苏州大学医学部基础医学与生物科学学院赵李祥教授：核酸药物的中国创新值得期待|【峰客创见】
导读：面对新冠病毒的突然来袭，mRNA疫苗以极高的保护率与极快的研发速度站在了所有新冠疫苗种类中热度最高的C位，也成为前景广阔的热门赛道。近日，医麦客《峰客访谈》栏目采访到苏州大学医学部基础医学与生物科学学院赵李祥教授，他向我们介绍了mRNA核酸药物的核心技术，并就mRNA核酸药物领域的现状和未来提出了独到的见解。
深耕肿瘤免疫领域和疫苗研发领域的科研工作者
赵李祥教授，苏州大学医学部基础医学与生物科学学院，教授，博导，在肿瘤免疫和疫苗研发领域有着多年的研究经验，主持了RNA药物系统性研发，核酸递送载体的开发验证及相关系统实验等多项课题。近年来，以第一和通讯作者身份发表了肿瘤免疫相关的SCI论文10余篇，作为第一发明人获得授权的肿瘤疫苗发明专利2项。主持国家自然科学基金、江苏省高校自然科学基金、以及苏州市自然科学基金多项。
理顺核酸药物发展的历程，更利于突破mRNA疫苗的技术壁垒
mRNA疫苗打破了传统灭活、减毒疫苗的免疫激活模式，通过将病毒的部分mRNA片段注入人体细胞内，创新性地利用人体细胞生产抗原并引起机体的特异性免疫反应，达到形成免疫记忆的效果。mRNA疫苗作为一种新型疫苗，具有极高的有效保护率及相较于其他创新型疫苗（如DNA疫苗、病毒载体疫苗）更高的安全性。在这次全球抵抗新冠病毒的战役中，mRNA疫苗因为能够快速更新迭代，成为可以应对不断出现的变异毒株的中坚力量。
“BioNTech、Moderna、 CureVac是我们熟知的国际mRNA疫苗三大巨头。我们也看到国内外许多企业都在积极布局mRNA疫苗的开发，并以中美德三国为领导者，涌现出许多优秀的疫苗企业，这无疑是令人振奋的。尽管我们看到mRNA疫苗有许多领先的优势，但也存在一些亟待突破的技术壁垒。
与此同时，我们更需要冷静的思考，理顺核酸药物发展的思路和发展历程，优化提升关键技术，突破技术瓶颈，才有助于后期我们对药物进一步有效完善，使其成为造福人类并被人们广泛接受的产品。”赵李祥教授表示。赵李祥教授也正是通过对mRNA递送系统和序列设计方面的技术优化，践行着一位科研工作者的使命和责任。
目前国内已有6款新冠疫苗获批附条件上市或紧急使用，包括4款灭活疫苗、1款腺病毒载体疫苗及1款重组亚单位疫苗。据赵李祥教授介绍，核酸药物目前的主要技术壁垒体现在序列的设计和修饰，递送系统及放大工艺等方面。中国在mRNA药物的基础研究、核心技术、生产工艺等领域与欧美国家尚存在差距，因此国内暂未有mRNA获批上市，这一市场目前仍处于空白状态。
mRNA疫苗效果的提升，源于对序列优秀的设计及修饰
mRNA本身极易降解，一般情况下，mRNA 疫苗在体内的留存时间只有 1-2 天。优秀的序列设计及修饰，能显著提高mRNA在体内的作用时间，降低其对固有免疫的刺激，使得mRNA能够更有效的表达出相应的蛋白。
赵李祥教授以国际mRNA疫苗三大巨头辉瑞/BioNTech，Moderna，CureVac的COVID-19 疫苗为例，向我们分析了不同序列的设计对疫苗效果的影响。其中Moderna和辉瑞/BioNTech在序列设计及载体优化上的丰富积累，使得他们可以在临床上使用更高剂量的mRNA，而不会产生较强的副作用，而这种能力更可应用于后期多价疫苗、多联疫苗的研发。
据悉，辉瑞/BioNTech临床数据发现编码全长的S蛋白比编码RBD的mRNA疫苗安全性更高。另外，S蛋白不仅仅只有RBD区域能产生中和抗体，因此辉瑞/BioNTech 和Moderna不约而同地选择编码全长S蛋白序列来设计mRNA疫苗。
核苷酸的特定修饰被认为是mRNA序列设计中的重要考量点。缺乏修饰会导致疫苗免疫效应降低、或过度激活固有免疫细胞引发发热等炎症反应。CureVac的COVID-19 mRNA疫苗未采用相应的修饰，导致机体对其mRNA的剂量耐受性较低。出于安全性考量，CureVac采用12µg的mRNA进行免疫，但由于剂量较低（相比Moderna 100µg），导致临床效果欠佳。
LNP专利：mRNA药企头顶的 “达摩克利斯之剑”，自主专利载体才是mRNA药企安身立命之本
mRNA本身极容易降解的特性，决定了需要有一个优质的“代步工具”将其定送到体内。于是，递送系统成为了研发过程中的关注点。对于mRNA疫苗和药物，递送系统有三大职责：一是有效包裹和保护mRNA在到达靶点前维持稳定，二是帮助mRNA有效成分进入细胞，三是在mRNA到达溶酶体前将其释放进入细胞质中。
目前，脂质纳米粒（Lipid Nanoparticle，LNP）是应用最广泛的递送系统，但也面临着易降解、半衰期短等稳定性及安全性、靶向性等问题。即便如此，拥有此项技术的公司仍非常稀少且具有专利保护壁垒，是mRNA疫苗行业“卡脖子”的技术之一。LNP专利采用非独家单管线的授权方式，授权费用极高，这也成为mRNA疫苗行业商业权利的主要纷争来源和mRNA新冠疫苗快速放量的一大掣肘。
可见，独立自主知识产权的递送系统已成为mRNA药物和其它核酸药物技术的重中之重，连国际mRNA制药巨头Moderna和BioNTech都依赖授权，且需支付极高的专利授权费用，可见这类专利俨然成为众多mRNA制药公司头上的“达摩克利斯之剑”。通过分析近期Moderna公司败诉LNP专利的事情，赵李祥教授指出，在新药研发产业里，尤其要加强对知识产权的保护，才能作为对创新创业者最有力的鼓励和保障。
LNP让人喜忧参半
未来发展任重道远
LNP早在2010年就被用于siRNA药物的递送，并在2018年，Onpattro作为第一款siRNA-LNP药物获批上市。仅一年后，GalNac又代替了LNP，用于小核酸的肝脏递送。
据赵李祥教授介绍，LNP作为mRNA药物递送载体的优势在于，LNP在小核酸上已经成药，因此更利于人们接受、便于审批。鉴于新冠疫情对疫苗的迫切需求，辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗均采用了此递送系统。但LNP在技术层面的缺陷也很明显，主要问题在于安全性、靶向性和热稳定性。
就安全性来说，LNP本身具有一定的过敏原，在接种LNP的mRNA新冠疫苗第二针的人群中，1/4的人会发烧寒颤，2%的人会出现急性过敏反应。在对疫苗极度需求的情况下，人们暂时接受了LNP的副作用，但若是应用到其他疫苗管线，人们是否能接受这些副作用，这要打上个大大的问号。
从靶向性方面看，LNP无多器官的靶向性，因此限制了LNP/mRNA的应用。基于LNP的成分是脂质，而肝脏又是脂质代谢的主要器官，导致肝脏成为了LNP的主要靶向器官。
LNP的热稳定性也比较差，且难以运输和储存。LNP作为脂质囊泡结构，目前亦无法冻干，通常需要-20 或-80 ℃运输，大大增加了疫苗的使用成本，也不利于疫苗接种的普及。
多元化载体不断涌现，
共同展望下一代的mRNA载体
目前已上市的新冠mRNA疫苗多以LNP为载体，但LNP并非mRNA药物的最佳递送载体。除了LNP之外，鱼精蛋白载体也被用于mRNA的递送，但其对mRNA的包裹过于紧密，导致mRNA在内涵体中无法高效释放，递送系统效果欠佳。国内还有斯微生物的LPP，以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构；慧疗生物的类胞膜载体以及处于研发阶段的外泌体载体。
赵李祥教授提到，下一代的mRNA载体应当具备以下特性：
低毒性。载体应当不含过敏原等成分，临床副作用率低，有比LNP更好的耐受性，临床上可以使用比LNP载体更多的载药剂量，适用于后期多联疫苗、蛋白替代疗法以及基因治疗等领域。
多器官的靶向能力。相比于LNP仅能靶向肝脏，下一代载体应当能实现对特定器官的靶向。
热稳定性强。下一代的mRNA-载体药物能够冻干、常温运输和保存，可以降低mRNA药物成本，有利于药物的普及。
最关键一点，下一代载体必须有独立自主知识产权。这是医药企业安身立命之本，是mRNA制药领域的核心问题，也是国家占领生物医药领域制高点的立足点。
“我们希望越来越多的科研工作者和产业资本投入到递送载体的研发中，百家争鸣、百花齐放。不断夯实我们自己的技术壁垒，形成我国特色的、自主的递送载体。我们对国内独立自主可控的核酸载体充满期待”，赵李祥教授表示。
突破小规模线性制备
实现放大工业化生产
放大工艺涉及到从实验室到商业化生产的问题，是核酸药物目前的第三大主要技术壁垒。据赵李祥教授介绍，目前常用的LNP制备方法主要有薄膜水化法、挤出法、均质法等。但是最适合的还是采用微流控混合技术来制备。
目前国内做的比较成熟的工艺是根据不同的载体配方和特殊的微流控芯片设计，使用微流控设备将药物与载体充分混匀。通过不同生产规模的微流控仪器，可以较好的实现mRNA-LNP的制备，其结果一致性良好，方法相对简便快速，条件温和，同时容易实现生产放大。这也将成为国内的一个核心技术，并成为国家层面的必要技术储备。
政策与人才双向驱动，核酸药物的中国创新有望弯道超车
创新是一个从量变到质变的过程，从早期的理论创新，到技术创新、产品设计创新、生产工艺创新、临床转化创新及商业运作模式创新，这是一个积累裂变的过程。作为一个创新药的产业参与者，赵李祥教授认为创新还需要国家政策方面的支持与技术人才的积累来实现双向驱动。
“以核酸药物研发为例，希望高校可以招收和培养更多储备人才，并加强技术方面的储备和积累。国家可以引进更多优质人才，并出台更多鼓励自主创新的政策，特别是对于载体方面的创新扶持。mRNA作为一项很新的技术，我们和国外的差距并不是很大，特别是对下一代的载体，我们有机会去追赶和突破”，赵李祥教授满怀信心的说道。
核酸药物值得期待
或将迎来“大爆发”
mRNA药物除了可用于预防传染性疾病，也为治疗肿瘤、免疫疾病带来了新的星火。据悉，新冠疫情爆发之前，国际mRNA疫苗三巨头便均将肿瘤治疗作为研究重点，布局了多条针对肿瘤的管线。除此以外，mRNA药物在许多基因相关的疾病中都有开发潜能。在后新冠疫情时代，mRNA药物仍具备大幅增长的潜力。
正如赵李祥教授所坚信，无论临床需求、技术前景，还是未来市场， mRNA药物均将成为生物创新药物的“中坚力量”。未来五到十年，核酸药物或许迎来大的爆发。