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以下文章(zhāng)來源于Nature Portfolio ,作者Nature Portfolio。
撰文 | Elie Dolgin
1987年(nián)底,Robert Malone做(zuò)了一(yī)個載入史冊的(de)實驗。他用信使RNA(messenger RNA,mRNA)鏈和(hé)脂滴做(zuò)了一(yī)道(dào) “分子(zǐ)亂炖”,這道(dào)基因亂炖裏的(de)人體細胞吸收了mRNA,并開始用其合成蛋白 [1]。
Malone當時是美國(guó)加州索爾克生物研究所的(de)研究生,他知道(dào)眼前的(de)這一(yī)切會對醫學(xué)産生深遠影響,于是做(zuò)了些筆(bǐ)記,并簽上了名字和(hé)日期。他在1988年(nián)1月11日的(de)筆(bǐ)記上寫道(dào),如(rú)果細胞能用被遞送到其內(nèi)部的(de)mRNA合成蛋白,“RNA就能成為(wèi)一(yī)種藥物”。索爾克實驗室的(de)另一(yī)名成員也在筆(bǐ)記上簽了名,以備後用。那年(nián)的(de)年(nián)末,Malone用實驗證明了青蛙胚胎也能吸收這些mRNA [2]。這是第一(yī)次有(yǒu)人用脂滴幫助mRNA順利進入一(yī)種活生物。
在這些實驗的(de)基礎上,誕生了曆史上最重要也最賺錢的(de)疫苗:已在全世界接種數億劑的(de)新冠mRNA疫苗。僅2021年(nián)一(yī)年(nián),其全球銷量就能達到500億美元。
當然,成功的(de)道(dào)路并非一(yī)帆風順。Malone的(de)實驗離(lí)不開前人的(de)工作,而在Malone實驗之後的(de)很多年(nián)裏,mRNA被認為(wèi)作為(wèi)藥物或疫苗都太不穩定,而且太貴。數十家研究實驗室和(hé)公司嘗試了這個想法,但都無法找到脂質與核酸的(de)完美配比——核酸是mRNA疫苗的(de)基本成分。
今天,mRNA疫苗使用的(de)很多新技術都是在Malone研究時期的(de)多年(nián)後發明出來的(de),包括經過化學(xué)修飾的(de)RNA和(hé)幫助這些RNA進入細胞的(de)不同脂滴類型。不過,自(zì)诩 “mRNA疫苗發明者”的(de)Malone依然認為(wèi)自(zì)己的(de)貢獻被忽略了。他對《自(zì)然》表示,“曆史把我(wǒ)遺忘了。”
随着各大獎項的(de)陸續揭曉,誰對這項技術具有(yǒu)奠基性貢獻的(de)争論變得沸沸揚揚——在下個月(即将到來的(de)10月的(de)第一(yī)周)諾貝爾獎公布前夕顯得尤為(wèi)激烈。不過,一(yī)向隻頒給少數幾位科(kē)學(xué)家的(de)權威獎項難免會漏掉mRNA醫學(xué)發展史上的(de)諸多貢獻者。其實,mRNA疫苗的(de)成功離(lí)不開數百位研究人員在30多年(nián)裏的(de)辛勤付出。
這也反映出科(kē)學(xué)發現是如(rú)何一(yī)步步成為(wèi)改變人類生活的(de)重大突破:幾十年(nián)看不到曙光、各種拒絕、對潛在利益的(de)你争我(wǒ)奪;當然也有(yǒu)源源不斷的(de)好奇心和(hé)面對質疑初心不改的(de)豪情。
“這是很長(cháng)的(de)一(yī)串腳印。你永遠不知道(dào)哪些東西将來會大派用場。” 美國(guó)亞利桑那州大學(xué)發育生物學(xué)家Paul Krieg說。Krieg在80年(nián)代中期也做(zuò)出了自(zì)己的(de)貢獻。
Malone的(de)實驗想法絕非憑空而來。早在1978年(nián),就有(yǒu)科(kē)學(xué)家用名為(wèi)脂質體的(de)脂質膜結構将mRNA轉運到小鼠 [3] 和(hé)人類 [4] 細胞內(nèi)誘導蛋白質表達。這種脂質體能包裹并保護mRNA,之後與細胞膜融合,将這種遺傳物質送入細胞。這些實驗建立在對脂質體和(hé)mRNA的(de)多年(nián)研究之上;脂質體和(hé)mRNA都是在60年(nián)代發現的(de)(見下圖)。
但在當時,研究人員還沒有(yǒu)把mRNA當作醫療産品看待,尤其是在實驗室合成這種遺傳物質的(de)方式還沒出現的(de)情況下。他們(men)其實希望用mRNA來研究基礎的(de)分子(zǐ)過程。大部分研究人員隻能想辦法使用來自(zì)兔子(zǐ)血細胞、培養的(de)小鼠細胞或一(yī)些其他動物來源的(de)mRNA。
事情在1984年(nián)出現了轉機(jī)。當時,Krieg和(hé)哈佛大學(xué)發育生物學(xué)家 Douglas Melton 以及分子(zǐ)生物學(xué)家 Tom Maniatis 和(hé) Michael Green 領導的(de)一(yī)個團隊合作,他們(men)利用一(yī)種RNA合成酶(取自(zì)一(yī)種病毒)和(hé)其他工具在實驗室得到了具有(yǒu)生物活性的(de)mRNA [5]——這項技術的(de)核心沿用至今。之後,Krieg将實驗室合成的(de)mRNA注射到青蛙卵子(zǐ)中,證明它和(hé)自(zì)身構建的(de)mRNA沒兩樣 [6]。
Melton和(hé)Krieg說,他們(men)主要把合成mRNA當作研究基因功能和(hé)活性的(de)工具。1987年(nián),就在Melton發現這種合成mRNA能激活或抑制蛋白産生之後,他參與創立了一(yī)家名為(wèi)Oligogen的(de)公司 [後更名為(wèi)吉利德科(kē)學(xué)公司(Gilead Sciences),總部在加州福斯特城],專門研究合成RNA抑制目标基因表達的(de)方法,尋找治病的(de)可(kě)能。但在他的(de)實驗室或合作者中,沒有(yǒu)人想到疫苗。
“衆所周知,RNA極不穩定,” Krieg說,“關于RNA的(de)一(yī)切都要非常小心。” 這或許解釋了哈佛大學(xué)的(de)技術研發部為(wèi)何不給該團隊的(de)RNA合成技術申報專利。于是,該團隊隻能把他們(men)的(de)試劑讓給威斯康星州麥迪遜的(de)一(yī)家實驗用品公司 Promega Corporation,這家公司專為(wèi)研究人員提供RNA合成工具。作為(wèi)回報,團隊得到了一(yī)筆(bǐ)不多不少的(de)專利使用費和(hé)一(yī)箱凱歌香槟。
多年(nián)後,Malone在自(zì)己的(de)實驗中使用了哈佛團隊合成mRNA的(de)方法。但他添加了一(yī)種新的(de)脂質體,這種脂質體帶一(yī)個正電荷,能增強它與mRNA帶負電的(de)骨架的(de)結合。這種脂質體由生物化學(xué)家 Philip Felgner 開發,他現在是加州大學(xué)歐文分校疫苗研發中心的(de)主任。
雖然Malone成功用這種脂質體将mRNA送入了人體細胞和(hé)青蛙胚胎,但他從來沒有(yǒu)拿到過博士學(xué)位。1989年(nián),Malone因為(wèi)和(hé)索爾克研究所的(de)導師、基因療法研究員 Inder Verma 不咬弦,提前結束了研究生學(xué)習,來到加州的(de)初創公司Vical替Felgner工作。在那裏,他們(men)與威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的(de)合作者證明了這種脂質-mRNA複合物可(kě)以促進小鼠體內(nèi)的(de)蛋白産生 [7]。
事情從這裏開始變得複雜了。Vical公司(聯合威斯康星大學(xué))和(hé)索爾克研究所都在1989年(nián)3月開始提交專利申請。但索爾克研究所很快放棄了申請,Verma則在1990年(nián)加入了Vical公司的(de)顧問委員會。
Malone稱他的(de)前導師Verma和(hé)Vical公司達成了一(yī)樁幕後交易,使得相關知識産權最後歸Vical所有(yǒu)。Malone等人被列為(wèi)發明人,但他本人不能從之後的(de)許可(kě)協議中獲利,而他本來可(kě)以從索爾克授權的(de)專利中獲利。Malone的(de)結論是:“他們(men)利用我(wǒ)的(de)想法發了财。”
Verma和(hé)Felgner斷然否認了Malone的(de)指控。“這簡直就是無稽之談。” Verma告訴《自(zì)然》,撤回專利申請是索爾克研究所技術轉移處的(de)決定。(由于被指控性騷擾,Verma在2018年(nián)從索爾克辭職,但他至今仍否認這些指控。)
Malone在1989年(nián)8月離(lí)開了Vical公司,理(lǐ)由是他與Felgner在 “科(kē)學(xué)判斷上” 以及在 “對他本人的(de)知識産權貢獻上” 存在分歧。他從醫學(xué)院畢業後接受了一(yī)年(nián)的(de)臨床培訓,後來進入了學(xué)術界,打算繼續研究mRNA疫苗,但一(yī)直拿不到經費。(1996年(nián),他向加州的(de)一(yī)個州立研究機(jī)構申請研究經費,用于研究預防季節性冠狀病毒感染的(de)mRNA疫苗,但申請失敗。)Malone隻能轉而研究DNA疫苗和(hé)遞送技術。
2001年(nián),他轉型從事商(shāng)務和(hé)咨詢工作。過去(qù)幾個月裏,他開始公開質疑以他早前研究為(wèi)基礎的(de)mRNA疫苗的(de)安全性。Malone說,疫苗産生的(de)蛋白會損害人體細胞,而且疫苗的(de)風險超過它對兒童和(hé)年(nián)輕人的(de)益處——這種觀點受到其他科(kē)學(xué)家和(hé)衛生專家的(de)一(yī)再反駁。
1991年(nián),Vical 公司與大型疫苗生産商(shāng)美國(guó)默克集團(Merck)達成了一(yī)項數百萬美元的(de)研究合作和(hé)許可(kě)協議。默克集團的(de)科(kē)研人員用小鼠測試了這一(yī)mRNA技術,試圖發明一(yī)款流感疫苗,但後來又放棄了。“生産成本和(hé)可(kě)行(xíng)性迫使我(wǒ)們(men)喊停。” 前默克研究人員、如(rú)今為(wèi)各大公司提供疫苗研發咨詢的(de) Jeffery Ulmer 說。
法國(guó)斯特拉斯堡有(yǒu)一(yī)家小型生物技術公司,名為(wèi)Transgène,那裏的(de)研究人員也有(yǒu)同樣的(de)感受。1993年(nián),Pierre Meulien 在該公司領導的(de)一(yī)個團隊與産業界和(hé)學(xué)術界合作,首次證明了包在脂質體中的(de)mRNA能在小鼠體內(nèi)誘導出一(yī)種特異性的(de)抗病毒免疫應答 [8]。[另一(yī)個激動人心的(de)進展出現在1992年(nián),當時美國(guó)斯克裏普斯研究所(Scripps Research Institute)的(de)科(kē)學(xué)家用mRNA技術取代了大鼠體內(nèi)缺少的(de)一(yī)種蛋白,用來治療代謝疾病[9]。但獨立實驗室又花了20年(nián)的(de)時間才取得了類似的(de)成功。]
Transgène公司的(de)研究人員為(wèi)他們(men)的(de)發明申請了專利,并繼續研究mRNA疫苗。Meulien當時估計他至少需要1億歐元(約1.19億美元)來優化整個平台,但他說自(zì)己沒打算為(wèi)這個 “高(gāo)風險” 的(de)項目向他的(de)老闆要這麽多錢。Meulien現在已經是 Innovative Medicines Initiative 的(de)主管,這是一(yī)家位于布魯塞爾的(de)公私合營企業。由于Transgène的(de)母公司決定不再續費,這個專利便失效了。
Meulien的(de)團隊和(hé)默克的(de)團隊一(yī)樣,後來都去(qù)研究DNA疫苗和(hé)其他基于載體的(de)遞送系統了。DNA疫苗平台最終獲得了一(yī)些獸醫上的(de)應用許可(kě),比如(rú)用來預防養魚場出現感染。就在上個月,印度的(de)監管當局批準了全球首個供人類使用的(de)新冠DNA疫苗(參見:印度将推出全球首個新冠DNA疫苗)。但是,DNA疫苗在人體上的(de)進展一(yī)直很慢,個中原因迄今仍未得到完全理(lǐ)解。
Ulmer認為(wèi),産業界在DNA技術上的(de)發力也帶動了RNA疫苗的(de)進展,無論是生産和(hé)監管環節,還是序列設計和(hé)分子(zǐ)機(jī)制,“我(wǒ)們(men)從DNA上學(xué)到的(de)很多東西都可(kě)以直接用于RNA,” 他說,“這為(wèi)RNA的(de)成功奠定了基礎。”
從1990年(nián)代到2000年(nián)代的(de)大部分時期裏,幾乎每個想做(zuò)mRNA的(de)疫苗公司都把目光投向了别處。傳統觀點總是覺得mRNA太容易降解,生産成本太高(gāo)。瑞典卡羅林斯卡醫學(xué)院病毒學(xué)家 Peter Liljeström 說:“這是一(yī)場持續的(de)掙紮。” Liljeström在30年(nián)前開創了一(yī)種“自(zì)擴增”的(de)RNA疫苗。
Matt Winkler說:“RNA用起來實在太難了。” Winkler于1989年(nián)在美國(guó)成立了最早專注于RNA的(de)實驗用品公司之一(yī)Ambion。“如(rú)果你當時問我(wǒ)是不是可(kě)以把RNA作為(wèi)疫苗打到人體內(nèi),我(wǒ)肯定會當着你的(de)面大笑。”
mRNA疫苗的(de)概念在腫瘤界倒是頗受歡迎,但研究人員主要想用它來治療疾病,而不是預防疾病。從基因治療師 David Curiel 的(de)工作開始,許多學(xué)術人員和(hé)初創公司都在研究mRNA是否能用來對付癌症。這裏的(de)思路是:如(rú)果mRNA能編碼癌細胞表達的(de)蛋白,那麽把mRNA注射到體內(nèi)就可(kě)以訓練免疫系統去(qù)攻擊這些細胞。
目前就職于華盛頓大學(xué)醫學(xué)院的(de)Curiel在小鼠上成功了幾次 [10]。但是當他向Ambion公司闡述其中的(de)商(shāng)業機(jī)遇時,公司告訴他:“我(wǒ)們(men)看不到這個技術的(de)任何經濟潛力。”
相比之下,另一(yī)位癌症免疫學(xué)家取得了更多成功——1997年(nián),全球第一(yī)家mRNA治療公司由此誕生。Eli Gilboa 的(de)建議是從血液中獲得免疫細胞,“唆使” 它們(men)吸收編碼腫瘤蛋白的(de)合成mRNA,再将這些細胞注射到體內(nèi),調動免疫系統攻擊潛伏的(de)腫瘤。
Gilboa和(hé)他在美國(guó)杜克大學(xué)醫學(xué)院的(de)同事在小鼠中演示了以上過程 [11]。到90年(nián)代末,學(xué)術合作者已經啓動了人體試驗,Gilboa的(de)商(shāng)業衍生公司 Merix Bioscience(後更名為(wèi)Argos Therapeutics,現名為(wèi)CoImmune)很快開展了自(zì)己的(de)臨床研究。整個技術看上去(qù)很有(yǒu)前景,但幾年(nián)後,一(yī)個已經進入後期的(de)候選疫苗在一(yī)次大規模試驗中失敗了,這類技術現在幾乎已經很少有(yǒu)人關注。
雖然如(rú)此,Gilboa的(de)工作還是産生了很重要的(de)影響——這些工作讓CureVac和(hé)BioNTech的(de)創始人決定投身mRNA的(de)研究——這兩家德國(guó)公司現在已是全球領先的(de)mRNA企業。CureVac的(de) Ingmar Hoerr 和(hé)BioNTech的(de)Uğur Şahin告訴《自(zì)然》,在了解到Gilboa的(de)工作後,他們(men)也想做(zuò)此嘗試,但是是通過把mRNA直接注射到體內(nèi)的(de)方式。
“出現了雪球效應。” 目前在邁阿密大學(xué)米勒醫學(xué)院任職的(de)Gilboa說。
Hoerr是第一(yī)個取得成功的(de)。2000年(nián),還在德國(guó)圖賓根大學(xué)的(de)他報道(dào)了直接注射也許能誘導小鼠體內(nèi)的(de)免疫應答 [12]。他在那年(nián)創立了CureVac(也位于圖賓根),但感興趣的(de)研究人員或投資人很少。Hoerr在一(yī)場學(xué)術會議上報告了一(yī)些早期小鼠數據,他說,“當時第一(yī)排的(de)一(yī)位諾貝爾獎得主站起來說,‘你這些都是胡說八道(dào),全是胡扯’。”(Hoerr拒絕透露這位諾貝爾獎得主是誰。)
但慢慢地(dì),資金開始源源不斷地(dì)湧入,不到幾年(nián)就開始了人體實驗。該公司當時的(de)首席科(kē)學(xué)官 Steve Pascolo 成了第一(yī)個實驗對象:他給自(zì)己注射 [13] 了mRNA,現在腿部還有(yǒu)一(yī)個火柴頭大小的(de)白色傷疤,這是當時皮膚科(kē)醫生為(wèi)了做(zuò)多點活檢留下的(de)。之後沒多久,公司就啓動了使用皮膚癌患者的(de)腫瘤特異性mRNA的(de)正規試驗。
Şahin和(hé)他的(de)免疫學(xué)家妻子(zǐ) Özlem Türeci 也是在90年(nián)代末開始研究mRNA的(de),但成立公司的(de)時間要比Hoerr晚。他們(men)倆人在德國(guó)美因茨約翰內(nèi)斯古滕貝格大學(xué)研究這項技術很多年(nián),期間專利、論文、經費全部到位,并在2007年(nián)向一(yī)位億萬富翁投資人提交了一(yī)份商(shāng)業計劃書。Şahin 說:“如(rú)果能成功,将具有(yǒu)開拓意義。” 後來,他拿到了1.5億歐元的(de)創業資金。
2021同年(nián),剛剛成立的(de)mRNA公司RNARx得到了美國(guó)政府向小企業發放的(de)一(yī)筆(bǐ)相對微薄的(de)款項:97396美元。公司的(de)兩位創始人——生物化學(xué)家 Katalin Karikó 和(hé)免疫學(xué)家 Drew Weissman 當時都供職于美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)(簡稱賓大),他們(men)做(zuò)出了現在一(yī)些人認為(wèi)非常關鍵的(de)發現:改變mRNA的(de)部分密碼子(zǐ)能幫助合成mRNA躲過細胞的(de)固有(yǒu)免疫防禦。
Karikó在整個90年(nián)代都在實驗室埋頭苦幹,她的(de)目标是讓mRNA成為(wèi)一(yī)個藥物平台,但資助機(jī)構一(yī)再拒絕了她的(de)經費申請。1995年(nián),在經曆多次挫敗後,賓大要求她選擇辭職或降職減薪。她最終選擇了留下,繼續追求她的(de)目标,改進Malone的(de)實驗方法 [14],誘導細胞産生具有(yǒu)治療相關性的(de)較大複雜蛋白 [15]。
到了1997年(nián),她開始與Weissman合作,Weissman此時剛在賓大成立了自(zì)己的(de)實驗室。兩人計劃一(yī)起開發針對HIV/AIDS的(de)mRNA疫苗。不過,Karikó的(de)mRNA在注射到小鼠體內(nèi)時産生了很大的(de)炎症反應。
她和(hé)Weissman很快找到了原因:這種合成mRNA激活了 [16] 一(yī)連串名為(wèi)Toll樣受體的(de)免疫傳感器,這些受體能在第一(yī)時間對來自(zì)病原體的(de)危險信号作出響應。2005年(nián),兩人發表論文指出,重新編排mRNA的(de)一(yī)個核苷酸——尿苷——的(de)化學(xué)鍵 ,就能創造出一(yī)種名為(wèi)假尿苷的(de)類似物,這種方法似乎能防止機(jī)體将合成mRNA視(shì)為(wèi)敵人 [17]。
那個時候,很少有(yǒu)科(kē)學(xué)家看到修飾核苷酸的(de)治療價值,但科(kē)學(xué)界很快就意識到了它們(men)的(de)潛力。2010年(nián)9月,波士頓兒童醫院幹細胞生物學(xué)家 Derrick Rossi 領導一(yī)個團隊描述了如(rú)何用修飾的(de)RNA改造皮膚細胞,先變成胚胎樣幹細胞,再變成收縮的(de)肌肉組織 [18]。研究結果引起了轟動,Rossi入選了《時代周刊》(Time)2010年(nián) “年(nián)度重要人物” 并在坎布裏奇市(shì)聯合創立了Moderna公司。
Moderna公司嘗試獲得賓大在2006年(nián)申請的(de)Karikó和(hé)Weissman的(de)修飾mRNA專利的(de)許可(kě),但晚了一(yī)步。在與RNARx達成許可(kě)協議未果後,賓大已于2010年(nián)2月向麥迪遜的(de)一(yī)家小型實驗試劑供應商(shāng)授予了獨家專利。如(rú)今名為(wèi)Cellscript的(de)這家供應商(shāng)當時在協議中支付了30萬美元,現在能從Moderna和(hé)BioNTech的(de)轉授許可(kě)費中獲得數億美元。Moderna和(hé)BioNTech是最先推出新冠mRNA疫苗的(de)兩家公司,它們(men)的(de)産品都含有(yǒu)修飾的(de)mRNA。
與此同時,RNARx用光了另一(yī)筆(bǐ)總額80萬美元的(de)小企業資助款項,并在2013年(nián)停止經營,在這前後Karikó也加入了BioNTech(同時保留了她在賓大的(de)兼職)。
Karikó和(hé)Weissman的(de)發現對mRNA疫苗的(de)成功是否關鍵,研究人員對此争論不休。Moderna一(yī)直在使用修飾的(de)mRNA,其公司名本身就是這兩個詞的(de)組合。其他一(yī)些公司則不然。
馬薩諸塞州制藥公司Shire的(de)人類遺傳學(xué)療法部研究人員給出的(de)理(lǐ)由是,隻要添加正确的(de) “帽” 結構并清除所有(yǒu)雜質,未修飾的(de)mRNA也能成為(wèi)一(yī)種效果類似的(de)産品。“歸根結底還是要看RNA的(de)質量。” Michael Heartlein 說。Heartlein在Shire負責領導科(kē)研工作,日後在 Translate Bio 繼續推進這項技術——Shire後來把它的(de)mRNA産品線出售給了 Translate Bio。(Shire現在屬于日本的(de)武田制藥。)
雖然Translate公司的(de)一(yī)些人體數據顯示,其mRNA不會誘導危險的(de)免疫應答,但它的(de)平台依然需要接受臨床驗證:它的(de)候選新冠疫苗仍處于人體試驗初期。但法國(guó)制藥巨頭賽諾菲(Sanofi)很看好該技術的(de)前景:2021年(nián)8月,賽諾菲宣布計劃以32億美元收購Translate。(Heartlein去(qù)年(nián)另起爐竈,在馬薩諸塞州創建了一(yī)家名為(wèi)Maritime Therapeutics的(de)公司。)
與此同時,CureVac公司也為(wèi)緩解免疫應答提出了自(zì)己的(de)策略,該策略需要改變mRNA的(de)基因序列,将其疫苗中的(de)尿苷減至最少。二十年(nián)的(de)辛苦耕耘似乎終于有(yǒu)了收獲,該公司的(de)狂犬病 [19] 和(hé)COVID-19 [20] 實驗性疫苗都在早期試驗中表現不俗。但在6月,後期的(de)試驗數據顯示,CureVac的(de)候選新冠疫苗在保護效力上不如(rú)Moderna或BioNTech的(de)疫苗。
看到這些結果,一(yī)些mRNA專家現在相信,假尿苷是這項技術中不可(kě)或缺的(de)元素,他們(men)說,Karikó和(hé)Weissman的(de)發現是值得認可(kě)和(hé)嘉獎的(de)主要貢獻之一(yī)。“真正的(de)獲獎者應該是修飾的(de)RNA。” 專注于mRNA療法的(de)合成生物學(xué)公司 Strand Therapeutics 的(de)聯合創始人、首席執行(xíng)官 Jake Becraft 說。
但也不是人人都這麽肯定。“可(kě)能影響mRNA疫苗安全性和(hé)效力的(de)因素有(yǒu)很多,mRNA的(de)化學(xué)修飾隻是其中之一(yī)。” 蘇州艾博生物科(kē)技有(yǒu)限公司首席執行(xíng)官英博說。這家中國(guó)公司的(de)新冠mRNA疫苗已進入臨床後期。(産品名為(wèi)ARCoV,使用的(de)是未修飾的(de)mRNA。)
說到關鍵技術,許多專家還提到了對mRNA疫苗至關重要的(de)另一(yī)項創新成果——這次和(hé)mRNA沒有(yǒu)任何關系。它就是脂質納米粒(LNP),這種微小脂滴能保護mRNA并将其送入細胞。
這項技術來自(zì) Pieter Cullis 的(de)實驗室和(hé)他創立或管理(lǐ)的(de)多家公司。Cullis是加拿大不列颠哥(gē)倫比亞大學(xué)的(de)生物化學(xué)家。90年(nián)代末起,他的(de)實驗室和(hé)公司便首創将LNP用于遞送能讓基因失去(qù)活性的(de)核酸鏈。其中一(yī)種藥物叫patisiran,現已被批準用于治療一(yī)種罕見遺傳病。
之後,基因沉默療法逐漸在臨床試驗中顯示出效果,2012年(nián),Cullis的(de)兩家公司開始轉型,探索LNP遞送系統在基于mRNA的(de)藥物中的(de)應用前景。比如(rú)溫哥(gē)華的(de) Acuitas Therapeutics 公司在首席執行(xíng)官Thomas Madden的(de)領導下與Weissman在賓大的(de)團隊以及多家mRNA公司合作,共同測試mRNA-LNP的(de)不同配比。其中一(yī)個配比已經被BioNTech和(hé)CureVac的(de)新冠疫苗所使用。Moderna的(de)LNP複合物也與此相差無幾。
這種納米粒含有(yǒu)四種脂質分子(zǐ):三個分子(zǐ)決定結構和(hé)穩定性;第四個名為(wèi)可(kě)電離(lí)脂質的(de)分子(zǐ)是LNP有(yǒu)效的(de)關鍵。這種物質在實驗條件下帶正電,與Felgner開發的(de)、Malone在80年(nián)代末測試的(de)脂質體具有(yǒu)類似優勢。但Cullis和(hé)商(shāng)業夥伴開發的(de)可(kě)電離(lí)脂質能在生理(lǐ)條件下(如(rú)在血液中)變成中性,這樣能減少對人體的(de)毒性。
此外,混合四種脂質能讓産品的(de)保質期更長(cháng),在體內(nèi)的(de)穩定性更好,在Cullis管理(lǐ)的(de)多家公司擔任前高(gāo)管的(de) Ian MacLachlan 說,“我(wǒ)們(men)現在的(de)藥理(lǐ)學(xué)是建立在所有(yǒu)這一(yī)切的(de)基礎之上的(de)。”
到了2000年(nián)代中期,研究人員想出了一(yī)種混合和(hé)生産這些納米粒的(de)新方法,需要用到名為(wèi)T-connector的(de)裝置将脂肪(溶解在酒精中)與核酸(溶解在酸緩沖液中)結合。當兩種溶液混合時,這些成分會自(zì)發形成緊密的(de)LNP [21]。這種方法已被證明比生産基于mRNA的(de)藥物的(de)其他方式更可(kě)靠。
一(yī)旦将所有(yǒu)碎片拼接起來,“就像是天呐,我(wǒ)們(men)終于有(yǒu)一(yī)個可(kě)以規模化的(de)生産流程了。” 目前在聖叠戈 Replicate Bioscience 公司擔任首席發展官的(de) Andrew Geall 說。2012年(nián),Geall帶領首支團隊在諾華(Novartis)美國(guó)分部成功結合了LNP與RNA疫苗 [22]。所有(yǒu)mRNA公司現在都在用類似這種LNP遞送平台和(hé)生産系統,但相關專利的(de)歸屬權仍深陷法律糾紛。比如(rú)Moderna就與Cullis的(de)一(yī)家公司——溫哥(gē)華的(de) Arbutus Biopharma ——對簿公堂:Moderna新冠疫苗使用的(de)LNP技術到底是誰的(de)專利?
到了2000年(nián)代末,多家大型藥企都開始向mRNA進軍。2008年(nián),諾華和(hé)Shire都成立了mRNA研發部門——前者(由Geall領導)關注疫苗,後者(由Heartlein領導)關注藥物。BioNTech便在那年(nián)成立,其他初創公司也紛紛入局,這是因為(wèi)美國(guó)國(guó)防部高(gāo)級研究計劃局(DARPA)在2012年(nián)決定資助産業界研究RNA疫苗和(hé)藥物。Moderna便是在此基礎上壯大的(de)公司之一(yī)——2015年(nián)已經籌資超過10億美元,其目标是利用mRNA誘導體內(nèi)細胞産生自(zì)己的(de)藥物,治療因蛋白缺失或失效導緻的(de)疾病。當這個計劃落空時,Moderna在其首席執行(xíng)官 Stéphane Bancel 的(de)領導下隻能選擇一(yī)個更小的(de)目标:做(zuò)疫苗。
一(yī)開始,許多投資者和(hé)觀望者都非常失望,因為(wèi)疫苗平台的(de)颠覆性和(hé)盈利性看起來都要遜色不少。截至2020年(nián)初,Moderna共有(yǒu)9種針對傳染病的(de)候選mRNA疫苗進入了人體測試,但沒有(yǒu)一(yī)個大獲全勝。隻有(yǒu)一(yī)個候選疫苗進入了更大規模的(de)試驗。
面對突如(rú)其來的(de)COVID-19,Moderna火速行(xíng)動,在新冠病毒基因組序列公開後的(de)幾天內(nèi)就做(zuò)好了一(yī)個原型疫苗。Moderna後來與美國(guó)國(guó)家過敏和(hé)傳染病研究所(NIAID)合作開展小鼠研究和(hé)人體試驗,這一(yī)切隻用了不到10周。
BioNTech這邊也是全員出動。2020年(nián)3月,BioNTech與紐約制藥公司輝瑞(Pfizer)合作,在不到8個月的(de)時間裏破紀錄地(dì)走完了從首次人體試驗到緊急使用批準的(de)流程。
這兩款獲得授權的(de)疫苗都使用修飾的(de)mRNA加入LNP,而且所含序列編碼的(de)新冠病毒刺突蛋白的(de)形狀更易誘導保護性免疫。許多專家表示,由NIAID疫苗學(xué)家 Barney Graham、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校結構生物學(xué)家Jason McLellan,以及斯克裏普斯研究所的(de)Andrew Ward設計的(de)這種對蛋白質形狀的(de)調整也是一(yī)個可(kě)以拿獎的(de)成就,雖然這隻針對新冠病毒疫苗,不适合所有(yǒu)mRNA疫苗。
圍繞mRNA貢獻的(de)争論,一(yī)些争議涉及誰才擁有(yǒu)最賺錢的(de)專利。但是,許多奠基性的(de)知識産權都要追溯到Felgner、Malone和(hé)他們(men)在Vical公司的(de)同事在1989年(nián)(以及Liljeström在1990年(nián))提出的(de)觀點。這些産權從授權日起隻有(yǒu)17年(nián)的(de)有(yǒu)效期,所以現在已經不再受到專利權限制。
即使是Karikó和(hé)Weissman的(de)專利也将在5年(nián)後過期,該專利在2006年(nián)申請,後來授權給了Cellscript公司。産業界知情人士表示,這意味着在脂質納米粒中遞送mRNA的(de)寬泛概念很快也将難以申請專利了,但各家公司可(kě)以合理(lǐ)地(dì)對特定的(de)mRNA序列申請專利,比如(rú)某種刺突蛋白的(de)形式,或是專有(yǒu)的(de)脂質配比。
各個公司已經在行(xíng)動了。Moderna作為(wèi)mRNA疫苗領域的(de)主要入局者,其在流感、巨細胞病毒和(hé)一(yī)系列其他傳染病上的(de)實驗性疫苗已經開展了臨床試驗,它在去(qù)年(nián)獲得了兩個專利,範圍涵蓋廣泛使用mRNA産生分泌蛋白(參見:RNA疫苗如(rú)何在新冠疫情中彎道(dào)超車?)。但有(yǒu)多位産業界知情人士告訴《自(zì)然》,他們(men)認為(wèi)這兩個專利可(kě)能會出現糾紛。
“我(wǒ)們(men)感覺可(kě)申請的(de)專利不多了。” 加拿大mRNA疫苗公司 Providence Therapeutics 的(de)首席科(kē)學(xué)官 Eric Marcusson 說。
至于誰能拿諾貝爾獎,呼聲最高(gāo)的(de)是Karikó和(hé)Weissman。這兩位已經拿了很多獎,包括科(kē)學(xué)突破獎(Breakthrough Prizes,獎金300萬美元,科(kē)學(xué)界獎金最高(gāo)的(de)獎項)和(hé)西班牙久負盛名的(de)阿斯圖裏亞斯女親王獎(Princess of Asturias Award)技術與科(kē)學(xué)研究獎。同時獲得阿斯圖裏亞斯獎的(de)還有(yǒu)Felgner、Şahin、Türeci、Rossi,以及英國(guó)牛津大學(xué)和(hé)藥企阿斯利康(AstraZeneca)新冠疫苗背後的(de)疫苗學(xué)家 Sarah Gilbert,這款疫苗沒有(yǒu)使用mRNA,而使用一(yī)種病毒載體。(Cullis最近一(yī)次獲獎是國(guó)際緩釋協會頒發的(de)一(yī)個獎金5000美元的(de)創始人獎,這是一(yī)個由研究緩釋藥物的(de)科(kē)學(xué)家組成的(de)專業組織。)
還有(yǒu)人認為(wèi),除了獎勵Karikó的(de)研究發現,還應獎勵她對整個mRNA研究領域的(de)貢獻。“她不僅是一(yī)位非常出色的(de)科(kē)學(xué)家,還是領域內(nèi)一(yī)股強大的(de)力量。” 不列颠哥(gē)倫比亞大學(xué)的(de)RNA生物工程師Anna Blakney說。為(wèi)表彰Karikó的(de)貢獻,Blakney兩年(nián)前請她在一(yī)場大型會議上演講,當時Blakney還是一(yī)名初級博士後研究員(在Blakney聯合創立英國(guó)疫苗公司VaxEquity之前,該公司主要關注自(zì)擴增RNA技術)。Karikó自(zì)己 “在整個職業生涯中備受忽視(shì),卻不忘積極提攜他人”。
雖然mRNA發展史上的(de)有(yǒu)些人認為(wèi)自(zì)己應該得到更多的(de)認可(kě),包括Malone,但其他人卻更願意分享這份榮譽。“你真的(de)不能邀功,” Cullis說,以他的(de)脂質遞送系統為(wèi)例,“可(kě)能有(yǒu)幾百人甚至幾千人一(yī)起在做(zuò)這些LNP系統,以便它能迎來自(zì)己的(de)高(gāo)光時刻。”
“所有(yǒu)人都在添磚加瓦,包括我(wǒ)。” Karikó說。
回顧過去(qù),許多參與者都表示很高(gāo)興mRNA疫苗能給人類帶來改變,以及自(zì)己有(yǒu)幸做(zuò)出了有(yǒu)價值的(de)貢獻。“見證這一(yī)切令我(wǒ)無比激動,” Felgner說,“我(wǒ)們(men)那時堅信會發生的(de)所有(yǒu)事現在都發生了。”
原文以The tangled history of mRNA vaccines 為(wèi)标題發表在2021年(nián)9月14日《自(zì)然》的(de)新聞特寫版塊上,《知識分子(zǐ)》獲權轉載。
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