mRNA疫苗技術：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 傳遞到蛋白質的信使。通俗來講，mRNA復制了細胞核中雙鏈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，并翻譯成其相應的氨基酸，最終形成蛋白質（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入機體，引起免疫反應來保護機體。而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靶標蛋白（即抗原），從而觸發免疫應答，抵抗相應的病毒。

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，分泌后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（如圖2）。

圖2 mRNA疫苗在體內作用

mRNA 分子量大，親水性強，生物活性是小分子藥物的上千倍，工業生產比較容易。但它自身的單鏈結構致使其極為不穩定，易被降解，自身攜帶負電荷，穿過表面同為負電荷的細胞膜遞送亦是難題。所以，mRNA需要特殊的修飾或包裹遞送系統才能實現胞內表達，改變mRNA 胞內的生物分布、細胞靶向和攝取機制，發揮疫苗的效果。

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

mRNA疫苗的優勢

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

第一代傳統疫苗主要包括滅活疫苗和減毒活疫苗，應用最為廣泛。滅活疫苗是指先對病毒或細菌進行培養，然后用加熱或化學劑(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后，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，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建在表達載體上，將已構建的表達蛋白載體轉化到細菌、酵母或哺乳動物或昆蟲細胞中，在一定的誘導條件下，表達出大量的抗原蛋白，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）直接導入動物體細胞內（注射到人體），并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。兩者的區別在于DNA 是先轉錄成mRNA 再合成蛋白質，mRNA則直接合成蛋白質。

相比減毒、滅活、重組亞單位等疫苗，mRNA 疫苗生產工藝簡單，無需細胞培養或動物源基質，合成速度快，成本低。相比同屬核酸疫苗的DNA 疫苗，mRNA 疫苗發揮作用無需進入細胞核，沒有整合至宿主基因組的風險，且為一過性表達，半衰期可以通過修飾進行調整。

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

mRNA疫苗在新冠病毒疫情中的應用

新冠疫情在全球擴散，隨著疫苗的上市，每日新增患者數量有所降低，但考慮到新冠病毒的變異性，疫情的未來走勢仍撲朔迷離。相較于傳統疫苗，mRNA 疫苗生產工藝簡單，開發速度快，無需細胞培養，成本低，更適合應對新冠病毒的快速變異。

全球的機構投資者已經意識到了mRNA 技術領域中的機會，隨著mRNA 技術逐步成熟，資本將進一步集中。2020年mRNA技術領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 新冠病毒疫苗開發的醫藥公司。2020 年12 月后，mRNA新冠疫苗陸續投產，給全球mRNA 藥物行業帶來超690億美元的市場規模增幅，考慮到新冠病毒的變異性與疫苗的保護期，mRNA 新冠疫苗將持續為全球mRNA 藥物市場規模增長帶來動力。

新冠mRNA 疫苗是人類首次在體外進行超大規模mRNA 合成與制備并應用于臨床的疫苗，其過程涉及生物、化學、工程等多學科，同時mRNA 藥物的生產在過程控制、工程保證、大規模制備工藝、質量控制與質量體系等多方面面臨復雜挑戰。在應對挑戰的同時，對mRNA藥物進行生產成本控制并構建穩定的供應鏈成為其是否能夠成功商業化的關鍵。2021年，BioNTech 和Moderna兩家企業憑借這一疫苗躍入超級大藥企行列。

mRNA 新冠疫苗的廣泛關注給mRNA 產業鏈帶來歷史性的機遇，國內產業鏈力量也在迅速崛起。

mRNA疫苗的應用風險

在mRNA 疫苗接種過程中，部分人會產生不良反應，比如出現低燒或者發炎，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論。因為當前突破感染的數據量偏小，要想下結論則需要更大規模的真實世界數據。現在，有很多新冠病毒的突變株出現，有可能會讓新冠病毒的感染率更強，也有可能會導致更高的重癥率，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據，并著重討論了可能帶來的心肌炎、心包炎副作用。當前美國接種mRNA 疫苗已經超過3 億劑，VAERS 介導的心肌炎、心包炎報告案例超過1200 例，其中791 例接受輝瑞、BioNtech 疫苗，435 例接受Moderna 疫苗，大部分發生在第二劑接種以后。疾控中心強調繼續監測心肌炎、心包炎副作用，并適當延長隨訪時間（如3—6個月）。

國際mRNA疫苗技術發展現狀

mRNA 技術起步于1987 年。1990 年，Wolff 等人發現在小鼠肌肉組織中注射含有特定基因的質粒DNA 或mRNA，小鼠組織局部會產生該基因編碼的蛋白產物，此后多項研究發現用核酸免疫動物，可以誘導機體產生針對該核酸編碼抗原的免疫力。但由于mRNA 不穩定、在組織內易被降解、細胞吸收率較低等缺陷，其研發進展緩慢，更多研究放在DNA疫苗領域。

近年來的新冠疫情使得mRNA 疫苗和藥物受到全球廣泛的關注，帶動了mRNA 領域的研究快速發展。根據Nature 相關統計，截至2021 年7 月底，全球mRNA 疫苗和藥物在研管線共180 條，雖大多數處于早期階段，但其中新冠相關應用僅有22 條，傳染病、罕見病和腫瘤相關則多達158 條，充分說明雖然新冠疫情推動了mRNA技術的研發，但其應用場景在持續拓寬，并不局限于單一領域。綜合考慮臨床管線成功概率、推出時間及潛在市場需求等因素，預計2035 年全球mRNA 醫藥市場規模約230 億美元。而在mRNA 疫苗賽道，根據Market Study Report LLC 的測算，預計全球mRNA 預防性和治療性疫苗的市場規模在2020 年至2025 年的年復合增長率為32.0%，預計到2025 年市場規模將達到59.8 億美元。

基于mRNA 技術平臺的代表企業主要位于歐美地區（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用于醫療目的的公司，主要關注腫瘤、感染性疾病和罕見病。Moderna 一直專注于mRNA 相關藥物和疫苗的研發，治療領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 研發的mRNA-1273 是全球首個進入臨床I 期試驗的疫苗。BioNTech擁有四大技術平臺，mRNA療法平臺就是其中1 個，其余3 個平臺為細胞和基因治療平臺、蛋白質療法平臺和小分子治療平臺。BioNTech 于2020 年啟動“光速（Light Speed）計劃”，著力研究新冠病毒疫苗，同年3 月，BioNTech 成功與美國醫藥巨頭輝瑞（Pfizer）和中國醫藥巨頭復星醫藥達成合作。其Arcturus Therapeutics 研發的專有LUNAR?遞送系統可更快、更簡單地生產疫苗。

表1 全球主要mRNA平臺型企業相關情況

我國mRNA疫苗技術發展現狀

我國mRNA 技術雖然起步較晚，但發展快速。從投融資情況來看，2016-2019年，我國mRNA 領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領域投融資金額達13.61 億美元。受到mRNA 新冠疫苗商業化巨大成功的激勵，國內已有眾多企業紛紛投入mRNA 賽道，涌現了斯微生物、艾博生物、麗凡達生物等重點企業（如表2）。其中斯微生物是我國最早成立的mRNA藥物研發企業，專注于LPP 納米遞送技術和凍干制劑工藝，擁有全球領先的高通量技術。艾博生物與中國人民解放軍軍事醫學研究院、沃森生物共同研制的新冠mRNA 疫苗ARCoVaX 是國內首個獲批開展臨床試驗的mRNA 疫苗。艾博生物也因此在2021 年順利完成3 輪融資，累計融資超11億美元。

表2 我國主要mRNA技術相關企業

我國mRNA 疫苗研發熱情高漲，臨床試驗持續推進。截至2022 年4 月，國內mRNA 疫苗在研管線有23 條，10 條與非新冠疫苗相關，顯示mRNA 的疫苗應用場景也在不斷拓寬。目前國內雖未有產品獲得正式上市批準，但已經有多個mRNA 疫苗候選藥物進入到臨床階段（如表3）。在國內臨床進展最快的屬艾博生物、軍科院和沃森生物共同研制的ARCoVaX，全球和國內均已進入Ⅲ期臨床試驗。據沃森生物2022 年3 月發布的調研活動信息顯示，ARCoVaX 國內三期臨床的現場工作基本結束，正在進行數據整理和持續血清檢測。進入我國Ⅱ期臨床階段的mRNA 疫苗還有復星醫藥與BioNTech 合作的Tozinameran及麗凡達生物的LVRNA009?！?/p>

表3 我國重點mRNA疫苗臨床進展