RNA疫苗是如何工作的？

丹丘生

你可能已經(jīng)知道DNA。DNA存在于每個生物細胞的細胞核中，受到核膜的保護。我們的全套遺傳密碼就以4個堿基“字母”兩兩配對的形式，“寫”在DNA這本“密碼書”上。這4個堿基是A、C、G和T。基因則是DNA上的片段，或者說是這本“密碼書”上的一個個段落或章節(jié)。它們包含的指令“描畫”了你身體的藍圖，使你成為獨一無二的你。

但是，基因的指令必須傳送到細胞質(zhì)中的“蛋白質(zhì)工廠”——核糖體中，才能組裝出蛋白。說起蛋白，你可能立刻會想到肌肉。這么說，是為了給我們一身肌肉嗎？不完全是。因為蛋白的作用要比你想像的廣泛得多。細胞需要依靠蛋白來完成身體運作所需的許多過程，比如許多新陳代謝反應（即把食物轉(zhuǎn)化成能量的反應）都需要酶的催化，而酶就是一種蛋白。

DNA本身是不會走出細胞核的。它也不會直接給核糖體打電話。那么，如何把它的指令告訴核糖體呢？對了，這需要通過信使RNA（簡稱mRNA）來傳遞。

信使RNA，一聽名字就知道它起的是信使的作用。沒錯。DNA把一些“章節(jié)”的信息轉(zhuǎn)錄到mRNA上，mRNA再把信息送到“蛋白質(zhì)工廠”。一旦mRNA到達目的地，細胞就可以根據(jù)這些指令生產(chǎn)特定的蛋白。這就是mRNA的日常工作。

核糖體是蛋白質(zhì)的加工工廠

生物體的每個細胞，都有相同的DNA。DNA只有一種，但RNA有很多種類，根據(jù)功能劃分：如搬運氨基酸將其送到核糖體的轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）和組成核糖體的核糖體RNA（rRNA）。信使RNA（mRNA）只是其中最常見的一種。DNA并不是所有生物都有的，而RNA卻是所有生物都有的，像很多病毒，包括新冠病毒，里面的遺傳物質(zhì)只有RNA，沒有DNA。有些科學家猜測，RNA可能比DNA還古老，最早的生命可能只有RNA，沒有DNA。

生物體的每個細胞，從肺細胞到肌肉細胞、神經(jīng)細胞等，都有相同的DNA。可以說，DNA是一種穩(wěn)定的、普遍的存在。即使生物體死了，在合適的環(huán)境下DNA也可以保存數(shù)萬年之久。但mRNA卻只會根據(jù)需要才產(chǎn)生。它是一種動態(tài)的存在：身體在什么時候、什么地方需要什么蛋白，那么，在那個時候那個地方就產(chǎn)生攜帶制造那個蛋白指令的mRNA。

這樣，mRNA為細胞提供了一種控制蛋白質(zhì)生產(chǎn)的辦法。mRNA就好比給“蛋白質(zhì)工廠”的訂單，什么時候開工，什么時候停工，生產(chǎn)什么樣的產(chǎn)品，數(shù)量多少，都由它來定。因為沒必要非得讓每個細胞一下子就生產(chǎn)出你整個基因組指令中所有的蛋白質(zhì)嘛。

不像DNA可以保存數(shù)萬年，mRNA就像一條讀后即刪的短消息，會定時自動銷毀，短則幾分鐘，長不超過幾小時。mRNA結(jié)構(gòu)中的一些特點——堿基U和單鏈形式——確保它只有很短的壽命。一旦mRNA指令銷毀，“蛋白質(zhì)工廠”就停工，直到收到新的指令。在我們的細胞中，由于多種RNA同時存在，為了區(qū)分，前面一般要加個小字母。但在病毒體內(nèi)，只有一種RNA，起的是我們細胞中的DNA兼mRNA的作用，所以我們后面文章中說到病毒的RNA，就是指mRNA。

在諜戰(zhàn)片中，敵人經(jīng)常會冒充自己人混進我們的隊伍，并發(fā)布錯誤的指示，給我們造成破壞。造化真是奇妙，這一幕也在小小的細胞中上演著。敵人（主要是病毒）的mRNA通過偽裝，也會冒充“自己人”向“蛋白質(zhì)工廠”發(fā)布錯誤的指示，為其制造外來蛋白。

不過，魔高一尺，道高一丈。細胞中有一種核糖核酸酶，可以識別mRNA上這些被偷偷插進去的外來RNA，并將其清除，保護細胞免受錯誤指令的影響。在這個過程中，核糖核酸酶就認識并記住了這些外來的入侵者。

但這套安全機制也并非無懈可擊，否則也就不會有病毒的肆虐了。病毒可以通過各種辦法，逃避被識別。

不管怎么說，這場識別與清除的較量，引起疫苗開發(fā)者的極大興趣。接種疫苗的目標是讓你的免疫系統(tǒng)對病原體或病原體的某一部分產(chǎn)生反應和記憶，這樣，當真正的病原體入侵時，你的免疫系統(tǒng)就能及時識別出來，快速投入戰(zhàn)斗。

目前疫苗開發(fā)的路徑有兩種，一種是傳統(tǒng)的減毒或滅活疫苗，一種是RNA疫苗。

傳統(tǒng)的減毒或滅活疫苗采用的策略是讓我們的免疫系統(tǒng)熟悉整個病原體。為此目的，研究人員先在體外通過多代培養(yǎng)病毒，然后挑出毒性已經(jīng)減輕（減毒）或者喪失繁殖能力（滅活）的病毒，然后注射到人體內(nèi)，讓我們的身體對該病毒產(chǎn)生抗體。

而RNA疫苗采取的是另一種策略，即僅讓我們的免疫系統(tǒng)熟悉病原體的某一部分——關(guān)鍵的而且是不易發(fā)生變異的部分。以新冠病毒為例。新冠病毒要入侵人體細胞，需要先拋錨登陸人體細胞，就像海盜要入侵一個國家，需要先找個港口拋錨。新冠病毒的“錨”是其表面一個個棘突蛋白。只要我們的免疫系統(tǒng)能識別新冠病毒表面的棘突蛋白，并攻擊它，病毒就無從立足。

打個比方。為了教剛出生的小羊怎么去識別狼，傳統(tǒng)疫苗的辦法是，羊媽媽把小羊領(lǐng)到一頭病狼或死狼跟前，說：“孩子，狼是長這個樣子的。以后遇到長這樣子的動物，一定要躲避。”RNA疫苗的辦法是，羊媽媽拿死狼爪子的趾節(jié)給小羊看，并說：“孩子，以后凡是遇到有這個爪子的動物，一定要躲避。”

為了讓我們的免疫系統(tǒng)事先“認識”棘突蛋白，研究人員先在體外制造出合成棘突蛋白的mRNA，通過接種注射到人體，棘突蛋白的mRNA經(jīng)過巧妙地偽裝，可以到達細胞的“蛋白質(zhì)工廠”，并開動細胞機器，為其生產(chǎn)棘突蛋白。但是，棘突蛋白作為一種外來蛋白，會被我們的免疫系統(tǒng)識別出來，消滅并記住。以后，當帶有這種棘突蛋白的病毒真來襲，就能被及時認出來。

由于科學家選擇研制的RNA疫苗，針對的是病毒上“萬變不離其宗”的部分，病毒再怎么變異，都逃不過火眼金睛，所以RNA疫苗的有效性比較高。

至于有人擔心，疫苗中的RNA會不會進入細胞核，破壞DNA。這種擔心是完全多余的。我們的細胞核不是菜鳥，外來物基本上通不過核膜這一關(guān)。

RNA疫苗的概念雖然已經(jīng)提出好些年了，但僅僅在這次疫情中才被研制出來并投入使用。它相比傳統(tǒng)疫苗，還有其他優(yōu)點（見“傳統(tǒng)疫苗與RNA疫苗之比較”）。它在這次疫情中的大顯身手預示著它未來還有更廣闊的應用前景。各國科學家們目前正在研制針對流感、寨卡、狂犬病和其他一些病毒性傳染病的RNA疫苗。

mRNA疫苗工作原理