这是探索mRNA的前景、挑战和未来的系列文章的第一部分。

让我们数一数我们的幸运。

我们仍在努力摆脱COVID-19大流行，它扩大了我们的工作词汇量，为公共词汇提供了新的(诚然大部分是悲观的)词汇和概念。(例如:刺突蛋白、插管、N-95、快速抗原检测。)我们可能不会在演讲中充斥着这些术语，但我们现在至少对它们已经相当熟悉了。

就像希望勇敢地从潘多拉的盒子里爬出来一样，最后出现的是一个更乐观的小名词:mRNA。由于一种全新的疫苗，曾经只有生物专业的人才知道的信使RNA (mRNA)——更正式的名称是信使RNA——已经进入了社会的词汇列表。

疫苗的研制很少能超过脱皮的速度。但信使rna疫苗是通过“曲速行动”(Operation Warp Speed)推向商业可行性的，这是一个于2020年设立的联邦计划，旨在加速任何可能延缓COVID-19最严重症状的疫苗的开发。

自2020年12月获得食品和药物管理局的紧急使用授权以来，已经有超过120亿剂基于mrna的COVID-19疫苗被注射到人们的怀里。在安全性和有效性方面，它们优于通过传统手段制造的其他COVID-19疫苗。今天，科学家们正在开发各种其他传染病的mRNA疫苗，包括癌症。

信使rna可能是许多疫苗的优越材料，尤其是当病原体不断快速进化出新的菌株时，这是有充分理由的。但是，实现mRNA的全部潜力意味着要解决一些不可忽视的挑战，斯坦福大学的研究人员正在应对这些挑战。其中包括:如何使剂量更有效;以及如何将药物送到该去的地方。解决方案可能取决于如何实施。

信使rna在脂肪团表达上的疯狂之旅

细胞核是我们基因组的家园，它不会让它包围的22000多个基因中的任何一个离开。但这些由dna构成的基因可以以更小的RNA链的形式复制，这是一种可以离开细胞核的dna二重身物质。每个mRNA分子的任务是将其编码的蛋白质的遗传配方(因此“m”代表“信息”)携带到细胞质——细胞核外的所有细胞领地。这是一种分子机器——被称为核糖体的蛋白质印刷机——大量出没的地方。核糖体知道如何读取任何mRNA的配方，并在瞬间制备出一批指定的蛋白质。这些都是经过亿万年进化磨砺而运转良好的机器。

相比之下，在细胞外制造蛋白质通常是一件繁琐的事情。就像不同的烹饪作品需要非常不同的材料一样——烹饪容器、时间、混合方法和烤箱温度——每种蛋白质都有自己独特的制造规格。

mRNA技术的成功在于将蛋白质制造的繁重工作外包给终极蛋白质工厂:我们自己的细胞，每个细胞可以容纳多达数百万个核糖体——你可以要求的所有最先进的蛋白质生产设备。顺便说一下，那些核糖体并不关心mRNA来自哪里。科学家可以给核糖体注入任何一条mRNA链，核糖体就会制造出这条mRNA链所指定的蛋白质的多个副本，并折叠成正确的形状来完成其预期的工作。

这对生物技术行业来说是个好消息，因为生物技术行业可以快速合成大量的信使rna分子，指定任何所需的蛋白质，或者来自病原体的蛋白质块。(大多数疫苗都是由蛋白质或蛋白质块组成的。接触它们会训练免疫系统对病原体发起攻击。)

好吧。因此，合成信使rna对生物技术学家来说是小菜一碟。但是把它送到正确的细胞，一旦进入核糖体…这需要独创性。简单地将裸mRNA注射到某人的静脉中，它很快就会被血液或组织中的酶分解。这是非常微妙的。信使rna也不能轻而易举地穿过细胞的保护外层膜。

你需要一辆送货车。

COVID-19 mRNA疫苗已通过称为脂质纳米颗粒(脂质是“脂肪物质”的科学术语)的驮运卡车进入我们的细胞。脂质纳米颗粒，或LNPs，是美化的脂肪球。

斯坦福大学化学教授Bob Waymouth博士说:“LNP是一种粗糙的尝试，它像病毒一样谋生。”“病毒非常擅长进入细胞内部，这样它们就可以自我复制。”

脂质纳米颗粒是由四种成分组成的球体，直径约为100纳米(巧合的是，引起COVID-19的病毒的大小)。两种成分稳定了脂质纳米颗粒的化学成分。一种是防止脂质纳米颗粒像脂肪团一样聚集在一起。第四个，最关键的成分是一堆线性的脂肪分子，沿着它们的长度通常带正电荷。mRNA链沿其长度带负电荷。我们都知道(尤其是在电子领域)，异性相吸。因此，两者结合在一起，将mRNA锚定在脂质纳米颗粒上。单个脂质纳米颗粒可以包裹数百或数千个mRNA分子。

脂质纳米颗粒被配制成可将其信使rna安全地运送到细胞并释放。这将释放mRNA分子，使其快速进入细胞质并爬上其常驻核糖体。但实际上，通过脂质纳米颗粒走私进入细胞的mRNA中，只有大约10%最终会产生蛋白质。

Waymouth说:“LNPs在放手方面有问题。

另一个问题是:大多数脂质纳米颗粒一开始就无法到达所需的细胞。一旦注射，脂质纳米颗粒倾向于流向特定的器官和细胞类型。在静脉注射后，绝大多数都流向了肝脏——如果你想给肝细胞用药，那就太棒了。(Waymouth说，世界各地的公司都在研究基于mrna的药物，旨在实现这一目标。)否则，就不太好了。

当然，COVID-19疫苗注射到肌肉组织，而不是静脉。即便如此，动物试验表明，一些脂质纳米颗粒携带的mRNA降落在肝脏中。更多进入肌肉细胞。Waymouth说，少量的病毒会进入其他地方，这可能是COVID-19疫苗的一些副作用的原因。

幸运的是，其中相当一部分到达了免疫系统中悬挂在肌肉组织或附近淋巴结中的前线哨兵“展示-告诉”细胞。这些免疫细胞是理想的疫苗靶点。它们吞噬脂质纳米颗粒，按照摄取的mRNA的指令制造蛋白质，将蛋白质切成小块，显示在它们的表面，让其他免疫细胞识别为外来物质——这是启动协调免疫反应的关键步骤。

脂质纳米颗粒本身没有过度毒性，但它们确实会引起一些炎症，可能是我们看到的COVID-19疫苗一些更常见的副作用的原因，比如手臂酸、发烧、发红等。

有些副作用更令人担忧，比如心肌炎，这是一种罕见的由炎症引起的心脏问题，主要发生在年轻男性和青春期男孩身上。脂质纳米颗粒的炎症潜能，加上它们的游离倾向，是否可能导致一些不太常见但令人不安的COVID-19疫苗相关症状，这是一个悬而未决的问题。(COVID-19本身会带来更大的心肌炎风险。)

如果生物医学科学家能够将mRNA定向到目标细胞或器官，而不是其他地方，这可能会降低副作用的风险，这是一个合理的赌注。无可争议的是，需要注射的疫苗将会减少。浪费的少了，就会有更多的资源。当你试图一次性为全世界或接近全世界的人口接种疫苗时，这是值得考虑的。

也许有办法做到这一点。更新、更有效、更有针对性的包装mRNA的方法可以为其在治疗mRNA以外的疾病方面的扩展应用提供强大的推动力。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。