▎萬(wàn)海細胞集團-mRNA技術(shù)研發(fā)

基因編輯技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，已有近 30 年的歷史了。特別是 2012 年以來(lái)，隨著(zhù) CRISPR技術(shù)的橫空出世，基因編輯技術(shù)日漸趨于成熟。然而遺憾的是，相對于基因編輯工具本身的快速進(jìn)化，其遞送技術(shù)的發(fā)展極其緩慢和困難。

就比如，太空探索技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很好了，但是火箭技術(shù)卻沒(méi)跟上來(lái)。由于遞送技術(shù)的滯后發(fā)展，體內基因編輯治療的臨床應用困難重重，整個(gè)領(lǐng)域都在期待遞送技術(shù)的突破。

mRNA技術(shù)在新冠疫苗的應用

疫情推動(dòng)了mRNA疫苗和技術(shù)的研發(fā)與應用

mRNA技術(shù)在新冠疫苗領(lǐng)域一戰成名，大規模的mRNA疫苗接種也充分驗證了其較高的保護力和安全性，而且展示了將mRNA技術(shù)從研發(fā)推動(dòng)到監管批準的道路。這一領(lǐng)域的創(chuàng )新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也將成為新的方向，另外，“十四五”醫藥工業(yè)發(fā)展規劃出臺，指出要緊跟基因技術(shù)發(fā)展趨勢，鼓勵提升mRNA及其供應鏈能力。

mRNA技術(shù)作為一種極具潛力的通用技術(shù)平臺，不僅可以應用于疫苗開(kāi)發(fā)，還可以用于傳染病的預防、腫瘤治療、蛋白替代（罕見(jiàn)病療法）、CAR-T、基因編輯等，正是因其巨大的潛力，萬(wàn)海細胞早在幾年前就建立了多個(gè)mRNA技術(shù)項目，并在多個(gè)技術(shù)路線(xiàn)不斷深耕。

什么是mRNA和mRNA疫苗？

RNA分子有三大類(lèi)，信使RNA(mrna)、核糖體 RNA(rrna)、轉運RNA(trna)。信使RNA是由DNA的一條鏈作為模板轉錄而來(lái)的、攜帶遺傳信息的能指導蛋白質(zhì)合成的一類(lèi)單鏈核糖核酸。

mRNA疫苗作為一種通過(guò)體外轉錄構建的核酸疫苗，可將病毒無(wú)害的小片段呈現給免疫細胞“學(xué)習”并“演練”如何識別和攻擊病毒，在下次“真槍實(shí)戰”時(shí)可快速產(chǎn)生特異性免疫反應，從而防止病毒在人體復制和傳播。

mRNA通過(guò)特定的遞送系統進(jìn)入人體細胞后，利用人體自身細胞翻譯mRNA為蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)表達成為病毒所具有的某種抗原蛋白被抗原呈遞細胞（APC）識別為外來(lái)抗原，驅動(dòng)樹(shù)突狀細胞（DC）成熟，進(jìn)而激活B細胞和T細胞產(chǎn)生強烈的免疫應答，引起體液和細胞雙重免疫反應。

mRNA疫苗的作用機理

mRNA的設計和合成原理

mRNA疫苗的主要部分之一是人工合成的mRNA分子，它們指導細胞生成激發(fā)免疫反應的抗原。mRNA的結構可以分為5個(gè)部分，從5’端開(kāi)始，分別是5’端帽，5’非轉錄區（UTR），編碼抗原的開(kāi)放閱讀框，3’UTR和多腺嘌呤尾。每個(gè)部分對于mRNA疫苗的正常工作都至關(guān)重要。

5’端帽的作用之一是防止mRNA被細胞中識別病毒RNA的傳感器發(fā)現，從而預防不必要的免疫反應。它還保護mRNA不受到核酸外切酶的降解。

3’多腺嘌呤尾的長(cháng)度間接調節mRNA的轉譯和半衰期。它與5’端帽，以及與多腺嘌呤尾結合蛋白和轉譯啟動(dòng)蛋白一起，募集核糖體并且啟動(dòng)轉譯過(guò)程。

5’和3’UTR調節mRNA的轉譯、半衰期和細胞內定位。對UTR的工程化設計可以改變mRNA的細胞定位，或者降低mRNA的降解。

mRNA結構的5個(gè)部分。（參考資料1）

編碼抗原的開(kāi)放閱讀框是最重要的一部分。這一部分的改良包括對mRNA密碼子的優(yōu)化，將不常用的密碼子轉換為編碼同一氨基酸的常用密碼子可以提高轉譯水平。例如，CureVac公司的新冠疫苗CVnCoV就使用了密碼子優(yōu)化。

提高轉譯的另一個(gè)改良措施是引入修飾過(guò)的核苷，例如假尿嘧啶，N1-甲基假尿嘧啶等核苷。由于自然mRNA都包含修飾過(guò)的核苷，因此免疫系統會(huì )將未修飾過(guò)的單鏈RNA識別為病毒感染的標志。人體細胞中的Toll樣受體（TLR3、TLR7、TLR8）以及RIG-I受體稱(chēng)為模式識別受體（pattern recognition receptors），它們能夠觸發(fā)1型干擾素的產(chǎn)生，從而阻斷mRNA的轉譯。

使用修飾過(guò)的核苷能夠防止模式識別受體的識別，從而讓mRNA生成足夠水平的蛋白抗原，激發(fā)免疫反應。Moderna和輝瑞/BioNTech的mRNA新冠疫苗都使用了修飾過(guò)的核苷。

CureVac防止mRNA被模式識別受體發(fā)現的策略是通過(guò)序列工程化和密碼子優(yōu)化來(lái)消除疫苗mRNA中的尿嘧啶，同時(shí)提高GC水平。

未來(lái)展望

mRNA疫苗技術(shù)及其在COVID-19上的成功為探索其對各種疾病的用途打開(kāi)了大門(mén)，為科學(xué)家提供了一個(gè)針對任何病毒的基本模板。他們可以簡(jiǎn)單地插入特定病毒蛋白的代碼，并刺激人體的免疫系統對抗它。一些針對HIV，寨卡病毒和狂犬病等疾病的mRNA疫苗已經(jīng)處于人體試驗階段。其他潛在的疫苗用途包括：瘧疾囊腫性纖維化、結核、乙型肝炎、治療某些類(lèi)型的癌癥等。

將mRNA擴展到疫苗以外的應用領(lǐng)域，需要解決提高mRNA表達的蛋白水平，以及mRNA療法因為多次給藥產(chǎn)生的潛在毒副作用問(wèn)題。我們期待隨著(zhù)mRNA技術(shù)研究的發(fā)展、投遞介質(zhì)和技術(shù)的改進(jìn)以及更多臨床試驗的研究進(jìn)展，它能夠在疫苗之外，為更多疾病患者造福。

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