文章来源：医药魔方Pro
作者：黎元
mRNA技术在新冠疫情中脱颖而出，多家机构和媒体都预测今年的诺奖非mRNA技术莫属，但是在可能或应该获奖的人选上却存在一些争议。
随着诺奖公布的时间越来越近，围绕在人物上的争议也越来越多，Katalin Karikó和Drew Weissman二人开发了优秀的mRNA修饰技术，被认为是最具潜力的诺奖人选，但是mRNA疫苗的诞生和发展有着大量研究人员不断地去探索和推动，对于谁才是mRNA疫苗最关键的人物，关于技术起源与发展、围绕在mRNA本身和mRNA疫苗递送等领域有着许多纷争。
mRNA疫苗技术的起源与发展
早在1978年，科学家们尝试使用脂质体将mRNA转运到小鼠和人类细胞中诱导蛋白质的表达，他们发现经由脂质体包装的mRNA能与细胞膜融合，并将mRNA递送到细胞中。
mRNA在胞内的表达发现于1987年，当时在美国加州Salk生物研究所攻读博士的Robert Malone发现将mRNA与脂滴混合可以促使人类细胞吸收mRNA并产生mRNA编码的蛋白质。在1988年，Malone还证明了青蛙胚胎也能吸收这种方法递送的mRNA。
但是mRNA应用的最大难题就是mRNA的不稳定性，而且进入细胞的mRNA会被免疫系统识别为病毒遗传物质而清除掉，无法发挥翻译蛋白的功能。Katalin Karikó和Drew Weissman在mRNA的修饰上做出了关键一步。
Karikó在开发出稳定的mRNA之前，她的科研之旅并不顺畅，申请资金屡次被拒绝，而且多次被机构降职，她辗转多地艰难地坚持着自己在mRNA上的研究，她对Malone的方案进行了改进，想要诱导细胞产生具有治疗作用的蛋白质。虽然屡经挫折，但是最后她遇到了Weissman。
1997年，Karikó和Weissman开始研发艾滋病mRNA疫苗，二人在合作研究的过程中注意到，tRNA不会引发机体过度的免疫应答，原因在于tRNA结构中的假尿苷。于是他们试着将假尿苷添加到mRNA中，这是关键的一步，2005年，两人发表论文，这种修饰后的mRNA在进入细胞后可以像tRNA一样免于免疫系统的攻击，进而发挥自己“指令员”的作用，在细胞内翻译出特定的蛋白质。
这一突破最终被Moderna的创始人之一Derrick Rossi注意到，Rossi根据Karikó和Weissman的修饰方法获得了稳定的mRNA，另一家mRNA疫苗明星公司BioNTech也在2013年聘请了Karikó担任公司的高级副总裁。
Malone一直称自己为mRNA疫苗技术的发明人，据Malone透露，他在首次发现mRNA在医学中的应用潜力后，便把这些发现和感想记在了笔记本上，签字并注明了日期。
虽然Malone成功将mRNA递送到了人类细胞和青蛙胚胎中，但Malone最后与博士导师Inder Verma发生了一些不愉快，他离开了学校，去到了医药公司Vical进行工作。
在Vical，Malone和同事合作证明了脂质-mRNA复合物可以刺激小鼠产生蛋白质，相关论文发表在了Science。
作者：黎元
mRNA技术在新冠疫情中脱颖而出，多家机构和媒体都预测今年的诺奖非mRNA技术莫属，但是在可能或应该获奖的人选上却存在一些争议。
随着诺奖公布的时间越来越近，围绕在人物上的争议也越来越多，Katalin Karikó和Drew Weissman二人开发了优秀的mRNA修饰技术，被认为是最具潜力的诺奖人选，但是mRNA疫苗的诞生和发展有着大量研究人员不断地去探索和推动，对于谁才是mRNA疫苗最关键的人物，关于技术起源与发展、围绕在mRNA本身和mRNA疫苗递送等领域有着许多纷争。
mRNA疫苗技术的起源与发展
早在1978年，科学家们尝试使用脂质体将mRNA转运到小鼠和人类细胞中诱导蛋白质的表达，他们发现经由脂质体包装的mRNA能与细胞膜融合，并将mRNA递送到细胞中。
mRNA在胞内的表达发现于1987年，当时在美国加州Salk生物研究所攻读博士的Robert Malone发现将mRNA与脂滴混合可以促使人类细胞吸收mRNA并产生mRNA编码的蛋白质。在1988年，Malone还证明了青蛙胚胎也能吸收这种方法递送的mRNA。
但是mRNA应用的最大难题就是mRNA的不稳定性，而且进入细胞的mRNA会被免疫系统识别为病毒遗传物质而清除掉，无法发挥翻译蛋白的功能。Katalin Karikó和Drew Weissman在mRNA的修饰上做出了关键一步。
Karikó在开发出稳定的mRNA之前，她的科研之旅并不顺畅，申请资金屡次被拒绝，而且多次被机构降职，她辗转多地艰难地坚持着自己在mRNA上的研究，她对Malone的方案进行了改进，想要诱导细胞产生具有治疗作用的蛋白质。虽然屡经挫折，但是最后她遇到了Weissman。
1997年，Karikó和Weissman开始研发艾滋病mRNA疫苗，二人在合作研究的过程中注意到，tRNA不会引发机体过度的免疫应答，原因在于tRNA结构中的假尿苷。于是他们试着将假尿苷添加到mRNA中，这是关键的一步，2005年，两人发表论文，这种修饰后的mRNA在进入细胞后可以像tRNA一样免于免疫系统的攻击，进而发挥自己“指令员”的作用，在细胞内翻译出特定的蛋白质。
这一突破最终被Moderna的创始人之一Derrick Rossi注意到，Rossi根据Karikó和Weissman的修饰方法获得了稳定的mRNA，另一家mRNA疫苗明星公司BioNTech也在2013年聘请了Karikó担任公司的高级副总裁。
Malone一直称自己为mRNA疫苗技术的发明人，据Malone透露，他在首次发现mRNA在医学中的应用潜力后，便把这些发现和感想记在了笔记本上，签字并注明了日期。
虽然Malone成功将mRNA递送到了人类细胞和青蛙胚胎中，但Malone最后与博士导师Inder Verma发生了一些不愉快，他离开了学校，去到了医药公司Vical进行工作。
在Vical，Malone和同事合作证明了脂质-mRNA复合物可以刺激小鼠产生蛋白质，相关论文发表在了Science。
Robert Malone实验室笔记本的摘录，描述了1989年合成的用于注射到小鼠体内的mRNA（来源：Robert Malone）
在Malone身上还有一些戏剧性的情节，在mRNA疫苗获得了全球关注后，国外一些主流媒体对mRNA疫苗技术的报道中也并没有提到他，他开始频繁发声，称自己是mRNA疫苗的发明人，但是这项技术不够成熟，不适合推广，同时他也指控Karikó夸大自己的贡献。Malone的对外发声得到了反疫苗人群的拥护和认可，他现在已是反疫苗人群中的“mRNA疫苗发明者”……
mRNA的体外合成
在上面的介绍中我们了解到，mRNA可以被递送到细胞内并能稳定地表达蛋白质，但距离mRNA成为一种药物显然还有着很多的困难。例如，实验室所用的mRNA都来自于实验动物，mRNA要想作为一种药物，一个重要条件是可以体外合成。
1984年，亚利桑那大学的发育生物学家Paul Krieg和哈佛大学的发育生物学家Douglas Melton团队利用一种病毒来源的RNA合成酶在实验室中产生了具有生物活性的mRNA，然后Krieg将实验室制造出来的mRNA注射到青蛙卵中，证明了合成的与天然的mRNA一样有效。
Melton和Krieg都表示，他们将合成mRNA主要视为研究基因功能和活性的研究工具。1987年，Melton发现mRNA既能激活也能抑制蛋白的生产，在他的推动下，Oligogen成立了，也就是后来的吉利德。Oligogen成立的目的是为了探索利用合成RNA抑制靶蛋白表达的方法，Melton的研发团队并没有想到将合成的mRNA用作疫苗。
mRNA递送技术开发关键
mRNA疫苗的诞生除了得益于使mRNA稳定表达和体外mRNA合成的关键技术，还有一项技术至关重要：将mRNA递送到胞内。
这项技术就是脂质纳米颗粒（LNP），LNP技术来自英属哥伦比亚大学的生物化学家Pieter Cullis和他创立或领导的几家公司的实验室。从上世纪90年代后期开始，他们率先将LNP用于递送能沉默基因的核酸链。代表药物就是patisiran，2018年获FDA批准上市，用于治疗转甲状腺素蛋白家族性淀粉样多发性神经病（TTR-FAP）。
2012年，Cullis的两家公司转向探索LNP递送系统在mRNA药物中的应用机会。其中，Acuitas Therapeutics与Weissman团队和几家mRNA公司建立了合作关系，测试了不同类型的mRNA-LNP复合物，现在BioNTech和CureVac的新冠疫苗就应用了这其中的LNP类型，Moderna的LNP混合物也与此类似。
mRNA的体外合成
在上面的介绍中我们了解到，mRNA可以被递送到细胞内并能稳定地表达蛋白质，但距离mRNA成为一种药物显然还有着很多的困难。例如，实验室所用的mRNA都来自于实验动物，mRNA要想作为一种药物，一个重要条件是可以体外合成。
1984年，亚利桑那大学的发育生物学家Paul Krieg和哈佛大学的发育生物学家Douglas Melton团队利用一种病毒来源的RNA合成酶在实验室中产生了具有生物活性的mRNA，然后Krieg将实验室制造出来的mRNA注射到青蛙卵中，证明了合成的与天然的mRNA一样有效。
Melton和Krieg都表示，他们将合成mRNA主要视为研究基因功能和活性的研究工具。1987年，Melton发现mRNA既能激活也能抑制蛋白的生产，在他的推动下，Oligogen成立了，也就是后来的吉利德。Oligogen成立的目的是为了探索利用合成RNA抑制靶蛋白表达的方法，Melton的研发团队并没有想到将合成的mRNA用作疫苗。
mRNA递送技术开发关键
mRNA疫苗的诞生除了得益于使mRNA稳定表达和体外mRNA合成的关键技术，还有一项技术至关重要：将mRNA递送到胞内。
这项技术就是脂质纳米颗粒（LNP），LNP技术来自英属哥伦比亚大学的生物化学家Pieter Cullis和他创立或领导的几家公司的实验室。从上世纪90年代后期开始，他们率先将LNP用于递送能沉默基因的核酸链。代表药物就是patisiran，2018年获FDA批准上市，用于治疗转甲状腺素蛋白家族性淀粉样多发性神经病（TTR-FAP）。
2012年，Cullis的两家公司转向探索LNP递送系统在mRNA药物中的应用机会。其中，Acuitas Therapeutics与Weissman团队和几家mRNA公司建立了合作关系，测试了不同类型的mRNA-LNP复合物，现在BioNTech和CureVac的新冠疫苗就应用了这其中的LNP类型，Moderna的LNP混合物也与此类似。
LNP的结构（来源：参考资料[4]）
LNP是4种脂肪分子的混合物，其中3种有助于提高粒子的结构和稳定性，第4种是可电离脂质，也是LNP成功的关键。这种物质在实验室条件下带正电荷，与Philip Felgner开发和Malone在实验中测试的脂质体具有相似的优势（Malone使用了一种带正电荷的脂质体，能增强材料与mRNA带负电骨架结合的能力，这些脂质体是由Philip Felgner开发的，他现在是加州大学尔湾分校疫苗研发中心的负责人）。但是，Cullis团队开发的可电离脂质能在生理条件（例如血液中的条件）下转化为中性电荷，这能限制LNP对身体的毒性作用。
后来LNP技术经过发展和升级，逐步成为了mRNA药物最适合的递送工具，现在几乎所有的mRNA疫苗开发公司都使用LNP或LNP的变体进行递送。
谁应该获得诺贝尔奖？
距离2021年诺贝尔奖公布的日期不到一周，如果诺贝尔奖花落mRNA疫苗技术，Karikó和Weissman无疑是最热门的人选。二人已经获得了多个奖项，包括科学突破奖、西班牙阿斯图里亚斯公主奖以及拉斯克奖。
而包括Malone在内的其他参与mRNA开发的人认为他们也应该得到更多的认可，如果将mRNA疫苗递送技术也算在内，做出关键贡献的人就更多了。
现在我们又回到了每年诺奖颁发时都会被“诟病”的问题：诺奖的人数实在是太有限了，得奖人数一般不会超过3人。一项世界瞩目的技术突破，从技术的诞生到发展有大量的研究人员去探索和完善，那究竟哪一环节的推进才算是最关键的突破呢？
你认为在mRNA疫苗技术的开发中谁该获得诺贝尔奖呢？
如果不是mRNA技术，你觉得哪项技术或发现会斩获今年的诺贝尔生理学或医学奖呢？
参考资料：
[1] The tangled history of mRNA vaccines（来源：Nature）
[2] 自述遭导师欺凌，被迫退出学术界，他认为自己才是发明mRNA疫苗的人（来源：科研圈）
[3] Wolff J.A., Malone R.W., Williams P, et al. Direct Gene Transfer into Mouse Muscle in Vivo. Science (1990)
[4] Buschmann M.D., Carrasco M.J., Alishetty S., et al. Nanomaterial Delivery Systems for mRNA Vaccines. Vaccines (2021)
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