)，成本低，更適合應(yīng)對新冠病毒的快速變異。

全球的機(jī)構(gòu)投資者已經(jīng)意識(shí)到了mRNA 技術(shù)領(lǐng)域中的機(jī)會(huì)，隨著mRNA 技術(shù)逐步成熟，資本將進(jìn)一步集中。2020年mRNA技術(shù)領(lǐng)域的投資金額大幅增加，增幅約780%。大部分投資對象為專注于針對COVID-19 新冠病毒疫苗開發(fā)的醫(yī)藥公司。2020 年12 月后，mRNA新冠疫苗陸續(xù)投產(chǎn)，給全球mRNA 藥物行業(yè)帶來超690億美元的市場規(guī)模增幅，考慮到新冠病毒的變異性與疫苗的保護(hù)期，mRNA 新冠疫苗將持續(xù)為全球mRNA 藥物市場規(guī)模增長帶來動(dòng)力。

新冠mRNA 疫苗是人類首次在體外進(jìn)行超大規(guī)模mRNA 合成與制備并應(yīng)用于臨床的疫苗，其過程涉及生物、化學(xué)、工程等多學(xué)科，同時(shí)mRNA 藥物的生產(chǎn)在過程控制、工程保證、大規(guī)模制備工藝、質(zhì)量控制與質(zhì)量體系等多方面面臨復(fù)雜挑戰(zhàn)。在應(yīng)對挑戰(zhàn)的同時(shí)，對mRNA藥物進(jìn)行生產(chǎn)成本控制并構(gòu)建穩(wěn)定的供應(yīng)鏈成為其是否能夠成功商業(yè)化的關(guān)鍵。2021年，BioNTech 和Moderna兩家企業(yè)憑借這一疫苗躍入超級(jí)大藥企行列。

mRNA 新冠疫苗的廣泛關(guān)注給mRNA 產(chǎn)業(yè)鏈帶來歷史性的機(jī)遇，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈力量也在迅速崛起。

mRNA疫苗的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)

在mRNA 疫苗接種過程中，部分人會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng)，比如出現(xiàn)低燒或者發(fā)炎，這就意味著疫苗還有潛在要解決的問題。而mRNA 疫苗對人類的長期影響，也需要更多時(shí)間來觀察。至于mRNA 疫苗接種后是否感染重癥率較低，這一問題目前還不能得到清晰的結(jié)論。因?yàn)楫?dāng)前突破感染的數(shù)據(jù)量偏小，要想下結(jié)論則需要更大規(guī)模的真實(shí)世界數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，有很多新冠病毒的突變株出現(xiàn)，有可能會(huì)讓新冠病毒的感染率更強(qiáng)，也有可能會(huì)導(dǎo)致更高的重癥率，這是需要警惕的。

2021年6月23日，美國疾控中心公布了新冠mRNA疫苗安全性的更新數(shù)據(jù)，并著重討論了可能帶來的心肌炎、心包炎副作用。當(dāng)前美國接種mRNA 疫苗已經(jīng)超過3 億劑，VAERS 介導(dǎo)的心肌炎、心包炎報(bào)告案例超過1200 例，其中791 例接受輝瑞、BioNtech 疫苗，435 例接受Moderna 疫苗，大部分發(fā)生在第二劑接種以后。疾控中心強(qiáng)調(diào)繼續(xù)監(jiān)測心肌炎、心包炎副作用，并適當(dāng)延長隨訪時(shí)間（如3—6個(gè)月）。

國際mRNA疫苗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

mRNA 技術(shù)起步于1987 年。1990 年，Wolff 等人發(fā)現(xiàn)在小鼠肌肉組織中注射含有特定基因的質(zhì)粒DNA 或mRNA，小鼠組織局部會(huì)產(chǎn)生該基因編碼的蛋白產(chǎn)物，此后多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)用核酸免疫動(dòng)物，可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生針對該核酸編碼抗原的免疫力。但由于mRNA 不穩(wěn)定、在組織內(nèi)易被降解、細(xì)胞吸收率較低等缺陷，其研發(fā)進(jìn)展緩慢，更多研究放在DNA疫苗領(lǐng)域。

近年來的新冠疫情使得mRNA 疫苗和藥物受到全球廣泛的關(guān)注，帶動(dòng)了mRNA 領(lǐng)域的研究快速發(fā)展。根據(jù)Nature 相關(guān)統(tǒng)計(jì)，截至2021 年7 月底，全球mRNA 疫苗和藥物在研管線共180 條，雖大多數(shù)處于早期階段，但其中新冠相關(guān)應(yīng)用僅有22 條，傳染病、罕見病和腫瘤相關(guān)則多達(dá)158 條，充分說明雖然新冠疫情推動(dòng)了mRNA技術(shù)的研發(fā)，但其應(yīng)用場景在持續(xù)拓寬，并不局限于單一領(lǐng)域。綜合考慮臨床管線成功概率、推出時(shí)間及潛在市場需求等因素，預(yù)計(jì)2035 年全球mRNA 醫(yī)藥市場規(guī)模約230 億美元。而在mRNA 疫苗賽道，根據(jù)Market Study Report LLC 的測算，預(yù)計(jì)全球mRNA 預(yù)防性和治療性疫苗的市場規(guī)模在2020 年至2025 年的年復(fù)合增長率為32.0%，預(yù)計(jì)到2025 年市場規(guī)模將達(dá)到59.8 億美元。

基于mRNA 技術(shù)平臺(tái)的代表企業(yè)主要位于歐美地區(qū)（如表1），其中CuerVac、Moderna、BioNTech 被稱為“mRNA 國際三巨頭”。CuerVac 是全球第一家成功地將mRNA用于醫(yī)療目的的公司，主要關(guān)注腫瘤、感染性疾病和罕見病。Moderna 一直專注于mRNA 相關(guān)藥物和疫苗的研發(fā)，治療領(lǐng)域涵蓋了感染性疾病、腫瘤免疫治療、罕見病、心血管疾病和自身免疫疾病等，在新冠疫情中，Moderna 研發(fā)的mRNA-1273 是全球首個(gè)進(jìn)入臨床I 期試驗(yàn)的疫苗。BioNTech擁有四大技術(shù)平臺(tái)，mRNA療法平臺(tái)就是其中1 個(gè)，其余3 個(gè)平臺(tái)為細(xì)胞和基因治療平臺(tái)、蛋白質(zhì)療法平臺(tái)和小分子治療平臺(tái)。BioNTech 于2020 年啟動(dòng)“光速（Light Speed）計(jì)劃”，著力研究新冠病毒疫苗，同年3 月，BioNTech 成功與美國醫(yī)藥巨頭輝瑞（Pfizer）和中國醫(yī)藥巨頭復(fù)星醫(yī)藥達(dá)成合作。其Arcturus Therapeutics 研發(fā)的專有LUNAR?遞送系統(tǒng)可更快、更簡單地生產(chǎn)疫苗。

表1 全球主要mRNA平臺(tái)型企業(yè)相關(guān)情況

我國mRNA疫苗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國mRNA 技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展快速。從投融資情況來看，2016-2019年，我國mRNA 領(lǐng)域投融資金額并不高，但從2020 年開始大幅增加至7.66 億美元，2021年我國mRNA領(lǐng)域投融資金額達(dá)13.61 億美元。受到mRNA 新冠疫苗商業(yè)化巨大成功的激勵(lì)，國內(nèi)已有眾多企業(yè)紛紛投入mRNA 賽道，涌現(xiàn)了斯微生物、艾博生物、麗凡達(dá)生物等重點(diǎn)企業(yè)（如表2）。其中斯微生物是我國最早成立的mRNA藥物研發(fā)企業(yè)，專注于LPP 納米遞送技術(shù)和凍干制劑工藝，擁有全球領(lǐng)先的高通量技術(shù)。艾博生物與中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)研究院、沃森生物共同研制的新冠mRNA 疫苗ARCoVaX 是國內(nèi)首個(gè)獲批開展臨床試驗(yàn)的mRNA 疫苗。艾博生物也因此在2021 年順利完成3 輪融資，累計(jì)融資超11億美元。

表2 我國主要mRNA技術(shù)相關(guān)企業(yè)

我國mRNA 疫苗研發(fā)熱情高漲，臨床試驗(yàn)持續(xù)推進(jìn)。截至2022 年4 月，國內(nèi)mRNA 疫苗在研管線有23 條，10 條與非新冠疫苗相關(guān)，顯示mRNA 的疫苗應(yīng)用場景也在不斷拓寬。目前國內(nèi)雖未有產(chǎn)品獲得正式上市批準(zhǔn)，但已經(jīng)有多個(gè)mRNA 疫苗候選藥物進(jìn)入到臨床階段（如表3）。在國內(nèi)臨床進(jìn)展最快的屬艾博生物、軍科院和沃森生物共同研制的ARCoVaX，全球和國內(nèi)均已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)。據(jù)沃森生物2022 年3 月發(fā)布的調(diào)研活動(dòng)信息顯示，ARCoVaX 國內(nèi)三期臨床的現(xiàn)場工作基本結(jié)束，正在進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和持續(xù)血清檢測。進(jìn)入我國Ⅱ期臨床階段的mRNA 疫苗還有復(fù)星醫(yī)藥與BioNTech 合作的Tozinameran及麗凡達(dá)生物的LVRNA009?！?/p>

表3 我國重點(diǎn)mRNA疫苗臨床進(jìn)展