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mRNA簡史:25年,從邊緣革命到舞臺中心

2022-11-03 11:38
錦緞
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本文系基于公開資料撰寫,僅作為信息交流之用,不構(gòu)成任何投資建議。

疫情之下,mRNA疫苗成為全球最大的醫(yī)藥品類。整個2021年,輝瑞的BNT162b2疫苗和Moderna的mRNA-1273疫苗分別創(chuàng)下404億美元和176.75億美元的營收,成為全球銷售額第一和第三的藥物。

在mRNA疫苗的耀眼光輝背后,卻鮮有人知曉這項技術(shù)的發(fā)端與進(jìn)程。

早在1961年,人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了mRNA,但受限于mRNA本身的脆弱性,因此其在很長一段時間中都被業(yè)界視為是一種“邊緣技術(shù)”。不僅布局mRNA技術(shù)的企業(yè)寥寥,甚至大學(xué)中博士研究員都難以拿到項目經(jīng)費。

如果沒有新冠疫情的催化,那么mRNA無疑仍將是醫(yī)學(xué)界的“邊緣地帶”。

mRNA技術(shù)究竟是如何一步步從“邊緣”走向“主流”的?這一切還要從25年的一位年青女科學(xué)家說起。

01“破壁者往事

1985年1月17日,剛過完自己30歲生日的匈牙利生物研究員卡塔琳·卡里科接到噩耗:她因遲遲沒有研究成果而被匈牙利科學(xué)院生物研究中心解雇了。癡情于mRNA的她原本想在歐洲找到一份繼續(xù)研究的工作,但遭遇的卻是一次又一次的挫敗。最終,卡塔琳在遙遠(yuǎn)的美國費城天普大學(xué)找到了一份工作。她賣掉了匈牙利的汽車,帶著1000美元的全部身家飛往美國。

就當(dāng)她以為一切都開始向好發(fā)展的時候,卻又一次被殘酷的現(xiàn)實打臉,來到美國的前四年時間中,卡塔琳被迫換了三份工作,當(dāng)時mRNA技術(shù)鮮有需求,更沒有人愿意為它付費。

轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在1989年,卡塔琳成為賓夕法尼亞大學(xué)的助理教授,她才真正找到了一份能夠穩(wěn)定研究mRNA項目的工作。但在此后多年,她仍然因為缺乏資金而沒有獲得任何進(jìn)展,直至1997年加入同樣堅信mRNA技術(shù)的免疫學(xué)家德魯·韋斯曼的團(tuán)隊。

當(dāng)時之所以沒有人愿意投資mRNA項目,是因為單鏈mRNA具有超強(qiáng)的免疫原性,很容易激活人體免疫系統(tǒng),造成嚴(yán)重的炎癥。這就意味著,如果無法解決mRNA的免疫原性,那么它不僅無法成藥,甚至還是一劑“毒藥”。

mRNA猶如一匹烈馬,擁有超強(qiáng)治療潛力的同時,其也因為“性格”太烈而讓投資者望而生畏。就在幾乎所有人都認(rèn)為mRNA是“死路一條”的情況下,卡塔琳依然堅持自己的判斷,并將這份執(zhí)著貫徹到mRNA結(jié)構(gòu)的研究中。

為了找到規(guī)避人體“免疫系統(tǒng)”的方式,卡塔琳測試了各種來源不同的RNA,終于在研究轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)的時候,發(fā)現(xiàn)tRNA并不會引起免疫系統(tǒng)的異常。進(jìn)一步抽絲剝繭,卡塔琳發(fā)現(xiàn)tRNA的最大特點在于擁有大量的修飾核苷——假尿嘧啶核苷。

接下來,卡塔琳開始嘗試將假尿嘧啶核苷引入mRNA,最終成功降低了免疫原性。

圖:經(jīng)過核苷酸類似物的設(shè)計 mRNA 穩(wěn)定性提高,來源:西南證券

這項驚人的發(fā)現(xiàn)在2005年被發(fā)表在《免疫》雜志上,通過將尿苷替換成假尿苷,不僅能夠有效降低免疫原性,而且還能增強(qiáng)mRNA的翻譯效率。從1980年卡塔琳正式研究mRNA算起,經(jīng)歷25年的堅持后,她終于解決mRNA的免疫原性,使得mRNA這匹“烈馬”被人類所馴服。這也被視為mRNA真正成藥性的開端。

02第二重關(guān):如何送入人體

雖然卡塔琳的研究讓人體不再像以前那樣排斥mRNA,但mRNA想要真正的成為一款藥物,依然有諸多難題有待解決——如何將其成功的遞送到人體就是擋在mRNA技術(shù)前的第二座大山。人類的DNA想要轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì),必須通過mRNA進(jìn)行翻譯,理論上所有蛋白質(zhì)都可以通過編輯mRNA來獲得。基于這樣的特性,mRNA有望在預(yù)防性疫苗、腫瘤免疫治療、蛋白質(zhì)替代療法以及再生治療等疑難領(lǐng)域發(fā)揮作用。它的成藥原理很簡單,就是利用mRNA能夠翻譯蛋白質(zhì)的特性,定向翻譯出所設(shè)計的抗原蛋白,或直接作用,或激發(fā)人體自身免疫系統(tǒng),以此來治療疾病。

圖:mRNA 藥物治療原理,來源:民生證券

mRNA由單鏈構(gòu)成,很容易在人體內(nèi)發(fā)生降解;同時,mRNA想要實現(xiàn)翻譯功能必須進(jìn)入到細(xì)胞膜內(nèi),但由于mRNA和細(xì)胞膜均帶負(fù)電荷,會產(chǎn)生排斥反應(yīng),導(dǎo)致mRNA難以進(jìn)入。受這些因素阻礙,即使mRNA不會引起免疫反應(yīng),但仍難以起到安全穩(wěn)定的治療目的。為了促進(jìn)細(xì)胞對mRNA的攝取,業(yè)界開始嘗試?yán)眠f送系統(tǒng)來輔助。早期的遞送系統(tǒng)多為精蛋白和陽離子脂質(zhì)DOTAP,但這些聚合物大多效果平平,能夠成功作用于動物研究的聚合物數(shù)量有限。

直至2015年,韋斯曼團(tuán)隊中的一名叫作諾伯特·帕迪的研究員發(fā)現(xiàn),脂質(zhì)納米顆粒(LNP)有很大的臨床潛力,通過構(gòu)建mRNA-LNP復(fù)合物的方式,可以有效的幫助mRNA進(jìn)入細(xì)胞。在被用于遞送mRNA之前,LNP已經(jīng)被應(yīng)用于遞送小分子藥物和很分子量更小的小干擾RNA(siRNA)。由于LNP的概念過于抽象,我們可以簡單的將其理解為一輛運送mRNA的卡車,不僅可以避免mRNA被酶和免疫系統(tǒng)清除,同時由于LNP具有親脂性,可以在細(xì)胞膜內(nèi)融合,可以在細(xì)胞膜內(nèi)釋放mRNA用于后續(xù)的蛋白翻譯過程。

從結(jié)構(gòu)看,LNP主要由 4 種物質(zhì)組成:陽離子離脂質(zhì),中性輔助脂質(zhì),膽固醇,聚乙二醇(PEG)化脂質(zhì)。陽離子脂質(zhì)負(fù)責(zé)與負(fù)電的mRNA結(jié)合,中性輔助脂質(zhì)能夠在內(nèi)吞時加快mRNA釋放,膽固醇可以穩(wěn)定LNP的結(jié)構(gòu),PEG則可以防止LNP的聚集。

圖:LNP遞送載體結(jié)構(gòu),來源:海通國際

正是基于LNP遞送系統(tǒng)的成功,才使得科學(xué)家看到了mRNA成藥的可能性。目前上市的mRNA疫苗產(chǎn)品,都使用LNP作為遞送系統(tǒng)。在解決了mRNA的免疫原性與遞送問題后,mRNA真正的開始進(jìn)入到成藥階段。

03中國企業(yè)為何舉步維艱?

與傳統(tǒng)醫(yī)藥技術(shù)相比,mRNA應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,研發(fā)更加高效,生產(chǎn)周期也更短。這些優(yōu)勢讓mRNA有望成為顛覆醫(yī)藥格局的下一代技術(shù)。尤其是在突如其來的疫情之下,mRNA的這種高效率優(yōu)勢被發(fā)揮的淋漓盡致。在所有的新冠疫苗中,mRNA是進(jìn)展最快的路線,平均研發(fā)周期為0.8-1.5年,工藝生產(chǎn)建造周期為2-4年,遙遙領(lǐng)先于傳統(tǒng)技術(shù)路線。正是由于mRNA技術(shù)能夠快速響應(yīng),它才一舉從“邊緣技術(shù)”蛻變?yōu)椤昂诵募夹g(shù)”。

圖:mRNA具備傳統(tǒng)技術(shù)不可替代的優(yōu)勢,來源:海通國際

目前,新冠疫苗是mRNA的唯一場景,且隨著疫苗滲透率的持續(xù)提升,人們對于新冠疫苗的需求也在不斷降低。毫無疑問,下一場mRNA藥物的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)展開,那就是誰能找到除新冠疫苗之外的第二市場?偟膩砜,腫瘤依然是mRNA企業(yè)的主攻方向,所有正在進(jìn)行的mRNA臨床試驗中,有75%的臨床是針對腫瘤適應(yīng)癥,HIV病毒、流感、寨卡病毒等傳染病則是另一個重點研究方向。

圖:mRNA臨床試驗全景圖,來源:海通國際

但很可惜的是,除得到“特別照顧”的新冠疫苗外,尚沒有mRNA藥物成功進(jìn)入到臨床三期,甚至有18%的臨床試驗因副作用而被終止。平心而論,現(xiàn)階段人類對于mRNA的了解還并不深入,雖然解決了遞送問題,但如何設(shè)計mRNA的核苷酸序列依然是一個難點,需要經(jīng)過大量的迭代試驗。

mRNA技術(shù)火熱背后,我們很少能夠發(fā)現(xiàn)中國企業(yè)的身影,為何國內(nèi)企業(yè)沒有布局這項頗具前景的技術(shù)呢?

核心原因就在專利之上。正如前文所述,mRNA之所以能夠成藥,是建立在解決免疫原性和遞送系統(tǒng)兩大核心問題之上。然而,科學(xué)家在核心領(lǐng)域取得突破后,同樣的也獲得了該領(lǐng)域的核心專利權(quán)。例如卡塔琳團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了“假尿苷替換”技術(shù)后,他們就很快申請了專利,隨后他們所在的賓夕法尼亞大學(xué)又將專利授權(quán)給Cellscript公司,而Cellscript公司則將專利授權(quán)給了Moderna 和 BioNTech。

圖:mRNA 分子修飾的關(guān)鍵專利授權(quán)情況,來源:國金證券

二者的新冠疫苗中都使用了這項技術(shù),而另一mRNA巨頭CureVac則使用了未經(jīng)修飾的尿苷,最后的結(jié)果就是CureVac免疫原性較高,無法使用大劑量,導(dǎo)致最終效果很差。同樣的,LNP遞送系統(tǒng)則是另一關(guān)鍵專利。美國公司Arbutus是LNP領(lǐng)域龍頭,其在陽離子脂質(zhì)及 PEG 脂質(zhì)方面的專利覆蓋廣泛,三大mRNA公司Moderna、BioNTech和CureVac都曾選擇與Arbutus合作獲得LNP的授權(quán)。不過,雖然LNP遞送系統(tǒng)存在一定的專利壁壘,但卻并非無可逾越,Moderna就曾因?qū)@m紛與Arbutus鬧翻,最終Moderna選擇自研遞送系統(tǒng),而且上市的新冠疫苗 mRNA-1273正是采用自研的遞送系統(tǒng)。

對于中國企業(yè)而言,之所以在mRNA領(lǐng)域進(jìn)度慢于海外公司,其核心原因就在于專利限制。如果沒有取得相關(guān)公司的授權(quán),那么我們就只能通過自研的方式,想辦法繞開專利的限制,這一定程度上減慢了我們技術(shù)發(fā)展的步伐。

現(xiàn)階段,我國mRNA研發(fā)進(jìn)度靠前的公司,大多是在相關(guān)專利領(lǐng)域進(jìn)行深度布局的初創(chuàng)公司,如艾博生物、斯微生物等。而傳統(tǒng)藥企往往是通過與具備技術(shù)競爭力初創(chuàng)企業(yè)合作的方式進(jìn)行布局,如沃森生物的mRNA新冠疫苗就是與艾博生物合作研發(fā)的。這種合作方式固然能夠快速入局mRNA市場,但同時這種合作方式過于松散,彼此之間的合作也并不穩(wěn)固。

沃森生物除與艾博生物合作外,還與藍(lán)鵲生物有所合作,而艾博生物在成為2021年全球生物制藥公司融資王后,顯然也并不愿意長期擔(dān)當(dāng)沃森生物的影子。作為一種較為新穎的平臺技術(shù),mRNA依然需要長期迭代,雖然目前我國企業(yè)在這一領(lǐng)域腳步并不快,但他們已經(jīng)具備了專利預(yù)警和避開專利壁壘的意識,相信經(jīng)過持續(xù)迭代,我國企業(yè)會在mRNA領(lǐng)域的競爭中越來越好。

對此,我們應(yīng)該多一些信心:盡管我們依然與國際巨頭有不小的差距,好似“身處邊緣”,但復(fù)盤人類歷史,從“邊緣”走向“中心”并不是個例,而是十分常見的一般規(guī)律。任何新技術(shù)和新勢力的崛起,多數(shù)都誕生于“邊緣”,雖然“邊緣”不被關(guān)注,但卻具有驚人的爆發(fā)力,只有對“邊緣”懷有包容和忍耐之心,持續(xù)精進(jìn)鉆研,才能走向“主流”。正如mRNA經(jīng)歷的那樣,“邊緣技術(shù)”的成功,需要的是持續(xù)的努力和一點點東風(fēng)。

       原文標(biāo)題 : mRNA簡史:25年,從邊緣革命到舞臺中心

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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