2020年mRNA疫苗行业专题报告

导语

根据WHO披露，截止2020年7月14日，全球共计163个新冠疫苗处于研发当中，其中处于临床中的在研产品共计23个、临床前的在研品种共计140个。目前，中国新冠疫苗研发进度处于全球前列，7个品种已步入临床阶段。

来源：广发证券

一、前言

（一）全球大流行病防控面临更多挑战，需要新一代疫苗研发路径来应对

自从200多年前全球研制出第一种疫苗以来，疫苗接种大大减轻了世界各地传染病的负担，根除了天花并限制了脊髓灰质炎、破伤风、白喉和麻疹等疾病的发病率。然而，步入新世纪以来，全球人口密度提升、年龄结构趋于老龄化和交通方式更加便捷的根本变化有利于病原体的全球传播，而气候变化影响了携带病原体的媒介分布、丰富程度和流行程度，促进了一系列媒介传播疾病，进一步加剧了这种大流行风险。

过去几十年发生的大流行疫情清楚地表明了全球大流行威胁的现实，艾滋病毒、非典、埃博拉、寨卡、新冠肺炎等严重传染性疾病迅速蔓延，凸显出全球亟需迅速应对大流行病的迫切需要，需要极其迅速地研制出相关疫苗并进行大范围接种，以预防此前可能未知的病原体。因此，能够实现快速研发和大规模生产出新疫苗的技术至关重要。

对于大多数新型病毒疫苗而言，其研发主要的障碍不是传统疫苗开发路径的可行性和有效性，而是需要以低成本、更迅速的研发和大规模生产的能力。首先，在大流行病爆发的情况下，传统的的疫苗开发方式可能并不总是合适甚至可行的，如灭活疫苗、减毒疫苗等需要整个病原体的培养和繁殖的生产周期，同时生产也可能受到各种因素的阻碍，如在体外条件下很难或不可能培养出相应的病原体，或需要较高的生物安全水平和专门的实验室进行培养，在疫情的迅速发展背景下会凸显出传统疫苗生产能力有限的短板；其次，新出现病原体的不可预测性是大流行疾病防控的关键问题之一，由于在爆发前疫苗目标仍未确定，时间仍然是有效疫苗研制的主要障碍之一。目前，传统疫苗从临床前阶段开始的平均开发时间超过10年，表明迫切需要新的方法，允许极快的开发和上市许可，以防止新爆发的全球传播；最后，与疫苗开发和生产相关的成本也是防控大流行病所面临的重要问题。根据WHO披露，传统路径开发一种新候选疫苗的费用预计普遍超过5亿美元，叠加建立设施和购买设备的成本，合计预计在5亿至7亿美元之间。虽然为了达到所需的安全标准，疫苗开发的一些成本是不可避免的，但在大多数传统疫苗技术中，每一种疫苗都需要专门的生产工序和设施，研发与生产成本较高。特别是考虑到资源有限的情况，例如2013-2016年的埃博拉危机，局部地区疫情爆发对于疫苗公司而言做相关疫苗研发的商业化决策相对困难，需要新技术来支持更具成本效益的疫苗研发与生产。

基于以上综合考量，未来面临大流行病的防控情形下需要开发出独立于整个病原体培养的、高度通用、低成本且产能能够迅速扩展的新一代疫苗研发路径，以有效和快速地抗击疫情。最后，传统的疫苗方法可能不适用于非传染性疾病，如癌症。近年来，核酸疫苗包括重组病毒载体疫苗和基于核酸的疫苗（DNA和mRNA疫苗）已经在临床中展现出可能能够应对上述全球卫生挑战的潜力。针对传染病和几种癌症的多个核酸疫苗技术平台已经在动物模型和人类中显示出令人鼓舞的结果，如下图所示。

本文基于核酸疫苗发展历程与关键技术分析，对核酸疫苗成药性、技术平台的通用性、应用前景以及未来可能面临的挑战做了进一步的相关分析，通过对比各种疫苗研发路径的差异，以便对核酸疫苗有更清晰的认识与了解。

（二）核酸疫苗为通用的平台型技术，有望颠覆传统疫苗研发路径

随着免疫学、生物化学、生物技术和分子微生物的发展，20世纪后半叶全球疫苗的研制进入快速发展阶段。从技术路径的角度来看，从最开始的第一代传统疫苗包括灭活疫苗、减毒疫苗等，发展到第二代疫苗包括由微生物的天然成分及其产物制成的亚单位疫苗和将能激发免疫应答的成分基因重组而产生的重组蛋白疫苗，再到目前最新第三代以mRNA疫苗、DNA疫苗、重组病毒载体疫苗为代表的核酸疫苗。

然而，在应对大流行病情况下，传统疫苗面临一些挑战：（1）在目标病原体或抗原提取、灭活、分离和纯化之前，其在专用的细胞培养或以发酵为基础的生产方式是一个漫长、复杂和昂贵的过程，产能放大能力较弱；（2）传统疫苗往往以基于临床经验证明其有效性，确切的保护机制只有在疫苗获得许可和使用后才能完全阐明，在某些情况下，如百日咳疫苗，至今尚不清楚其功效机制；（3）需要专门针对特定疫苗定制生产流程、建设配套的生产设施和培训相关操作人员。此外，这些资本投入必须在疫苗批准前数年进行（开展临床3期前需建设好正式生产车间），伴随而来的风险是疫苗最终可能失败，而这反过来又限制了疫苗公司研发的积极性与推进的节奏；（4）传统疫苗仅仅依赖于佐剂来调整它们诱导的免疫反应类型。

与传统疫苗相比，核酸疫苗尤其是mRNA疫苗主要有以下核心优势：（1）可以表达任意种类的蛋白，如天然蛋白、抗体、病毒蛋白等，突破现有专利以及毒株、菌株等方面的限制；（2）可以同时表达多个蛋白，有望开发出多价苗、联苗等疫苗；（3）可以模拟病毒自然感染人体的过程，引起较强的体液免疫与细胞免疫，但安全性较高，且可以通过成熟的制剂技术如核苷酸修饰等调整核酸疫苗表达抗原的能力，来调整体液免疫和细胞免疫之间的平衡；（4）生产周期较短，3个月内即可完成GMP生产及QC，可以应对大规模突发性传染病；（5）一个产品成功后可以快速开发出同一给药系统的更多系列产品，为通用的平台型技术；（6）标准化生产且场地要求低，化学合成核酸，普通GMP场地即可，安全性高，且不易因批次间的变化而造成不必要的批次损失；（7）共线生产所有产品，既不涉及病原体，也不涉及细胞培养或发酵体系，因此一个单一的设施可以生产所有的mRNA疫苗，共享同一套质量体系、生产设备以及操作人员。综上所述，mRNA疫苗有望颠覆传统疫苗研发路径，开启疫苗的新时代。

近年来，核酸疫苗在基础和临床研究方面正经历着突飞猛进的发展，仅在过去的五年中，就有几十个核酸疫苗技术平台所开发的产品在临床前和临床试验中显示出令人鼓舞的结果。目前，虽然部分临床前与临床数据显示核酸疫苗在人类的免疫原性比动物模型所预期的要温和，然而各家厂商的技术平台存在一定的差异且尚未有足够多的临床数据证明核酸疫苗的成药性存在较大问题，伴随着制剂技术的不断成熟与递送系统在临床中得到进一步验证，我们认为核酸疫苗有潜力解决传染病和癌症疫苗开发中的许多挑战。

（三）核酸疫苗在全球新冠疫苗研发中占据重要位置

年初以来，新冠疫情席卷全球，截止目前在全球部分地区仍尚未得到有效控制。基于新型冠状病毒的流行病学特点，我们认为疫苗在新冠疫情的防控中占据不可替代的重要位置。根据WHO披露，截止2020年7月14日，全球共计163个新冠疫苗处于研发当中，其中处于临床中的在研产品共计23个、临床前的在研品种共计140个。目前，中国新冠疫苗研发进度处于全球前列，7个品种已步入临床阶段。

根据WHO披露，从全球新冠疫苗研发的技术路径角度来看，163个在研的新冠疫苗中核酸疫苗包括DNA疫苗、mRNA疫苗、重组病毒载体疫苗共计78个，占比约48%，数量位居第一位。其次，重组蛋白疫苗包括亚单位与VLP疫苗共计68个，占比约42%，数量位居第二位，灭活疫苗与减毒疫苗数量较少。正如上文所述，核酸疫苗具有高效、短时间内可大规模生产、成本低等优势，有望在防控新冠疫情中发挥重要作用。

二、mRNA 疫苗

（一）mRNA 疫苗技术路径与核心竞争优势

mRNA是编码DNA转录和细胞质核糖体产生蛋白质的中间步骤。mRNA疫苗的核心原理是将相关转录本（编码一个或多个免疫原的基因序列）传递到宿主细胞的细胞质中，随后在细胞内表达翻译蛋白即抗原，使其位于细胞膜内或分泌到细胞膜外，进而呈现在主要组织相容性复合物（MHC）上即MHCⅠ类和MHCⅡ类，然后被CD8+和CD4+T细胞识别从而启动适应性免疫应答。mRNA疫苗在靶细胞内产生抗原，模拟了病毒在人体内自然感染的过程，能够有效的引起体液免疫与细胞免疫，但安全性较高。mRNA疫苗可以绕过毒株、菌株等获取方面的限制，支持提供任何特定的抗原，无论是来自病毒、细菌还是寄生虫，能够支持针对多种病原体的疫苗开发。

目前，临床中正在研究的mRNA疫苗主要分为两种：非复制性mRNA疫苗（NRM）和病毒衍生的自扩增mRNA疫苗（SAM）。传统的基于mRNA的疫苗主要包括编码目标抗原序列的开放阅读框（open reading frame，ORF），以及5和3未翻译区（UTRs）、帽子结构（Cap）和多聚腺苷酸尾巴（Poly-A）。

自扩增mRNA疫苗不仅编码目标抗原，而且编码病毒复制机制，最常见的来自于甲病毒，如Sindbis和Semliki-Forest病毒。通常情况下，编码病毒结构蛋白的ORF被所特定的转录本所取代，病毒RNA依赖的RNA聚合酶被保留以指导复制子结构的细胞质扩增，使细胞内mRNA扩增和更高效的抗原表达。自扩增mRNA疫苗编码的任何遗传信息都会被放大很多倍，导致相对低剂量的疫苗产生高水平的抗原表达，这是自扩增mRNA疫苗相比于非复制mRNA疫苗的相对优势。然而，自扩增mRNA疫苗的全长mRNA比非复制的mRNA疫苗大很多（甲型病毒系统为9-10kb），值得注意的是，其生产过程比非复制的mRNA疫苗更加困难。

与使用自扩增的mRNA疫苗相比，一方面非复制mRNA疫苗的优势在于其结构简单，mRNA体积小，相比之下在自扩增mRNA疫苗ORF中插入目标抗原转录本的大小限制更大；另外一方面，非复制mRNA疫苗ORF中没有任何额外的编码蛋白序列，而这些编码蛋白如复制机制产生的复制酶可能会诱导非预期的免疫反应，理论上可能会限制其技术平台在同一人体中的重复使用。

到目前为止，非复制mRNA疫苗的研发推进节奏较快，已经在多个临床试验中，而自扩增mRNA疫苗尚未在临床研究中进行验证，其安全性、耐受性和有效性在人身上尚未得到证实。

mRNA疫苗平台可广泛应用于蛋白替换疗法、肿瘤免疫以及传染病疫苗等，应用场景较为广阔。根据蛋白功能的不同区分mRNA药物的主要用途：（1）蛋白替换疗法，将人体变成自身蛋白加工厂；（2）肿瘤免疫，激活免疫系统或去除免疫抑制，如细胞因子和抗体；（3）传染病及个性化肿瘤疫苗，帮助人体识别外来病毒或肿瘤新生抗原。

在过去的十年里，重大的技术创新和资本投入驱动mRNA成为疫苗开发和蛋白质替代治疗领域一个有前途的研发技术平台。mRNA疫苗相较于亚单位、灭活病毒和减毒活病毒以及DNA的疫苗具有一定相对优势。（1）安全性高：由于mRNA疫苗是一个非感染性、非整合平台技术，因此不存在感染或插入突变的潜在风险。此外，mRNA能够被正常的细胞自然降解，其在体内的半衰期可以通过各种修饰和递送系统来调节。与此同时，mRNA的固有免疫原性可以人工下调，以进一步增加其安全性。（2）高效率：多种修饰使mRNA更稳定，更易翻译。通过将mRNA合成载体分子，使其在细胞质中快速摄取和表达，可以实现高效的体内给药。mRNA是最小的遗传载体，因此避免了抗载体免疫，可以重复接种mRNA疫苗。（3）可大规模生产且成本低：mRNA疫苗具有快速、廉价和可扩展的生产潜力，主要来源于IVT mRNA体外生产的高效率。

核酸疫苗为通用的平台型技术，就生产方式而言，DNA疫苗与mRNA疫苗平台都允许使用相同的既定生产流程和设备生产不同的疫苗。然而，由于mRNA疫苗的生产过程是基于体外系统，不需要在细菌或细胞培养物中扩增，因此mRNA疫苗的生产过程相对较短且易于监控，生产效率较高。mRNA疫苗提供了一种灵活的、大规模的、快速的、具有成本效益的生产流程，周转时间也很快。在面临大流行威胁时，mRNA疫苗的上述特性是至关重要的，因为需要一个快速应对研发与生产平台，能够在必要的短时间内生产保护性疫苗，以保护高危人群，并对疫情的进展产生早期影响。

需要强调的一点，疫苗是给健康人接种的，现代预防性疫苗对安全性的要求极为严格。由于mRNA疫苗的生产过程中不需要有毒化学品或可能受到不定病毒污染的细胞培养物，其生产避免了与活病毒、病毒载体、灭活病毒和亚单位蛋白疫苗等其他疫苗平台相关的常见风险。此外，mRNA疫苗的生产周期短，引入污染微生物的机会较少。

与DNA疫苗相比，mRNA疫苗安全性更高、剂量使用少且不需要很大的生产设施与特殊的输送装置。（1）由于mRNA疫苗不与宿主细胞DNA相互作用，它们避免了DNA疫苗可能带来基因组整合的潜在风险。由于mRNA疫苗是包含编码抗原的ORF的最小载体，其两侧有特定的调控元件，不能诱导抗载体免疫，因此可以多次注射；（2）DNA疫苗面临的挑战是必须穿过细胞核（穿过两层膜，分别进入细胞质和细胞核），必须先在细胞核内转录成mRNA，然后才能在细胞质进行翻译成目标抗原，这种复杂路径通常需要更大的剂量和特殊的、常常令人痛苦的输送设备（比如基因枪、电穿孔设备等）。而mRNA疫苗只需要穿过细胞膜即可在细胞质内进行翻译，同时也可以使用传统的针孔通过不同途径进行注射，不需要任何额外的注射设备，因此，mRNA疫苗往往只需要DNA疫苗约1/1000的剂量即可达到免疫效果，不需要特殊的输送装置，在重大疫情的情况下接种更为方便。

DNA疫苗值得关注的问题是质粒在人体内的长期持久性以及由此带来的基因组与宿主染色体潜在整合的风险，可能导致突变和肿瘤发生，此外DNA疫苗对特殊的输送设备较为依赖，上述问题代表了此技术平台的一些缺点。与DNA疫苗一样，基于mRNA的疫苗技术支持一种相对简单的、完全合成的生产工艺，允许使用相同的既定生产工艺和设备生产不同的疫苗，但其在细胞中缺乏持久性且无法进行基因组整合，因此mRNA疫苗在安全性方面具有一定优势。

重组病毒载体疫苗本质上应归属于DNA疫苗范畴，通过将编码目标抗原的基因序列整合到病毒载体中，利用病毒载体取代基因枪、电穿孔等特殊的输送设备转染到人体细胞内。自20世纪80年代以来，临床研究已经建立了以多种病毒作为载体的疫苗，病毒载体主要包括活的（复制的但通常是衰减的）病毒与具有复制缺陷的病毒，常用的病毒载体主要有腺病毒、细小病毒、togavirus（如Semliki Forest病毒）、副粘病毒（如麻疹病毒或人类副流感病毒等）、弹状病毒（如水疱性口炎病毒，VSV）和痘病毒（如改良的土耳其牛痘病毒，MVA）。

腺病毒（Ad）载体是最常用的病毒载体之一，有大量的临床前和临床研究来验证重组腺病毒载体疫苗对各种传染性疾病的保护作用。腺病毒属无包膜病毒，有二十面体衣壳和线性双链DNA基因组，大小30~40kb。除了在不同动物物种中发现大量腺病毒外，还有57种已被识别的人类腺病毒，共分为七个属种。腺病毒受体在大多数人类细胞表面表达，使病毒具有广泛的组织趋向性。

腺病毒（Ad）可构建为具有复制能力或复制缺陷的载体疫苗，由于重组腺病毒载体疫苗在宿主细胞的细胞核中进行转录和复制，因此存在基因组整合的潜在风险。腺病毒载体能够稳定表达多达8 kb的插入物，支持大多数靶抗原以及多价或多病原体疫苗的表达。在哺乳动物细胞培养系统中可以制造腺病毒载体，最常见的是使用hek293细胞，该细胞在转录中提供E1蛋白，允许病毒复制。这些生产系统以相对较低的生产成本支持高病毒产量，但是病毒种子的扩增需要生物安全二级（BSL2）设施。

在疫苗生产方面，每种病毒系统需要不同的细胞培养来实现高产繁殖，因此每种病毒载体平台需要不同的生产设备。由于病毒在生产过程中可能会发生重组，因此必须非常小心地使细胞培养液中不含有可能导致重组和无明显特征的病原体。一般来说，由于偶然因素的存在，即在疫苗生产过程中需要重点评估可能无意中引入到生产过程中的微生物。由于以病毒载体为基础的疫苗生产是一个复杂的过程，通常需要多种来自人类或动物的成分，如细胞基质、猪胰蛋白酶或牛血清等，因此需要严格地进行纯化过程，且需要在生产过程的各个步骤中进行广泛的测试，这些因素使得以病毒载体为基础的疫苗的生产过程复杂且成本相对较高。

腺病毒载体疫苗能够诱导有效的细胞免疫和体液免疫，其免疫原性的强弱取决于所使用腺病毒的血清型。复制缺陷Ad5是应用最广泛的腺病毒载体之一，它能够诱导非常有效的CD8+ T细胞和抗体应答。然而，在人类中广泛存在对该病毒的免疫，可以抑制病毒载体转染细胞的效率和目标抗原基因的表达，且疫苗接种的可重复性较差，阻碍其临床应用。这个问题可以通过开发非人类起源的腺病毒载体得到解决，例如黑猩猩病毒衍生载体ChAd63（牛津大学开发新冠疫苗所用的病毒载体），另一种方法是选择在人类中较低患病率的稀有血清型，如Ad35或Ad26（强生开发新冠疫苗所用的病毒载体）。

（二）成熟制剂技术与高效递送系统是 mRNA 疫苗未来成功的关键

1953年克里克和沃森发现DNA为双螺旋结构，随后1961年发现mRNA，20世纪70年代首次通过脂质体将mRNA导入细胞。到20世纪90年代，传递技术已经成熟到足以支持临床前研究。1990年全球首次发表了在动物体内成功使用体外转录（IVT）mRNA的报告，将目标基因mRNA注射到小鼠体内并检测相关蛋白质的产生。1992年的一项后续研究表明，在下丘脑中注射编码加压素的mRNA可引起大鼠的生理反应。然而，这些早期有希望的结果并没有导致在开发mRNA疫苗方面吸引大量投资，主要原因是对mRNA不稳定、高天然免疫原性和体内传递效率低下的担忧。

尽管mRNA疫苗应用前景较为广阔，但其发展面临着两个主要的技术障碍：（1）mRNA不稳定性，容易被细胞外核酸内切酶降解进而难以有效内化；（2）高天然免疫原性和体内传递效率低下，目前mRNA药物递送系统靶点多局限在肝脏，突破局限仍然在于递送技术的发展。面对上述挑战，mRNA疫苗技术平台的发展需要更成熟的制剂技术以及高效率的递送系统进行解决。然而，近年来新技术进步已经在很大程度上克服了这些问题，针对传染病和几种癌症的多个mRNA疫苗平台已经在动物模型和人体试验中显示出令人鼓舞的结果。

（1）核酸分子改造：对碱基改造耐受性差，分子的单体改造只有有限空间，且专利早已过期，不同改造的组合对IP至关重要，对应各家企业技术平台之间的差异。

（2）给药递送系统：目前较为成熟的递送系统为LNP、GalNac。早期递送主要是病毒载体及dextran等非病毒高分子材料，第一代载体的低效和免疫原性等缺点大大限制了RNA药物发展；初代LNP的转染效率是dextran的5~100倍，可离子化LNP、DODAP、DODMA、MC3等一系列可离子化LNPs被开发，真正解决了核酸药物的临床应用障碍（目前业界benchmark为MC3，首个siRNA采用的即是此递送系统）。

（三）制剂技术的优化方向：提升 mRNA 疫苗的有效性与安全性，打造技术平台的通用性

mRNA疫苗的研发与生产流程主要包括以下步骤：（1）确定目标病原体；（2）基因测序；（3）选定编码目标抗原的基因序列；（4）疫苗设计；（5）在中试车间中进行疫苗生产、纯化、制剂、检测等；（6）在GMP生产车间中进行放大生产；（7）配送给需要接种的人群。

具体而言，IVT mRNA疫苗的生产是首先通过体外转录cDNA模板获得的，通常是基于大肠杆菌产生的质粒DNA (pDNA)，使用限制性内切酶将pDNA模板线性化，用T7、T3或Sp6等噬菌体RNA聚合酶从线性DNA模板产生的。mRNA疫苗包含编码目标抗原的开放阅读框（ORF），3与5侧翼UTRs（非编码区），5Cap和Poly-A，被设计成类似于完全加工成熟的mRNA分子。这个生产过程是基于体外系统进行化学合成，不需要在细菌或细胞培养物中扩增，因此生产效率较高且易于监控。

其次，IVT mRNA生产出来后，通常需要通过反相快速蛋白液相色谱（FPLC）或高效液相色谱（HPLC）等色谱方法有效地去除残留产品中的相关杂质，例如dsRNA、酶、游离的NTPs、残留的pDNA或失败的转录副产物，则得到均一的mRNA产物。

最后，将上述生产出的mRNA用LNPs脂质纳米颗粒进行包裹完成制剂，LNPs递送系统不仅保护mRNA不被降解而且增强靶向性。

近年来，针对mRNA与人体先天免疫系统之间紧密相互作用的研究驱动了mRNA疫苗制剂技术的快速发展，使得将mRNA疫苗转化为临床试验成为了可能。外源mRNA的免疫原性调节本质上是免疫刺激性的，由于其能够被多种细胞表面、内质体和胞质固有免疫受体所识别（如下图所示）。根据预防与治疗应用的不同，mRNA的这种特性可能是有益的，也可能是有害的。一方面，它对疫苗接种具有潜在的优势，因为在某些情况下可能提供佐剂活性，以推动树突状细胞（DC）成熟，从而引发强大的T和B细胞免疫反应；另一方面，mRNA的先天免疫感应也与抑制抗原表达有关，并可能对免疫系统产生负面影响。近年来大量的临床数据表明，需要在免疫激活和炎症激活之间找到最佳平衡，以确定mRNA疫苗最佳的风险/效益比。从单一碱基修饰或纯化步骤到复杂的剂型过程中的任何细微变化都可能导致任何mRNA疫苗平台的疗效或毒性的改变，近年来随着针对mRNA与人体先天免疫系统之间紧密相互作用的研究，制剂技术的发展使得将mRNA疫苗转化为临床试验成为可能。

mRNA疫苗的设计优化策略是通过从序列模板到生产、修饰、纯化和配方步骤以达到先天免疫反应和适应性免疫反应的充分平衡。高效的mRNA疫苗需要：（1）最佳的mRNA稳定性和细胞摄取；（2）靶细胞如抗原提呈细胞（APCs）的细胞质传递和mRNA表达；（3）能够诱导人体所需保护性的适应性免疫应答。近十年来的研究表明，IVT mRNA的纯化、修饰核苷的引入以及与多种载体分子的配位均能形成mRNA的免疫刺激谱，对调节mRNA疫苗的免疫原性调节造成较大影响，进而影响疫苗的效用。下文将简要地总结了mRNA疫苗在临床中的关键发现以及优化设计策略。

首先，mRNA的纯度是决定目标抗原表达效率的一个关键因素。酶法合成的mRNA含有反应异常产物的双链RNA（dsRNA）污染物，作为病毒基因组和复制中间产物的模拟物，dsRNA是一种有效的病原体相关分子模式（PAMP），可被多个细胞内的模式识别受体所感知，随后可产生强大的I型干扰素，从而上调蛋白激酶R（PKR）和2-5-寡腺苷酸合成酶（OAS）的表达和激活，导致目标抗原翻译的抑制和mRNA的降解。临床研究比较明，通过反相快速蛋白液相色谱（FPLC）或高效液相色谱（HPLC）等色谱方法，可以有效地去除IVT mRNA中的污染物。值得注意的是，经FPLC纯化的IVT mRNA其蛋白表达增加了约1000倍。因此，适当纯化IVTmRNA对于最大限度地提高目标抗原表达和避免不必要的先天免疫激活是至关重要的。

其次，mRNA疫苗的Cap帽子结构对于结构稳定性和免疫原性非常重要，直接影响影响mRNA疫苗的稳定性与抗原表达有效性。Cap帽子结构功能主要有（1）作为翻译起始的必要结构，为核糖体对mRNA的识别提供了信号；（2）增加mRNA的稳定性，保护mRNA免遭5’→3’核酸外切酶的降解；（3）作为自身识别信号，避免激活Rig-I及IFIT途径激活而导致的免疫抑制。临床数据表明，uncapped与Cap0mRNA疫苗无蛋白翻译或蛋白翻译效率极低，激活Rig-I导致type I干扰素以及炎性细胞因子释放，引发抗病毒反应而清除被转染细胞，被IFIT蛋白识别而导致蛋白翻译抑制。

第三，3'与5'的UTRs长度和结构以及其中的调节元件都会影响目标抗原的表达效率。UTRs可以来自真核或病毒来源，可以增加mRNA的半衰期和稳定性，从而导致蛋白的高表达。

第四，Poly（A）尾在mRNA翻译和稳定性中也起着重要的调节作用,其最佳长度必须直接从编码DNA模板或使用Poly（A）聚合酶添加到mRNA中。

第五，核苷酸的密码子优化和修饰有助于提高翻译效率。一方面，用胞浆中含有丰富同源tRNA的常用同义密码子替换稀有密码子，是提高mRNA中目标抗原表达效率的常见做法；嘌呤和胞嘧啶(GC)含量增加的优化也可以产生显著正面影响，已经在DNA疫苗中得到了验证，为另一种序列优化形式。另一方面，通过将天然存在的修饰核苷如假尿苷（pseudouridine），2-硫尿苷（2-thiouridine），5-甲基尿苷（ 5-methyluridine ） ， 5- 甲基胞苷（ 5-methylcytidine ） 或 N6- 甲 基 腺 苷（N6-methyladenosine）掺入IVT mRNA中，可以降低人体对其天然免疫反应，进而提升目标抗原表达效率。

尽管目标抗原表达可以通过改变密码子组成或引入修饰核苷进行正调控，但这些序列工程形式也可能影响mRNA二级结构、翻译动力学和准确性以及后续目标蛋白质的折叠，以及在替代阅读框中存在的隐性T细胞表位的表达。所有这些因素都可能潜在地影响免疫反应的程度或特异性。

综上分析，mRNA疫苗的纯化、酶促加帽、3'与5'的UTRs长度和结构设计、Poly（A）尾长度优化、核苷酸的密码子优化和修饰等技术的进步均有利于提升mRNA稳定性与高效表达，不同改造的组合对IP至关重要，对应各家企业技术平台之间的差异，但是上述技术是一种通用性的平台型技术，优化组合可应用于不同mRNA疫苗的研发（仅需要用不同的转录本去替换ORF即可）。

（四）脂质纳米粒（LNPs）为临床唯一验证中的递送系统，已展现出高效传递的潜力

除了优化mRNA的构建，外源mRNA必须穿过脂膜的屏障才能到达细胞质，转化为功能蛋白，因此mRNA在细胞内的高效传递也是一个主要的挑战。由于mRNA本质上是一种短暂的分子，其半衰期约为7h，很容易被核酸内切酶降解，且mRNA的大分子量（105~106 Da）和高负电荷密度的特性影响了其通过细胞膜的渗透率。因此，有效的体内mRNA递送系统对实现目标抗原表达效率至关重要。

脂质纳米粒（LNPs）已成为最具吸引力和最常用的mRNA传递工具之一。LNPs通常由四种成分组成：（1）可电离的阳离子脂质，可促进自组装成病毒大小的（~100nm）颗粒，并允许将mRNA从内质体释放到细胞质；（2）与脂质相连的聚乙二醇（PEG），可增加制剂的半衰期；（3）稳定剂胆固醇；（4）天然的磷脂，支持脂质双层结构。因此，除了保护mRNA外，LNPs还起到促进细胞摄取、提高核内体逃逸，保护mRNA分子不被TLRs识别，避免先天免疫系统的过度激活的作用。

截止目前，临床研究已经证明siRNA药物使用LNPs后在体内可以进行有效地传递，近几年来又发现LNPs在自扩增的mRNA疫苗和常规的非复制性mRNA的应用中也展现出较大潜力。LNPs系统传递的mRNA-LNP复合物主要靶向肝脏，然而mRNA逃逸到细胞质中的机制尚不完全清楚。LNPs系统的持续发展新方向主要集中在可电离脂质和配方上，所有这些优化领域的组合几乎是无限的，在这些参数中的任何一个方面取得成功都可以产生有益的效果，并为疫苗成功预防疾病提供新方法。

然而，在mRNA疫苗的传递过程中仍有一些问题需要克服，例如一些脂质制剂的毒性、难以到达专门的次级淋巴器官的免疫细胞等。多抗原疫苗在mRNA疫苗开发过程中也是一个重大的挑战，例如LNP：mRNA的数量比一般在10:1~30:1左右，多抗原候选体需要大量的LNPs，而LNPs具有固有的佐剂特性，因此安全性和耐受性可能会限制多抗原mRNA疫苗的研发。

三、全球领先的 mRNA 疫苗公司

现阶段随着mRNA制剂与递送系统等技术的不断突破，mRNA制药行业日渐成熟，但整体来看，目前mRNA肿瘤免疫及疫苗行业发展尚处在较为早期阶段，国外对标三大巨头尚未有mRNA药物上市。mRNA行业技术壁垒高，市场竞争格局良好，同类公司市场稀缺，业内技术领先的艾博生物、斯微生物等公司具备成为国内独角兽企业的潜力。

（一）BioNTech

2008年BioNtech成立于德国，公司未来发展战略为全球领先的癌症个性化医疗生物技术公司。BioNtech与赛诺菲、基因泰克、辉瑞等公司保持长期合作，共同开发传染病与肿瘤mRNA疫苗。公司于2019年10月在纳斯达克上市，最新市值（7月16日）约172亿美元。

BioNTech拥有四大技术平台，mRNA疗法平台、细胞和基因治疗平台、蛋白质疗法平台和小分子治疗平台，涵盖肿瘤、传染病和罕见疾病等治疗领域。其中，公司开发的新冠疫苗BNT162已经完成临床1期试验。

公司的新冠疫苗BNT162研发进度较快，从开始设计到临床1期初步数据公布约5个月时间。新冠疫苗BNT162的抗原设计为SARS-CoV-2的S蛋白中的受体结合域（RBD），接种剂量组分别为10ug、30ug和100ug，间隔21天（3周）接种两剂。

7月1日公司公布了BNT162新冠疫苗临床1期的初步数据，展现出较好的安全性与耐受性，局部反应和全身事件是剂量依赖性的，一般为轻至中度，并且是一过性的。最常见的局部反应是注射部位的疼痛，轻微到中度，除了12名接受100ug剂量的受试者中有1人的疼痛很严重，无严重不良事件报告。发烧方面，受试者接种完两剂后，8.3%的10ug剂量组的受试者和75%的30ug剂量组的受试者出现大于38.0℃，但未出现三级不良发热。与30ug剂量相比，100ug剂量组的12名受试者在接受第二剂接种后，出现局部反应和系统性事件的受试者人数更高，免疫原性没有显著提高。

体液免疫方面，第二次接种后第7天即第28天检测到的中和抗体水平最高。（1）RBD结合抗体水平：10ug与30ug剂量组平均结合抗体IgG浓度分别为4813单位/ml和27872单位/ml，分别为SARS-CoV-2感染者恢复期血清抗体浓度（602单位/ml）的8倍和46.3倍；（2）中和抗体水平：10ug与30ug剂量组中和抗体GMTs分别为168和267，分别为SARS-CoV-2感染者恢复期血清中和抗体GMTs（94）的1.8-2.8倍。BNT162新冠疫苗初步展现出较好的体液免疫水平，更长时间维度的临床数据仍需要进一步观察。

BioNTech与辉瑞后续将利用这些初步数据以及正在生成的其他临床前和临床数据来确定合适的剂量水平，并在多种候选疫苗中进行选择，以寻求进展到大规模的全球2b/3期安全性和有效性试验。如果获得监管部门的批准，BNT162疫苗的临床3期试验将会募集约3万名受试者参与，预计将于2020年7月下旬开始。若未来BNT162疫苗的安全性和有效性研究成功，并且获得监管部门的批准上市。根据BioNTech官网披露，预计到2020年底公司可以生产1亿剂疫苗，到2021年底可能生产超过12亿剂。

复星医药产业于2020年3月获德国BioNTech授权，在区域内（即中国大陆及港澳台地区）独家开发、商业化基于其专有的mRNA技术平台研发的、针对新型冠状病毒的疫苗产品。近日，复星医药控股子公司复星医药产业收到国家药品监督管理局关于其获许可的新型冠状病毒mRNA疫苗（BNT162）用于预防新型冠状病毒肺炎的临床试验批准，复星医药产业拟于条件具备后于中国大陆境内（不包括港澳台地区）开展该疫苗的I期临床试验。

（二）Moderna

Moderna公司于2010年成立，致力于打造行业领先的mRNA技术平台、加快药物发现和早期开发的基础设施、快速扩大的产品线和世界级的团队。公司的研发管线包括基于mRNA的候选疫苗和跨越多个治疗领域的治疗方法，涵盖传染病、肿瘤、心血管疾病和罕见遗传疾病等领域。2018年12月公司于纳斯达克上市，最新市值（7月16日）约317亿美元。

7 月 14 日 ， Moderna 公 司 公 布 了 所 开 发 的 针 对 新 冠 病 毒 的 mRNA 疫 苗（mRNA-1273）在1期临床试验的中期结果，并在《新英格兰医学杂志》发表。在这项试验中，45例年龄为18-55岁的健康成人受试者，间隔28天接受了两剂不同剂量水平（25、100、250 g）的mRNA-1273疫苗接种。

在安全性方面，mRNA-1273的安全和耐受性良好，直至第57天未报告严重不良事件。不良事件（AE）严重程度通常为轻度至中度，且为一次性事件。第二次接种后，25 g组13例受试者中有7例（54%）、100 g组所有15例受试者和250 g组所有14例受试者中都有发生全身性不良事件。100 g剂量第二次接种后，最常报告的全身不良事件为疲乏（80%）、寒颤（80%）、头痛（60%）和肌痛（53%），严重程度为轻度或中度。100g剂量组最常见的局部不良事件是注射部位疼痛（100%），严重程度为轻度或中度。

免疫应答方面，截至接种后第57天的结果显示，mRNA-1273诱导了针对新冠病毒的快速和强烈的免疫应答。这项研究由美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家过敏和传染病研究所（NIAID）领导进行。

mRNA-1273诱导所有受试者在首次接种后第15天产生能够与全长新冠病毒刺突蛋白结合的抗体。在接种两次疫苗后的第57天，几何平均滴度超过了从确诊为COVID-19的38例患者中获得的恢复期血清的几何平均滴度。研究人员用两种不同的检测评估了中和抗体活性，一种是活新冠病毒蚀斑减少中和试验（PRNT），另一种是假病毒中和试验（PsVNA）。接种疫苗前，没有受试者检测到PRNT或PsVNA反应。两次接种后，mRNA-1273引起了高水平的中和抗体免疫反应。第43天时，在所有评价的受试者中观察到抗新冠病毒的中和抗体活性（PRNT）。在100 g剂量下，几何平均滴度水平是参比康复患者血清（n=3）中观察到水平的4.1倍。第二次接种后，在所有剂量队列的受试者中检测到PsVNA中和抗体滴度。100 g剂量下第57天的几何平均滴度比恢复期血清（n=38）中观察到的滴度高2.1倍。根据Moderna官网披露，公司为了保证未来新冠疫苗的供应，分别与Lonza（龙沙）与Catalent签订代工生产协议。公司与Lonza合作目标是使生产每年达到10亿剂，首批mRNA-1273预计将于2020年7月在美国龙沙生产，Catalent将提供瓶灌装和包装能力以及24x7h制造业务，预计生产规模约1亿剂。

（三）CureVac

CureVac正式成立于2000年，位于德国，是mRNA药物技术领域领先的处于临床阶段生物技术公司，拥有20年的专业经验，开发和优化这种多功能分子用于医疗用途，涵盖癌症疗法、抗体疗法、罕见病治疗和预防疫苗的开发。CureVac还与一些跨国公司和组织开展合作，包括勃林格殷格翰、礼来等、CRISPR Therapeutics、梅琳达·盖茨基金会、CEPI等组织。

CureVac mRNA技术平台在开发和生产基于mRNA的疫苗和治疗方面显示出了潜力，mRNA技术平台基于三大核心支柱：蛋白设计、mRNA优化和mRNA传递，优化mRNA药物的性能，该技术可针对所选的特定蛋白抗原诱导不同程度的免疫反应，可能为预防狂犬病等传染病提供有效的预防疫苗，也可为癌症治疗提供免疫疗法。该技术还可用于蛋白质治疗和抗体，以避免免疫激活，从而为患有各种疾病的患者提供潜在的新治疗方式。

公司与CEPI合作开发的新冠疫苗正处于临床1期阶段，mRNA疫苗设计中目标抗原为全长COVID-19 S蛋白，间隔28天接种两剂，评估2g至8 g范围剂量的安全性与免疫原性。近日，欧洲投资银行和欧盟委员会向CureVac提供7500万欧元资金，用于新冠疫苗开发和扩大生产。

（四）艾博生物

苏州艾博生物科技有限公司（Abogen Biosciences）于2019年1月成立，现为中外合资企业，位于苏州。公司定位于基于信使核糖核酸和靶点释放技术的平台型公司，治疗领域以肿瘤免疫和疫苗为主的产品线，初期专注于已验证的成熟靶点，治疗方向集中于肿瘤抗原突变高频的、且存在未被满足的临床需求的癌种，如肝癌，结直肠癌及卵巢癌，研制出首个瘤内特异释放剂型；与此同时，公司会开发多个靶点进行临床前研究。基于mRNA技术的疫苗平台搭建：用于传染病预防，初期以与疫苗公司合作提供服务为主，IND合作项目优先。

公司创始人兼CEO英博拥有深厚的科研功底，丰富的核酸药品研发经验，此前前为Moderna、Dicerna制剂团队负责人，带领团队研发多个基于mRNA的免疫疗法药物，其中数个已在临床阶段。在mRNA领域的几个关键环节上（合成及质控、制剂研发、大规模生产及临床报批），创始人英博和团队均有丰富经验，尤其是业界现在缺乏的工业界经验。

目前，艾博生物联合沃森生物以及军科院微生物流行病研究所共同开发申报的“新型冠状病毒mRNA疫苗产品的研制与开发”项目已于2020年1月28日获批进入国家科技部疫情应急专项项目名单，6月底获得临床批件，是中国首个获批进入临床试验阶段的mRNA新型冠状病毒疫苗，目前处于临床1期研究阶段。临床前研究表明，公司开发的mRNA新冠疫苗不仅可在小鼠和食蟹猴体内诱导产生高水平中和抗体，还可诱导保护性的T细胞免疫反应，食蟹猴攻毒实验表明，该疫苗免疫的动物可耐受高滴度新冠病毒攻击，有效阻止病毒复制和肺病理进展，显示出良好的保护效果。

（五）斯微生物

斯微生物于2016年由美国的海归博士团队在上海张江药谷创建，致力于打造中国领先的mRNA药物平台和产品管线。2017年7月休斯顿卫理会医院授予斯微生物在LPP递送平台的全球独家商业化权益，LPP (lipopolyplex) 纳米递送平台是一种以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构。LPP的双层纳米粒和传统的LNP相比具有更好的包载、保护mRNA的效果，并能够随聚合物的降解逐步释放mRNA分子。LPP平台优异的树突状细胞靶向性可以更好地通过抗原递呈激活T细胞的免疫反应，从而达到理想的免疫治疗效果。2018年9月公司的mRNA合成平台验证、纳米制剂产业化生产验证，根据公司官网披露，2018年11月公司对第一位肿瘤患者给药。

斯微生物的创始人、董事长兼总经理李航文博士拥有近20年的癌症研究及治疗经验，研究领域包括肿瘤免疫治疗、RNA药物及癌症干细胞等，所发表文章被引用超过2000次。李航文博士于2010年从德州大学MD Anderson癌症中心获得肿瘤生物学博士学位，曾两度获得美国国防部的fellowship。

公司mRNA疫苗研发主要集中在肿瘤治疗与传染病预防领域。（1）肿瘤治疗疫苗：公司正在创建基于mRNA的个性化肿瘤疫苗，为每一名患者提供量身定制的肿瘤疫苗。通过测序，确定了患者肿瘤细胞独有突变，也就是新肿瘤新抗原，新抗原可以帮助免疫系统区分肿瘤细胞和正常细胞。利用内部公司生物信息学团队开发的算法，预测出能够引起强免疫应答的多条新生抗原，然后将其装载到一条mRNA分子上。mRNA疫苗能够在患者的DC细胞中表达所需的新生抗原，并被MHC分子递呈，进而激活抗原特异性的T细胞，对肿瘤细胞进行特异性杀伤。（2）传染病疫苗：公司正在开发新冠病毒疫苗，目前已提交临床申请，以及结核疫苗、流感疫苗。

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