解決方案
到了1990年代初,mRNA已是個誘人的治療構想:體外轉錄無需細胞培養,就能為任何蛋白質製造模板。但實驗室製造的mRNA不穩定、難以遞送,且具發炎性——樹突細胞把它當成外來物質,釋出訊號分子,使任何療法都自相矛盾。當時為賓夕法尼亞大學助理教授的Katalin Karikó儘管未能說服資助者,仍持續鑽研mRNA療法,並與免疫學家Drew Weissman合作,研究不同RNA類型如何與免疫系統互動。
他們注意到,哺乳動物細胞的mRNA不會引發實驗室製造mRNA所觸發的反應,也知道哺乳動物RNA鹼基經常帶有化學修飾,而體外轉錄產物則沒有。他們測試帶有不同鹼基改變的mRNA變體,發現加入修飾後,發炎反應幾乎被消除——這項結果於2005年發表,比COVID-19疫情早了十五年。2008年與2010年的進一步研究顯示,修飾mRNA也大幅提高蛋白質產量。
2008年《Molecular Therapy》的論文在小鼠身上量化了這項取捨:含有假尿苷的mRNA在細胞、裂解液及靜脈注射後都展現更高的轉譯能力,在第1、4、24小時仍可在脾臟中偵測到,且——與未修飾mRNA不同——即使劑量較高也不會使血清干擾素-α升高。由於哺乳動物RNA大量帶有修飾核苷,原本防禦細菌RNA的感測器便乾脆停止反應。
達成了什麼
讓實驗室製造的RNA看起來像身體自身的RNA
為何奏效
免疫反應是辨識問題,而非劑量問題:TLR3/7/8與RIG-I等感測器把未修飾RNA當成細菌或病毒的,因此再怎麼純化也無法解決。
假尿苷並非新的合成化學物質,而是哺乳動物RNA中大量存在的天然修飾,因此它讓合成轉錄本模仿身體自身的RNA,而非人為地躲避偵測。
讓警報沉默的同一項修飾也改善了藥物:更高的轉譯能力與穩定性,使更安全的分子同時也是更強效的分子。
這個平台具有通用性——一旦任何轉錄本都能在無發炎的情況下遞送,只需改變所編碼的蛋白質,便讓兩款棘蛋白疫苗得以在疫情期間以破紀錄速度打造。
可應用之處
障礙不在遞送或劑量,而在身分:這個分子宣告自己是入侵者。借用身體所能容忍的化學特徵,把一個被排斥的分子變成了平台。
後續發展
約2010年起,隨著BioNTech與Moderna等公司在此發現上繼續發展,關注度升高。COVID-19出現後,兩款編碼SARS-CoV-2棘蛋白的鹼基修飾mRNA疫苗以破紀錄速度開發,報告的保護效果約95%,最早於2020年12月獲核准;此後全球已施打超過130億劑COVID-19疫苗。卡羅林斯卡學院將2023年諾貝爾生理學或醫學獎授予Karikó與Weissman,以表彰這些鹼基修飾的發現。
追溯依據
參考來源
- Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2023 The Nobel Foundation (Nobel Assembly at Karolinska Institutet) · nobelprize.org ·
- Incorporation of Pseudouridine Into mRNA Yields Superior Nonimmunogenic Vector With Increased Translational Capacity and Biological Stability Molecular Therapy (PubMed Central full text) · pmc.ncbi.nlm.nih.gov