核酸杂交(核酸杂交技术的应用价值)

mRNA又称信使RNA，是以DNA为模板转录而来，负责指导细胞内蛋白质的合成。mRNA技术就是利用这个规律，将体外合成的MRNA导入特定的细胞，使细胞成为生产蛋白质药物的小工厂，这些细胞产生的蛋白质就可以起到治疗作用。

全球新冠肺炎疫情将mRNA疫苗带入公众视野。最近，这个领域出现了很多积极的信息。

8月31日，美国美国食品药品监督管理局(FDA)紧急授权(EUA)辉瑞/BioNTech和马德纳的原二价疫苗BA.4/5。所谓的二价新冠肺炎疫苗，针对的是新冠肺炎原毒株，以及奥米克隆的BA.4和BA.5的变异毒株。

9月2日，据复旦大学官方消息，由复旦大学、上海蓝雀生物医药有限公司、云南沃森生物技术有限公司共同研发的“新型冠状病毒突变体mRNA疫苗(S蛋白嵌合体)”已获得中国国家医药品监督管理局颁发的临床试验批件。

9月6日消息，康赛诺生物股份有限公司近日接受投资者调查，称其mRNA新冠肺炎疫苗已进入二期临床试验阶段，预计今年年底前将完成大部分实地工作并收集初步数据。

新冠肺炎(新型冠状病毒)奥米克隆菌株BA.4/5具有很强的免疫逃逸性，使得基于原始菌株的疫苗接种无法有效预防奥米克隆菌株BA.4/5的感染。从国内外最新疫情来看，新冠肺炎新的变异毒株仍在不断出现，公众期待mRNA疫苗这种研发速度快、有效性高的新技术产品。

论文记者连线国家纳米科学中心研究员、博士生导师王海，解读mRNA疫苗本身，疫苗在构建群体免疫屏障中的意义，以及mRNA技术未来的应用场景。王海在中国科学院大学获得博士学位，在美国俄亥俄州立大学从事博士后研究，后在马里兰大学担任研究助理教授。2019年获国家海外高层次人才计划，加入国家纳米科学中心。

病毒变异与群体免疫屏障

澎湃:资料显示，辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗对新冠肺炎原毒株的保护率在90%以上，但基于原毒株的疫苗接种完全不能预防新冠肺炎的感染。那么，疫苗的研发能赶上病毒的变异吗？你怎么看待这个问题？

王海:目前疫苗的研发晚于病毒的变异。由于新冠肺炎的单链RNA结构不稳定，在复制过程中或者在外界环境的影响下很容易发生变异，而且感染者越多，出现新变异的可能性越大。一般来说，如果现有疫苗接种后产生的中和抗体对突变株仍有较好的中和作用，则无需研制新疫苗；相反，如果中和抗体对突变株的活性不足，则需要开发新的疫苗。虽然目前疫苗研发的技术已经成熟，但是针对每种变异病毒的新型疫苗的持续研发往往过于昂贵，需要对新型或改良疫苗的需求、有效性和风险进行评估。整体临床试验周期也比较长，新疫苗的引进和应用速度在全球范围内还是比较慢的。

因此，很多研究者早已另辟蹊径，积极研发广谱疫苗，有望达到“改变一切而不改变”的终极目标。除了国内多家研究所在广谱新冠肺炎mRNA变异体疫苗方面取得突破性进展外，其他研究所如美国霍华德休斯医学研究所也针对针对新冠肺炎的刺突蛋白特定结构域开展了深入研究。他们发现存在不受突变影响的刺突蛋白特异性结构域抗体。这类抗体可以调节刺突蛋白的构象，进而影响病毒与细胞膜的融合，不受病毒突变的影响，为新型新冠肺炎疫苗的设计提供了有价值的信息。

澎湃科技:从目前掌握的数据来看，疫苗在预防感染者重症或死亡方面的效果要优于预防病毒感染本身。如果说疫苗是构建群体免疫的主要防控途径。那么，现在接种疫苗都不能防止人感染病毒，还有什么是群体免疫屏障呢？

王海:群体免疫屏障是一种间接保护。是一个群体通过接种疫苗获得的免疫力，或者是以前感染产生的免疫力。世界卫生组织支持通过接种疫苗来实现人群的免疫屏障，而不是让病毒在人群中随机传播，因为后者会导致病例大幅增加甚至死亡，这既不科学也不道德。疫苗可以训练人体免疫系统产生针对病毒的特异性抗体，而不会对人类造成其他疾病，从而避免感染这类病毒。为了在新冠肺炎实现安全的大规模免疫接种，需要为大量人群接种安全有效的疫苗，以减少病毒在整个人群中的传播总量。人群中有一定比例的人在获得免疫力的同时可以建立起免疫保护屏障，不能保证人100%不会被病毒感染。而是在少数人被感染后，可以阻断病毒的进一步传播，防止疫情大规模爆发。具体实施方案可根据社区、疫苗种类、优先接种人群等因素进行调整。

mRNA疫苗有望保持领先地位。

澎湃:mRNA疫苗被称为第三代疫苗技术。能否介绍一下一、二、三代之间技术创新的主要方面和迭代？你如何看待像新冠肺炎疫情这样的公共卫生事件和技术迭代之间的关系？

王海:早在1798年，牛痘疫苗就预防了天花，开创了人工免疫的历史。之后出现了各种灭活疫苗和灭活疫苗，并成功应用于各种疾病的治疗。第一代疫苗多为灭活疫苗和减毒活疫苗，是应用最广泛的传统疫苗，因为经过各种处理后病原体毒性减弱甚至丧失，但其免疫原性仍保留。二代疫苗又称亚单位疫苗，是通过分解病原体或根据基因工程原理获得的具有免疫活性的病原体特异性蛋白质结构。与第一代疫苗相比，亚单位疫苗仅由几种主要的表面蛋白组成，因此可以消除许多无关抗原诱导的抗体，从而减少疫苗的副作用和疫苗引起的相关疾病。而亚单位疫苗保护效果差，需要多次注射。

重组基因工程疫苗利用DNA重组生物技术，将病原体外壳蛋白中能诱导机体免疫反应的天然或合成遗传物质定向插入细菌、酵母或哺乳动物细胞中，使其得到充分表达和纯化。通过简单高效的发酵工业，可以快速进行大规模生产，成本低于单位疫苗。同时能诱导更强的体液免疫反应。第三代疫苗是一种核酸疫苗，它是将编码某种抗原蛋白的病毒基因片段(DNA或RNA)直接导入动物体细胞，通过宿主细胞的蛋白合成系统生成抗原蛋白，从而诱导宿主对抗原蛋白产生免疫应答，从而达到预防和治疗疾病的目的。两者的区别在于，DNA是先转录成mRNA再合成蛋白质，而mRNA是直接合成的。

与传统疫苗和亚单位疫苗相比，第三代疫苗具有更强的特异性、更高的有效性、更短的研发周期和更低的生产成本。从作用机制来说，灭活疫苗的抗原提呈过程是一次性的，之后不会再有新的抗原产生。而mRNA疫苗的抗原提呈过程短暂但可持续，保护效率相对较高。mRNA疫苗还可以同时激活体液免疫和细胞免疫。目前，mRNA合成、修饰和递送技术的发展已经克服了其原有的缺陷。与感染后再治疗策略相比，安全高效的预防性疫苗是遏制新冠肺炎疫情等公共卫生事件中病毒传播的重要手段。综上所述，mRNA疫苗的研发将越来越受到重视，有望继续保持在疫苗市场的领先地位。

澎湃技术:至于mRNA疫苗，我只知道它的研发速度快，但大众其实更关心“又好又快”的问题。能否科普一下mRNA疫苗的安全性和有效性？

王海:其实mRNA疫苗因为规避了传统疫苗技术相关的很多风险，所以安全性和有效性相对更高，可以从以下几个方面来解释:

疫苗不会改变原来的基因组:注射的mRNA一旦进入人体细胞，就会迅速降解，不会进入DNA所在的细胞核。

而疫苗则更具特异性和专一性:mRNA只能引发针对病毒特定蛋白的免疫反应，最终产生特异性抗体阻止病毒入侵人体细胞，不会引发不必要的免疫反应。

我们可以回顾一下BioNTech和辉瑞公司研发的新冠肺炎候选疫苗BNT162b2的临床研究报告。共有43，548名参与者被随机分配，其中43，448名接受了注射:21，720名接受了BNT162b2，21，728名接受了安慰剂。在指定接受BNT162b2治疗的参与者中，第二次给药后7天内有8例出现新冠肺炎，安慰剂组有162例；BNT162b2预防新冠肺炎的有效率为95%(95%可信区间为90.3-97.6)。在根据年龄、性别、种族、民族、基线身体质量指数和共存条件确定的亚组中观察到相似的疫苗效力(通常为90%至100%)。在第一次给药后出现严重新冠肺炎的10名患者中，9名出现在安慰剂受体中，1名出现在BNT162b2受体中。BNT162b2的安全性特征是注射部位的短期、轻至中度疼痛、疲劳和头痛。严重不良事件发生率低，疫苗组与安慰剂组相似。

2021年9月3日，国际知名医学期刊《美国医学会杂志》(JAMA)发表了很多人关注的mRNA疫苗安全性数据，其中包括广受关注的心肌炎/心包炎。对于唯一与接种mRNA疫苗的青少年相关的心肌炎/心包炎，研究人员特别强调，接种疫苗第一周，每100万剂就有6.3例心肌炎/心包炎的额外病例，所有患者均痊愈出院。在mRNA疫苗接种者中，不良妊娠和新生儿结局的发生率与新冠肺炎疫情之前的孕妇历史队列中报道的相似，mRNA疫苗接种不会增加不良妊娠和新生儿结局的风险。这些研究报告都指出mRNA疫苗是高效安全的。

尽管mRNA疫苗在安全性和有效性方面比传统疫苗更具优势，但在投放市场前仍需对一些可能存在的安全性问题进行评估。目前，mRNA疫苗安全性和有效性的评价方法已经建立。mRNA疫苗注射后的生物分布、炎症反应和毒性，以及特异性免疫效果，都是检验疫苗安全性和有效性的重要方面。

RNA技术的核心逻辑和广泛应用

澎湃:能否更通俗地介绍一下mRNA技术的核心逻辑？比如其中用到的基因编辑技术，比如mRNA核酸药物等。，想知道这项技术未来除了疫苗之外，还有哪些与我们日常生活相关的应用场景？

王海:mRNA又称信使RNA，是以DNA为模板转录而来，负责指导细胞内蛋白质的合成。mRNA技术就是利用这个规律，将体外合成的MRNA导入特定的细胞，使细胞成为生产蛋白质药物的小工厂，这些细胞产生的蛋白质就可以起到治疗作用。

MRNA不仅可以作为预防的疫苗，也可以作为抗肿瘤的疫苗。肿瘤抗原由mRNA编辑而成，可以激发机体的抗肿瘤免疫反应。这种药物叫做mRNA肿瘤疫苗。如果编辑的抗原是通用肿瘤抗原，则为通用mRNA肿瘤疫苗；如果编辑的抗原是患者特异性抗原，则是个性化的mRNA肿瘤疫苗。由于mRNA位于蛋白质的上游，mRNA核酸药物在一定程度上可以替代所有的蛋白质药物。通过局部施用mRNA来表达特定的功能蛋白，可以弥补缺失的蛋白。

目前，有四种其他类型的RNA技术受到了广泛关注:

RNA编辑:指由于基因转录产生的mRNA分子中核苷酸的缺失、插入或替换，导致翻译的蛋白质的氨基酸组成与基因序列中编码的信息不同的现象。这项技术广泛用于肿瘤、炎症和遗传性疾病的治疗。

RNA检测:是基于核酸双链互补配对原理的核酸杂交技术。通过合成与特定病原体的RNA互补的单链核酸序列作为探针，用生物素或放射性同位素标记，然后与待检测病原体的核酸杂交，如果两者能够互补，就可以观察到标志物的信号，从而确认待检测病原体是否存在。这项技术用于日常核酸检测。

抑制致病RNA的活性:通过阻断特定疾病基因的翻译或转录来抑制其表达，从而达到直接治疗该疾病的目的，如小干扰RNA等。这项技术已经广泛应用于基因功能测定研究、肿瘤、病毒性疾病、遗传性疾病，甚至整形外科。

调节蛋白质活性的RNA适体是一种短RNA，它基于空之间自身结构和构象的多样性，通过结合细胞内分子或蛋白质来调节细胞内过程。广泛应用于新型治疗药物的研发、药物传递、癌细胞检测、生物成像、生物标志物等领域。

国内企业加快布局mRNA疫苗赛道

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王海:国内有mRNA疫苗赛道布局的企业也在增加。目前，屈臣氏生物/艾博生物、爱丽丝生物、瑞博生物、艾米疫苗，以及今年4月获得临床批文的优诺康和康希诺生物正处于临床试验阶段。此外，还有沈心生物、嘉诚西海生物、瑞科生物、蓝鹊生物、关昊生物、国药中升福诺健等，正在进行mRNA新冠肺炎疫苗的临床前研究和开发。

从目前的进展来看，复星医药的福必泰在mRNA疫苗方面是最快的，但以艾博生物为代表的国内企业势头也不容小觑。特别是在当前疫情下，国产疫苗上市进度有望进一步加快。

微生物是国内最早从事mRNA疫苗研发的企业。微生物的mRNA合成平台和LPP纳米递送平台同步开发，治疗领域包括肿瘤免疫、传染病预防、mRNA诱导干细胞等。

艾博生物成立于2019年初，是一家创新型生物医药公司，专注于信使核糖核酸(mRNA)药物的研发。在mRNA疫苗的分子设计、mRNA的化学修饰和核酸药物的靶向递送制剂等方面拥有国内领先的核心技术。

瑞生物科技有限公司成立于2019年9月，总部位于深圳，在上海和武汉设有和生产中心。也是少有的拥有全球先进的mRNA合成技术和递送技术，拥有相关自主知识产权，并将该类技术应用于市场前景和临床价值巨大的创新药物研发的生物技术公司。

元银(北京)生物技术有限公司成立于2021年4月，地址在北京。它是由国内著名专家、北京大学危文胜教授和资深海归博士团队共同创建的。公司专注于环状RNA技术在创新药物和创新疗法领域的研究和应用，建立了丰富的新型预防和治疗RNA产品管道，目标是为抗疫、防病和健康保护带来更多突破性方案。