COVID-19是如何推动RNA疫苗发展的？

编译、撰文：一面

2013年3月的一个星期五下午，Novartis（诺华）公司的RNA小组负责人Andy Geall接到电话，中国有三个人刚刚感染了一种新型禽流感病毒。Geall及其团队对基于RNA的新疫苗技术跃跃欲试。一年前，Geall团队将RNA核苷酸链包装在脂质纳米颗粒（LNPs）的小脂肪液滴内，并利用它们成功递送进大鼠体内，接种了呼吸道病毒疫苗。现在能否将该技术应用到新型流感病毒上呢？Geall团队收到序列后，周一就开始合成RNA，周三开始组装疫苗，周末即在细胞中进行测试，再一周，就已经在小鼠身上测试了，研发工作以极快的速度进行，在一个月内完成了通常需要一年或更长时间才能完成的工作。然而，由于当时制造临床级RNA的能力很有限，应用在人身上还遥遥无期， 2015年，诺华公司出售了疫苗业务。如今，RNA疫苗的价值已得到了体现，上个月，COVID-19的两种RNA候选疫苗获得了多个国家监管机构的紧急批准。前诺华公司Geall团队的成员、葛兰素史克公司疫苗部门的临床前研究和开发负责人Jeffrey Ulmer表示：RNA疫苗的时代到来了。

RNA疫苗生产车间。图源：Olivier Maire/EPA-EFE/Shutterstock。

与传统方法相比，基因技术更加精简，研究人员可以快速进入疫苗研发的多个阶段，最重要的是，这项技术或可为顽疾（如结核病、艾滋病和疟疾）提供解决方案，也会大大改善季节性流感疫苗的研发速度。但目前仍然存在成本高、储存不便、不良反应多等问题，要想真正进入RNA疫苗时代，还需克服这些问题。

2020年前的RNA疫苗

2012年，大约在Geall团队描述了1种LNP封装的RNA疫苗的时候，美国国防高级研究计划局（DARPA）开始资助诺华、辉瑞、阿斯利康、赛诺菲巴斯德以及其他单位的团队研究RNA编码的疫苗和疗法。然而，没有一家大牌公司坚持使用这项技术。"他们对承担疫苗新的监管途径的任何风险都保持沉默，即使数据看起来很好。"DARPA的前项目经理Dan Wattendorf表示。

但有两家与DARPA计划有联系的小公司继续研究这项技术。一个是德国的CureVac公司，该公司在2013年开始对一种狂犬病疫苗进行人体测试。目前CureVac公司还有一种COVID-19疫苗处于临床试验晚期；另一个就是Moderna公司，该公司在DARPA资助的工作基础上，最终在2015年底将一种基于RNA的新型禽流感菌株疫苗带入临床试验，初期结果表示免疫原性很高，诱导了足够强大的免疫反应，因此该公司推进了针对巨细胞病毒、两种蚊媒病毒和三种儿童呼吸道疾病病毒的RNA疫苗的临床试验；曾收购诺华大部分疫苗资产的葛兰素史克也在2019年开始评估一种基于RNA的狂犬病疫苗。

这就是2020年初RNA疫苗临床开发的全部情况：只有十几个候选疫苗进入了人们的视野；四个候选疫苗在初步测试后被迅速放弃；只有一个针对巨细胞病毒的疫苗进入了更大规模的后续研究。

2020年后的RNA疫苗

2020年，新型冠状病毒疫情暴发，随之爆发的还有RNA疫苗，仅在过去的十个月里，至少有六种基于RNA的COVID-19疫苗已经进入临床试验，还有几种即将进入临床。

RNA疫苗的巨大优势之一是开发速度快，获得病原体的基因序列后，研究人员可以迅速提取出潜在的抗原编码片段，将该序列插入DNA模板中，然后合成相应的RNA，再将疫苗包装好递送到体内。Moderna公司在收到SARS-CoV-2基因组序列后的4天内就完成了这一工作。该公司与美国国家卫生研究院合作，在小鼠身上进行了概念验证实验，然后在短短两个月内启动了首次人体测试。相比之下，传统的疫苗开发则相当耗时，这也使得卫生部门不得不在流感季节到来前的几个月就选择开发季节性流感疫苗的疫苗，没有时间回头来测试替代疫苗，因此，流感疫苗的有效率很少超过60%。

然而，RNA疫苗可以“即插即用”，可以以前所未有的速度调整序列并解决这个问题，麻省一家专注于RNA的公司Translate Bio的首席执行官Ron Renaud表示，该公司正在与赛诺菲巴斯德合作开发基于RNA的流感、COVID-19和其他几种病毒和细菌病原体疫苗；芝加哥伊利诺伊大学医学院的疫苗学家Justin Richner也正在自己的实验室里开发一种基于RNA的登革热疫苗。Richner和他的同事们经常改变用于疫苗的病毒抗原，通过迭代设计，研究人员已经在小鼠身上测试了大约15种候选疫苗。Richner表示："操纵疫苗的编码序列来尝试新的假设和策略，可能会使疫苗更好，而且真的太容易了。"

如今，技术的进步正在帮助研究人员接近疫苗开发领域的“圣杯”—通用流感疫苗。它广谱性地针对多种流感毒株发挥作用，而无需每年重新设计抗原；其他研究人员也在关注针对艾滋病毒和低收入国家其他顶级病原体杀手的疫苗，这些病原体总是系统性地改变其表面蛋白以逃避免疫识别。而另一些传染性病原体如疟疾，具有复杂的生命周期，使选择抗原的过程变得更加复杂。

RNA疫苗的稳定性和安全性

尽管有许多潜在的优势，但今天的RNA疫苗技术仍有改进的空间。

首先，是低温储存的问题。辉瑞-BioNTech和Moderna疫苗都需要低温来保持其RNA的完整性。但至少有两家公司宣称自己的COVID-19 RNA疫苗在常温下可以稳定保存几个月；CureVac与辉瑞-BioNTech使用相同的LNPs，将其RNA折叠成紧凑的3D结构，可以在冷藏温度下储存数月；而中国苏州Abogen Biosciences公司的COVID-19 RNA疫苗现在正在进行早期的人体测试，该疫苗特别专注于LNP的质量和纯度，据称可在室温下保持其效力长达一周。

其次，是双剂量问题。目前用于人类疾病测试的RNA疫苗（COVID-19或其他）通常需为双剂量接种，如能采用更好的注射系统如麻省Vaxess技术公司的研究人员开发的一种可穿戴的皮肤贴片注射系统，该贴片镶满了微小的可溶解微针，慢慢地将疫苗滴入体内，可有效改善此问题。

第三个缺点，即不良作用过大。辉瑞-BioNTech和Moderna的COVID-19疫苗的不良反应比例比其他疫苗发生率更高，如疲劳、 肌肉疼痛等，接种体验并不理想，上述贴片系统对改善此问题亦有帮助，此外，还需要其他降低反应原性（疫苗合成中的污染物和LNP输送系统引起）的手段。如可降低使用剂量，但这可能也意味着降低疫苗的保护率。加州圣地亚哥的Arcturus Therapeutics公司和伦敦的VaxEquity公司等公司已采用了一些方法，如采用可以自扩增的RNA结构。

RNA疫苗的未来

位于比利时Oostkamp的Ziphius Vaccines公司同样试图利用冠状病毒的势头，发展自己的RNA疫苗平台，Ziphius成立于2019年5月，最初是为了开发基于RNA的罕见疾病治疗方法，如杜氏肌肉萎缩症和囊性纤维化。去年，Ziphius在开始研究COVID-19的自扩增RNA疫苗后，彻底改变了其发展计划。首席执行官Chris Cardon表示，这家初创公司现在正试图筹集3000万欧元（3700万美元），以推进14个针对各种传染病的临床前计划。许多业内人士预计，一旦COVID-19疫情平息，RNA疫苗的兴趣将不会持续，可能面临经费困境。

加州圣地亚哥的Replicate Bioscience公司首席执行官Nathaniel Wang说："要说服人们把注压在这种RNA疫苗技术上相当困难。"他去年与Geall共同创立了这家公司，开发基于RNA的癌症治疗方法。Wang表示，虽然Replicate已经围绕着COVID-19和寨卡病毒的RNA疫苗建立了一些学术和商业合作关系，但这并不是大多数风险投资公司想要资助的。不过，随着RNA疫苗成为头条新闻，Geall和他的许多前同事一直在重温他们在诺华公司的日子。如果该公司没有卖掉疫苗部门，他们能否在过去十年中帮助抵抗埃博拉或寨卡病毒的爆发？

"回首往事，总有一点悲伤。"诺华疫苗部门研究和早期临床开发主管Christian Mandl说。但他对今天COVID-19疫苗的成功倍感欣慰。"我非常自豪，我们做出了宝贵的贡献。"

原文地址：https://www.nature.com/articles/d41586-021-00019-w