隨著新冠疫苗和2023年諾貝爾生理學或醫學獎的頒布，mRNA這個分子生物學詞匯已婦孺皆知。mRNA即信使RNA，如果說基因產生“指令”，決定我們身體的性狀，那mRNA就是傳遞基因“指令”的“信使”，它把“指令”翻譯成各種蛋白質，從而在體內發揮各種生物學功能。
人類很早就已掌握體外合成mRNA的技術，并可以利用人體體內細胞作為生物工廠制造所需要的蛋白質；但要讓體外制備的mRNA在細胞內啟動翻譯，就必須要給它們“加帽”。曾經，“加帽”長期被美國企業壟斷，2023年起，由廣州k8凱發官網醫藥科技有限公司研制出的一頂“新帽子”突破了專利壁壘，成為第二家獲得全球專利的企業，且顯著提高了生物功能效率和生產效率，價廉物美，正迅速顛覆mRNA全球供應鏈。本期《科技周刊》，我們將帶大家了解誕生在廣州的神奇mRNA“加帽”技術，并向大家科普各類mRNA的重要應用和科學原理。
廣州產“帽子” 開發疫苗更高效
● 起始翻譯速度更快
● 翻譯出的蛋白更多
● mRNA穩定性大增
● 藥企和科研機構成本大降
廣州產的這頂新“帽子”效果如何？
據廣州k8凱發官網醫藥科技有限公司科研帶頭人劉博士介紹，公司和下游客戶已對LZCap做了數千次測試，這些測試發現，LZCap在不少性能上比CleanCap更有優勢。
廣州k8凱發官網醫藥科技有限公司實驗室
首先是起始翻譯速度更快，“我們用LZCap加帽的mRNA在進行實驗時，約3小時就能快速起始翻譯，比CleanCap加帽的mRNA起始翻譯速度快很多。”
第二，翻譯出的蛋白更多，“多次實驗表明，用LZCap加帽的mRNA翻譯蛋白更加高效，其72個小時翻譯出來蛋白的總量是CleanCap的1.5~3倍，有望顯著降低mRNA藥物的治療劑量和成本，并提升安全性。”
第三，含有 LZCap的mRNA能夠耐受脫帽酶，大大增加了mRNA的穩定性。
第四，將讓由此開發出的mRNA疫苗更加低毒，“mRNA通常需要被LNP脂質納米顆粒包裹才能遞送進入細胞體內，但LNP脂質納米顆粒中有一種可電離脂質具有一定的毒性。LZCap提升了mRNA的翻譯效率和速度，在實際應用時可以減少脂質體納米顆粒的包裹，從而間接降低了成本和藥物的毒性，這是LZCap最重要的意義和功能。”
LZCap上市，更大的意義在于其大大降低了藥企和科研機構的成本。目前，廣州生產的LZCap已上市1年多，新建了2300平方米的標準生產車間，已開啟GMP（GMP是一套適用于制藥、食品等行業的強制性標準）規模化生產。
劉博士表示，mRNA藥物在臨床應用開發相對新銳，目前，國內有數十家藥企布局了mRNA的相關管線，其中大部分已成為公司的下游客戶。劉博士堅信，將有越來越多企業用到這項mRNA關鍵底層核心技術。
推進mRNA產學研發展
生物醫藥與健康屬于廣州“12218現代化產業體系”的重要一極。當前，廣州的mRNA產學研發展多點開花、快速推進。
在產學研合作方面，據鐘南山院士透露，2023年4月，由廣州醫科大學附屬第一醫院牽頭發起，艾博生物科技有限公司作為合作單位的一款針對肺癌mRNA疫苗（ABOR2013）的臨床研究項目（IIT）正式啟動，旨在評估其在相關肺癌患者中的安全性、耐受性和有效性。
2022年8月，粵港澳大灣區精準醫學研究院（廣州）與中山大學腫瘤防治中心、上海藍鵲生物醫藥有限公司在廣州南沙落地EB病毒mRNA治療性疫苗項目，標志著治療性鼻咽癌mRNA疫苗的研發和產業化邁出了關鍵一步。
在黃埔，2021年，廣州開發區投資引進了銳博生物新成立的阿格納制藥，并啟動建設大規模的mRNA疫苗原液生產線。據銳博生物董事長張必良介紹，從進料、灌裝到包裝和運輸，一年可灌裝4億多劑疫苗。
在南沙，沃森生物投資建設的沃森生物國際總部RNA全球產業化中心項目一期生產線2.5萬平方米廠房完成封頂。
2023年9月，廣州派真生物科技有限公司宣布與一家CDMO企業達成戰略合作，攜手推進mRNA藥物和疫苗的開發。
《廣東省發展生物醫藥與健康戰略性支柱產業集群行動計劃（2021—2025年）》提出，廣東要完善廣州、深圳雙核驅動發展格局，推動包括mRNA疫苗在內的生物醫藥產業發展。相關市場研報認為，長期來看，隨著其他預防性疫苗和治療性藥物的進入，預計市場將從2028年開始增長，2035年將達到230億美元。
“加帽”幫助mRNA起始翻譯
●流程第一步
生產質粒DNA。人們通常選擇大腸桿菌作為宿主細胞，通過培養細胞、細胞裂解、分離、純化，去除宿主蛋白等雜質，最終獲得高純度、高質量的質粒DNA產物?。
●流程第二步
體外轉錄與mRNA的修飾。經過加工后的質粒DNA轉錄生成mRNA。一條mRNA鏈由四種核苷酸排列組合而成，由于外源的mRNA進入人體后，會激起人體的免疫反應而迅速失效，為避免人體的免疫系統攻擊，就必須對mRNA進行一番“喬裝打扮”，這就是核苷酸修飾。2023年，諾貝爾生理學或醫學獎得主卡塔林·卡里科和德魯·魏斯曼正是憑借發現核苷酸修飾，開發出有效的mRNA疫苗而獲獎。“加帽”是mRNA體外制備的重要步驟，其方法就是在mRNA的最前端添加一組經過修飾的核苷酸帽類似物，從而促使mRNA啟動翻譯。
●流程第三步
mRNA的封裝。由于mRNA極易被降解，因此需要對其進行特殊的保護措施。科學家通過脂質納米顆粒包裹mRNA等方式，完成了對mRNA的保護，幫助mRNA進入人體細胞，翻譯產生相應的蛋白，并發揮其生理功能。
從疫苗到罕見病治療 應用場景廣泛
●預防性疫苗
在預防性疫苗領域，科研人員可以針對傳染性疾病的mRNA疫苗編碼相關病原體的抗原，注射后可在體內表達出特異性的抗原，同時誘導細胞免疫和體液免疫，刺激產生相應抗體和免疫細胞，用以預防相應病原體。如新冠mRNA疫苗，科研人員就是將編碼新冠病毒S蛋白的mRNA傳遞至體內，合成的S蛋白刺激機體產生抗體。目前，全球多款mRNA疫苗已經進入臨床開發階段，用于預防巨細胞病毒（CMV）、寨卡病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）、流感病毒、狂犬病毒等的疫苗。
●治療性疫苗
在治療性疫苗領域，大家比較熟知的就是癌癥疫苗。科研人員將編碼腫瘤特異性抗原靶點的mRNA通過特定方式遞送到體內，使這些腫瘤特異性抗原翻譯并呈遞到細胞表面，進而激活免疫系統，使其能特異性識別并殺傷腫瘤細胞，可用于治療腫瘤。
●治療罕見病
mRNA可以通過蛋白替代療法治療罕見病，方法是將一段編輯過的mRNA注入人體，使人體細胞產生某種治療作用的蛋白質，對相關罕見病進行治療。例如，莫得納公司正在進行臨床試驗的mRNA-3705，這是一款治療甲基丙二酸血癥（MMA）的在研mRNA療法，可以用于治療因為甲基丙二酸單酰輔酶A變位酶（MUT）功能缺失引起的MMA患者。
●基因編輯
在基因編輯方面，mRNA技術可用于表達基因編輯工具所需的蛋白，如CRISPR-Cas9等，從而實現對基因的編輯和修飾，為基因治療等研究提供了新的手段。
●農業
在農業領域，mRNA技術可用于非洲豬瘟等疾病疫苗的快速開發。
科學家解前沿
●中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院巫林平研究員：研制胰腺癌mRNA疫苗
巫林平主要從事mRNA的納米靶向遞送系統的研究。mRNA的分子量比較大，而且帶負電荷，很難自由進入細胞，這就需要把mRNA分子裝載到“定位導航器”上，這個定位導航器小到納米級別，它知道怎么找到生病的地方，就像一個聰明的納米“快遞員”，直接把mRNA這個“包裹”送到病灶，發揮mRNA治療疾病的功能。“對于一些預防性疫苗，我們可以采用肌肉注射。但對于一些治療腫瘤的mRNA疫苗或mRNA蛋白替代療法，如治療肺癌的mRNA藥物，則需要把mRNA藥物準確遞送到肺里，并減輕它的毒副作用。”
目前，巫林平所在團隊正在開發治療胰腺癌的mRNA疫苗和藥物，“‘胰腺癌’是癌中之王，我們想用mRNA這一創新技術，為治療胰腺癌提供一個可行的治療方案。我們已經完成了臨床前的動物藥效驗證及動物安全性評價，希望在明年將這一治療性疫苗推上臨床。”
未來，廣州生物醫藥領域如何進一步開發mRNA相關的管線？巫林平認為，廣州需要進一步加快布局自主知識產權的mRNA核心成藥技術，“我們在核心技術上還需要大幅度的投入，去更快更好地突破國外專利壁壘。目前不少地方都在加大mRNA領域的新藥/疫苗開發進度，但很多核心技術還亟待突破。”
統籌編輯/梁倩薇、嵇沈玲
新媒體統籌/崔素華
文/廣州日報新花城記者：武威
廣州日報新花城編輯：馬俊賢
