mRNA 疫苗是一種利用信使 RNA（mRNA）的分子副本來產生免疫反應的疫苗。此類疫苗將編碼抗原的 mRNA 分子送入免疫細胞，免疫細胞使用設計好的 mRNA 作為模板來構建通常由病原體（如病毒）或癌細胞產生的外來蛋白質。這些蛋白質分子刺激適應性免疫反應，教導身體辨識並摧毀相應的病原體或癌細胞。 mRNA 是由封裝在脂質奈米顆粒中的 RNA 共同組成，保護 RNA 鏈並幫助其吸收進入細胞。

反應原性（即疫苗產生不良反應的傾向）與傳統的非 RNA 疫苗相似。 容易產生自身免疫反應的人可能會對信使 RNA 疫苗產生不良反應。與傳統疫苗相比，mRNA 疫苗的優點是易於設計、生產速度快、成本低、能誘導細胞免疫和體液免疫，並且不與基因組 DNA 相互作用。 雖然一些信使 RNA 疫苗，如輝瑞生物技術公司的 COVID-19 疫苗，有在分發前需要超低溫儲存的缺點， 但其他 mRNA 疫苗，如莫德納、CureVac 和 Walvax COVID-19 疫苗，沒有這種要求。

在 RNA 療法中，信使 RNA 疫苗作為 COVID-19 疫苗引起了相當大的興趣。 2020 年 12 月，輝瑞生物技術公司和莫德納公司的基於 mRNA 的 COVID-19 疫苗獲得批准。12 月 2 日，英國藥品和保健品管理局（MHRA）成為第一個批准 mRNA 疫苗的藥品監管機構，授權輝瑞生物技術公司的疫苗使用。 12 月 11 日，美國食品和藥物管理局（FDA）為輝瑞生物技術公司的疫苗頒發了緊急使用授權，一周後同樣批准了莫德納的疫苗。



歷史

早期研究

1989 年發表了第一篇成功將脂質體奈米顆粒中的 mRNA 轉染到細胞中的文章。一年後，無保護的 mRNA 被注射到實驗小鼠的肌肉中。 這些研究首次證明體外轉錄的 mRNA 能夠傳遞遺傳資訊，在活細胞組織中產生蛋白質並導致信使 RNA 疫苗的概念提出。

1993 年，脂質體包裹的 mRNA 被證明可以刺激小鼠的 T 細胞。 次年，透過包括病毒抗原和複製酶編碼基因，開發了自我複製的 mRNA。 這種方法在小鼠身上引起了針對病毒病原體的體液和細胞免疫反應。第二年，編碼腫瘤抗原的 mRNA 被證明在小鼠身上引起了針對癌細胞的類似免疫反應。

發展

2001 年，第一個使用轉染了編碼腫瘤抗原的 mRNA 的體外樹突狀細胞的人體臨床試驗（治療性癌症 mRNA 疫苗）開展。四年後，報導了成功使用改性核苷作為在細胞內運輸 mRNA 而不引起身體防禦系統的方法。 2008 年報導了直接注射到體內對抗癌細胞的 mRNA 疫苗的臨床試驗結果。

2008 年成立了 BioNTech 公司，2010 年成立了莫德納公司，以開發 mRNA 生物技術。 美國研究機構 DARPA 在此時啟動了生物技術研究計劃 ADEPT，為美國軍隊開發新興技術。該機構認識到核酸技術在防禦大流行病方面的潛力，並開始在該領域進行投資。

DARPA 的撥款被視為一張信任票，鼓勵了其他政府機構和私人投資者投資 mRNA 技術。

2013 年開始了第一個使用 mRNA 疫苗對付傳染病原體（狂犬病）的人體臨床試驗。 在接下來的幾年裡，開始了針對其他病毒的 mRNA 疫苗的臨床試驗。已經研究了用於人體的 mRNA 疫苗，如流感、茲卡病毒、巨細胞病毒和基孔肯雅病毒等傳染病。

加速

因 2019 冠狀病毒病疫情的爆發，以及 2020 年初對致病病毒 SARS-CoV-2 的定序，導致了第一批獲批的 mRNA 疫苗的快速發展。 BioNTech 和 Moderna 在同年 12 月獲得了其基於 mRNA 的 COVID-19 疫苗的批准。12 月 2 日，在其最後的八周試驗後七天，英國藥品和保健品管理局成為歷史上第一個批准 mRNA 疫苗的全球藥品監管機構，對輝瑞和生物技術公司聯合研發的輝瑞－BioNTech 2019 冠狀病毒病疫苗給予了緊急使用授權，以供廣泛使用。 12 月 11 日，美國食品藥品監督管理局對輝瑞和生物技術公司聯合研發的 COVID-19 疫苗輝瑞－BioNTech 疫苗給予緊急使用授權，一周後對 Moderna 的 COVID-19 疫苗也給予了類似批准。



作用機制

疫苗的目標是刺激適應性免疫系統產生精確針對該特定病原體的抗體。抗體所針對的病原體上的標記被稱為抗原。

傳統疫苗透過將抗原、減毒（弱化）病毒、滅活（死亡）病毒或重組抗原編碼病毒載體（帶有抗原轉基因的無害載體病毒）注射到體內來刺激抗體反應。這些抗原和病毒是在體外製備和生長的。

與此相反，mRNA 疫苗是將短命的病毒 RNA 序列的合成片段引入被接種者體內。這些 mRNA 片段透過吞噬作用被樹突狀細胞吸收。樹突狀細胞利用其內部機器（核糖體）讀取 mRNA 並產生 mRNA 所編碼的病毒抗原。 儘管非免疫細胞也有可能吸收疫苗 mRNA，產生抗原，並在其表面顯示抗原，但樹突狀細胞更容易吸收 mRNA 球體。mRNA 片段在細胞質中翻譯，不影響人體的基因組 DNA，它單獨位於細胞核中。

一旦病毒抗原由宿主細胞產生，正常的適應性免疫系統過程就會隨之進行。抗原被蛋白酶分解。I 類和 II 類 MHC 分子然後附著在抗原上，並將其運送到細胞膜上，"啟用" 樹突狀細胞。 一旦啟用，樹突狀細胞遷移到淋巴結，在那裡它們將抗原呈現給 T 細胞和 B 細胞。



優點

傳統疫苗

與傳統疫苗相比，mRNA 疫苗具有特殊的優勢。因為 mRNA 疫苗不是由活性病原體（甚至是滅活的病原體）構建的，所以它們是無傳染性的。相比之下，傳統疫苗需要生產病原體，如果大量生產，可能會增加生產設施局部爆發病毒的風險。 mRNA 疫苗的另一個生物學優勢是，由於抗原在細胞內產生，它們會刺激細胞免疫，以及體液免疫。

mRNA 疫苗的生產優勢是可以迅速設計。Moderna 公司在 2 天內就為 COVID-19 設計了 mRNA-1273 疫苗。它們還可以更快、更便宜、更標準化地生產（生產中的錯誤率更低），這可以提高對嚴重疫情的反應能力 。

輝瑞 - 生物技術公司的疫苗最初需要 110 天才能大規模生產（在輝瑞公司開始最佳化生產過程，只需 60 天），這大大快於傳統的流感和脊髓灰質炎疫苗。 在這個較大的時間範圍內，實際生產時間只有 22 天左右：兩周用於 DNA 質粒的分子克隆和 DNA 的純化，四天用於 DNA 到 RNA 的轉錄和 mRNA 的純化，四天用於將 mRNA 封裝在脂質奈米顆粒中，然後進行填充和完成。每次生產所需的大部分時間都分配給每個階段嚴格的品質控制。

DNA 疫苗

除了分享理論上 DNA 疫苗相對於既定傳統疫苗的優勢外，mRNA 疫苗還具有比 DNA 疫苗更多的優勢。mRNA 在細胞液中反應，因此不需要 RNA 進入細胞核，避免了被整合到宿主基因組中的風險。修飾的核苷（例如，假尿苷，2'-O - 甲基化的核苷）可以被納入 mRNA 中，以抑制免疫反應刺激，避免立即降解，並透過增強翻譯能力產生更持久的效果。 mRNA 的開放閱讀框架（ORF）和非翻譯區（UTR）可以為不同的目的進行最佳化（這一過程稱為 mRNA 的序列工程），例如透過豐富鳥嘌呤 - 胞嘧啶含量或選擇已知可增加翻譯的特定 UTR。 可以增加編碼複製機制的額外 ORF 以擴大抗原翻譯，進而提高免疫反應，減少所需的起始材料數量。



缺點

儲存

由於 mRNA 是脆弱的，一些疫苗必須儲存在非常低的溫度下，以避免降解而令接種者獲得很少的有效免疫力。輝瑞生物技術公司的 BNT162b2 mRNA 疫苗必須儲存在 - 80 至 - 60 °C（-112 至 - 76 °F）之間。 Moderna 說他們的 mRNA-1273 疫苗可以儲存在 - 25 至 - 15 °C（-13 至 5 °F）之間， 這與家用冰箱相當， 而且它在 2 至 8 °C（36 至 46 °F）之間保持穩定，最長可達 30 天。 2020 年 11 月，科學期刊雜誌《自然》報導：「雖然 LNP 配方或 mRNA 二級結構的差異可能是 Moderna 和 BioNtech 之間] 熱穩定性差異的原因，但許多專家懷疑兩種疫苗產品最終將證明在各種溫度條件下具有類似的儲存要求和保質期。」目前正在研究可能允許在更高溫度下儲存的幾個平台。

近期

在 2020 年之前，沒有任何 mRNA 技術平台（藥物或疫苗）被授權用於人類，因此存在未知影響的風險。2020 年 COVID-19 大流行要求 mRNA 疫苗具有更快的生產能力，使其對國家衛生組織具有吸引力，並導致了關於 mRNA 疫苗在八周的最終人體試驗後應獲得何種類型的初始授權（包括緊急使用授權或擴大使用授權）的辯論。

副作用

反應原性與傳統的、非 RNA 疫苗相似。然而，那些易受自身免疫反應影響的人可能會對 mRNA 疫苗產生不良反應。疫苗中的 mRNA 鏈可能會引起意外的免疫反應 -- 這需要身體認為自己生病了，而人也因此感覺自己生病了。為了儘量減少這種情況，mRNA 疫苗中的 mRNA 序列被設計成模仿宿主細胞產生的序列。

在新型 COVID-19 mRNA 疫苗的試驗中報告了強烈但短暫的反應性效應；大多數人不會出現嚴重的副作用，包括發燒和疲勞。嚴重的副作用是指那些妨礙日常活動的副作用。

2021 年 11 月 8 日法國醫療保險機構社會健康保險總局（CNAM）與法國藥品安全域公布一項最新病例研究報告，確認新冠信使核糖核酸（mRNA）疫苗會增加發生心肌炎和心包炎的風險



有效力

Moderna 和 Pfizer-BioNTech 的 COVID-19 mRNA 疫苗的有效率達 90% 至 95%(目前因 BA.5 可能會產生保護力低於以上數值，僅供參考）。之前對 COVID-19 以外的病原體進行的 mRNA 藥物試驗並不有效，不得不在試驗的早期階段就放棄了。新的 mRNA 疫苗療效的原因尚不清楚。

醫生科學家 Margaret Liu 說，新的 COVID-19 mRNA 疫苗的療效可能是由於投入開發的 "大量資源"，或者疫苗可能是 "引發了對 mRNA 的非特異性炎症反應，可能是提高了其特異性免疫反應。鑑於改良的核苷技術減少了炎症，但並沒有完全消除它"，而且 "這也可以解釋一些接受 mRNA SARS-CoV-2 疫苗的人所報告的強烈反應，如疼痛和發燒"。這些反應雖然很嚴重，但都是短暫的，另一種觀點認為它們是對脂質藥物輸送分子的反應。



爭議

曾有謠言指出，mRNA 疫苗可以改變細胞核中的 DNA，而事實上細胞體中的 mRNA 在有時間進入細胞核之前就會非常迅速地被降解。故此 mRNA 疫苗必須儲存在非常低的溫度下以防止 mRNA 降解。逆轉錄病毒可以是單鏈 RNA（正如 SARS-CoV-2 疫苗是單鏈 RNA），它進入細胞核並使用逆轉錄酶從細胞核中的 RNA 製造 DNA。逆轉錄病毒有被匯入細胞核的機制，但其他 mRNA 缺乏這些機制。一旦進入細胞核，沒有引物就不能從 RNA 中生成 DNA，引物伴隨著逆轉錄病毒，但如果放在細胞核中，其他 mRNA 就不存在引物了 。



疫苗種類

兩大類 mRNA 疫苗使用非擴增（常規）mRNA 或自擴增 mRNA。 前兩個獲批的 mRNA 疫苗（輝瑞生物技術公司和 Moderna COVID-19 疫苗）使用非擴增 mRNA。這兩種 mRNA 類型都在繼續研究，作為針對其他潛在病原體和癌細胞的疫苗方法。

非擴增 mRNA

傳統的 mRNA 疫苗使用非擴增性 mRNA 結構。 非擴增性 mRNA 只有一個開放閱讀框，編碼感興趣的抗原蛋白。 細胞使用的 mRNA 總量等於疫苗傳遞的 mRNA 量。在傳統的 mRNA 疫苗中，劑量強度受疫苗所能傳遞的 mRNA 數量的限制。

自擴增 mRNA

自我複製的 mRNA（saRNA）疫苗與傳統的 mRNA 疫苗相似，不同的是，saRNA 疫苗也能自我複製其 mRNA。 自我複製的 mRNA 有兩個開放閱讀框。第一個開放閱讀框，像傳統的 mRNA 一樣，對感興趣的抗原蛋白進行編碼。第二個開放閱讀框為 RNA 依賴性 RNA 聚合酶（及其輔助蛋白）編碼，該聚合酶在細胞內自我複製 mRNA 結構，並創造多個自我複製。這使得較小數量的 mRNA 可用於疫苗傳遞。自我複製 mRNA 的機制和評估可能是不同的，因為自我複製的 mRNA 在大小上是一個大得多的分子，這從根本上是不同的。

不同的 saRNA 疫苗正在被研究，包括瘧疾疫苗的開發。 Gritstone 生物公司在 2021 年開始了 saRNA COVID-19 疫苗的一期試驗，作為加強型疫苗使用。該疫苗旨在針對 SARS-CoV-2 病毒的尖峰蛋白，以及可能不太容易發生基因變異的病毒蛋白，以提供對 SARS-CoV-2 變種的更大保護。



參見


* DNA 疫苗

* BNT162b2，首款完成開發及投入應用的 RNA 疫苗，用於預防 2019 冠狀病毒病

* MRNA-1273，繼「BNT162b2」後另一款預防 2019 冠狀病毒病的 RNA 疫苗

* 癌症疫苗



參考文獻