隨著新冠疫苗和2023年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的頒布，mRNA這個(gè)分子生物學(xué)詞匯已婦孺皆知。mRNA即信使RNA，如果說(shuō)基因產(chǎn)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(zhì)，從而在體內(nèi)發(fā)揮各種生物學(xué)功能。

人類很早就已掌握體外合成mRNA的技術(shù)，并可以利用人體體內(nèi)細(xì)胞作為生物工廠制造所需要的蛋白質(zhì)；但要讓體外制備的mRNA在細(xì)胞內(nèi)啟動(dòng)翻譯，就必須要給它們“加帽”。曾經(jīng)，“加帽”長(zhǎng)期被美國(guó)企業(yè)壟斷，2023年起，由廣州k8凱發(fā)官網(wǎng)醫(yī)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?qū)＠钠髽I(yè)，且顯著提高了生物功能效率和生產(chǎn)效率，價(jià)廉物美，正迅速顛覆mRNA全球供應(yīng)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(shù)，并向大家科普各類mRNA的重要應(yīng)用和科學(xué)原理。

廣州產(chǎn)“帽子” 開(kāi)發(fā)疫苗更高效

● 起始翻譯速度更快

● 翻譯出的蛋白更多

● mRNA穩(wěn)定性大增

● 藥企和科研機(jī)構(gòu)成本大降

廣州產(chǎn)的這頂新“帽子”效果如何？

據(jù)廣州k8凱發(fā)官網(wǎng)醫(yī)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(duì)LZCap做了數(shù)千次測(cè)試，這些測(cè)試發(fā)現(xiàn)，LZCap在不少性能上比CleanCap更有優(yōu)勢(shì)。

廣州k8凱發(fā)官網(wǎng)醫(yī)藥科技有限公司實(shí)驗(yàn)室

首先是起始翻譯速度更快，“我們用LZCap加帽的mRNA在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，約3小時(shí)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(shí)驗(yàn)表明，用LZCap加帽的mRNA翻譯蛋白更加高效，其72個(gè)小時(shí)翻譯出來(lái)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(wěn)定性。

第四，將讓由此開(kāi)發(fā)出的mRNA疫苗更加低毒，“mRNA通常需要被LNP脂質(zhì)納米顆粒包裹才能遞送進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，但LNP脂質(zhì)納米顆粒中有一種可電離脂質(zhì)具有一定的毒性。LZCap提升了mRNA的翻譯效率和速度，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以減少脂質(zhì)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(jī)構(gòu)的成本。目前，廣州生產(chǎn)的LZCap已上市1年多，新建了2300平方米的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)車間，已開(kāi)啟GMP（GMP是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)模化生產(chǎn)。

劉博士表示，mRNA藥物在臨床應(yīng)用開(kāi)發(fā)相對(duì)新銳，目前，國(guó)內(nèi)有數(shù)十家藥企布局了mRNA的相關(guān)管線，其中大部分已成為公司的下游客戶。劉博士堅(jiān)信，將有越來(lái)越多企業(yè)用到這項(xiàng)mRNA關(guān)鍵底層核心技術(shù)。

推進(jìn)mRNA產(chǎn)學(xué)研發(fā)展

生物醫(yī)藥與健康屬于廣州“12218現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系”的重要一極。當(dāng)前，廣州的mRNA產(chǎn)學(xué)研發(fā)展多點(diǎn)開(kāi)花、快速推進(jìn)。

在產(chǎn)學(xué)研合作方面，據(jù)鐘南山院士透露，2023年4月，由廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院牽頭發(fā)起，艾博生物科技有限公司作為合作單位的一款針對(duì)肺癌mRNA疫苗（ABOR2013）的臨床研究項(xiàng)目（IIT）正式啟動(dòng)，旨在評(píng)估其在相關(guān)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(qū)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院（廣州）與中山大學(xué)腫瘤防治中心、上海藍(lán)鵲生物醫(yī)藥有限公司在廣州南沙落地EB病毒mRNA治療性疫苗項(xiàng)目，標(biāo)志著治療性鼻咽癌mRNA疫苗的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵一步。

在黃埔，2021年，廣州開(kāi)發(fā)區(qū)投資引進(jìn)了銳博生物新成立的阿格納制藥，并啟動(dòng)建設(shè)大規(guī)模的mRNA疫苗原液生產(chǎn)線。據(jù)銳博生物董事長(zhǎng)張必良介紹，從進(jìn)料、灌裝到包裝和運(yùn)輸，一年可灌裝4億多劑疫苗。

在南沙，沃森生物投資建設(shè)的沃森生物國(guó)際總部RNA全球產(chǎn)業(yè)化中心項(xiàng)目一期生產(chǎn)線2.5萬(wàn)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(yè)達(dá)成戰(zhàn)略合作，攜手推進(jìn)mRNA藥物和疫苗的開(kāi)發(fā)。

《廣東省發(fā)展生物醫(yī)藥與健康戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)集群行動(dòng)計(jì)劃（2021—2025年）》提出，廣東要完善廣州、深圳雙核驅(qū)動(dòng)發(fā)展格局，推動(dòng)包括mRNA疫苗在內(nèi)的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相關(guān)市場(chǎng)研報(bào)認(rèn)為，長(zhǎng)期來(lái)看，隨著其他預(yù)防性疫苗和治療性藥物的進(jìn)入，預(yù)計(jì)市場(chǎng)將從2028年開(kāi)始增長(zhǎng)，2035年將達(dá)到230億美元。

“加帽”幫助mRNA起始翻譯

●流程第一步

生產(chǎn)質(zhì)粒DNA。人們通常選擇大腸桿菌作為宿主細(xì)胞，通過(guò)培養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)胞裂解、分離、純化，去除宿主蛋白等雜質(zhì)，最終獲得高純度、高質(zhì)量的質(zhì)粒DNA產(chǎn)物?。

●流程第二步

體外轉(zhuǎn)錄與mRNA的修飾。經(jīng)過(guò)加工后的質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)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(jìn)入人體后，會(huì)激起人體的免疫反應(yīng)而迅速失效，為避免人體的免疫系統(tǒng)攻擊，就必須對(duì)mRNA進(jìn)行一番“喬裝打扮”，這就是核苷酸修飾。2023年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主卡塔林·卡里科和德魯·魏斯曼正是憑借發(fā)現(xiàn)核苷酸修飾，開(kāi)發(fā)出有效的mRNA疫苗而獲獎(jiǎng)。“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(jīng)過(guò)修飾的核苷酸帽類似物，從而促使mRNA啟動(dòng)翻譯。

●流程第三步

mRNA的封裝。由于mRNA極易被降解，因此需要對(duì)其進(jìn)行特殊的保護(hù)措施。科學(xué)家通過(guò)脂質(zhì)納米顆粒包裹mRNA等方式，完成了對(duì)mRNA的保護(hù)，幫助mRNA進(jìn)入人體細(xì)胞，翻譯產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白，并發(fā)揮其生理功能。

從疫苗到罕見(jiàn)病治療 應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

●預(yù)防性疫苗

在預(yù)防性疫苗領(lǐng)域，科研人員可以針對(duì)傳染性疾病的mRNA疫苗編碼相關(guān)病原體的抗原，注射后可在體內(nèi)表達(dá)出特異性的抗原，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞免疫和體液免疫，刺激產(chǎn)生相應(yīng)抗體和免疫細(xì)胞，用以預(yù)防相應(yīng)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(nèi)，合成的S蛋白刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體。目前，全球多款mRNA疫苗已經(jīng)進(jìn)入臨床開(kāi)發(fā)階段，用于預(yù)防巨細(xì)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(lǐng)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(diǎn)的mRNA通過(guò)特定方式遞送到體內(nèi)，使這些腫瘤特異性抗原翻譯并呈遞到細(xì)胞表面，進(jìn)而激活免疫系統(tǒng)，使其能特異性識(shí)別并殺傷腫瘤細(xì)胞，可用于治療腫瘤。

●治療罕見(jiàn)病

mRNA可以通過(guò)蛋白替代療法治療罕見(jiàn)。椒ㄊ墻歡偽嗉膍RNA注入人體，使人體細(xì)胞產(chǎn)生某種治療作用的蛋白質(zhì)，對(duì)相關(guān)罕見(jiàn)病進(jìn)行治療。例如，莫得納公司正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)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?yàn)榧谆釂熙］o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(shù)可用于表達(dá)基因編輯工具所需的蛋白，如CRISPR-Cas9等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基因的編輯和修飾，為基因治療等研究提供了新的手段。

●農(nóng)業(yè)

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，mRNA技術(shù)可用于非洲豬瘟等疾病疫苗的快速開(kāi)發(fā)。

科學(xué)家解前沿

●中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)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(tǒng)的研究。mRNA的分子量比較大，而且?guī)ж?fù)電荷，很難自由進(jìn)入細(xì)胞，這就需要把mRNA分子裝載到“定位導(dǎo)航器”上，這個(gè)定位導(dǎo)航器小到納米級(jí)別，它知道怎么找到生病的地方，就像一個(gè)聰明的納米“快遞員”，直接把mRNA這個(gè)“包裹”送到病灶，發(fā)揮mRNA治療疾病的功能。“對(duì)于一些預(yù)防性疫苗，我們可以采用肌肉注射。但對(duì)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(zhǔn)確遞送到肺里，并減輕它的毒副作用。”

目前，巫林平所在團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)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(chuàng)新技術(shù)，為治療胰腺癌提供一個(gè)可行的治療方案。我們已經(jīng)完成了臨床前的動(dòng)物藥效驗(yàn)證及動(dòng)物安全性評(píng)價(jià)，希望在明年將這一治療性疫苗推上臨床。”

未來(lái)，廣州生物醫(yī)藥領(lǐng)域如何進(jìn)一步開(kāi)發(fā)mRNA相關(guān)的管線？巫林平認(rèn)為，廣州需要進(jìn)一步加快布局自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的mRNA核心成藥技術(shù)，“我們?cè)诤诵募夹g(shù)上還需要大幅度的投入，去更快更好地突破國(guó)外專利壁壘。目前不少地方都在加大mRNA領(lǐng)域的新藥/疫苗開(kāi)發(fā)進(jìn)度，但很多核心技術(shù)還亟待突破。”

統(tǒng)籌編輯/梁倩薇、嵇沈玲

新媒體統(tǒng)籌/崔素華

文/廣州日?qǐng)?bào)新花城記者：武威

廣州日?qǐng)?bào)新花城編輯：馬俊賢