大多数SARS-CoV-2疫苗会引发针对病毒表面的冠状病毒刺突蛋白的免疫反应。信使RNA疫苗编码刺突蛋白的片段，这些mRNA序列在实验室中比刺突蛋白本身更容易产生。图片来源:Christine Daniloff, MIT;和股票图像

多年的研究已经使科学家能够快速合成RNA疫苗并将其送入细胞内。

开发和测试一种新疫苗通常需要至少12到18个月。然而，就在SARS-CoV-2病毒的基因序列公布10个多月后，两家制药公司向FDA申请紧急使用似乎对该病毒非常有效的疫苗。

这两种疫苗都是由信使RNA制成的，信使RNA是细胞自然使用的分子，用于将DNA的指令传递给细胞的蛋白质构建机制。基于mRNA的疫苗此前从未被FDA批准。然而，对RNA疫苗的研究已经进行了多年，这是科学家能够如此迅速地开始测试这类疫苗对抗Covid-19的原因之一。今年1月，病毒序列一经披露，制药公司Moderna和辉瑞及其德国合作伙伴BioNTech仅用了几天时间就研制出了候选mRNA疫苗。

“信使rna的独特之处在于它能够快速生成针对新疾病的疫苗。我认为这是这项技术背后最令人兴奋的故事之一，”麻省理工学院化学工程教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所的成员丹尼尔·安德森说。

大多数传统疫苗由杀死的或减弱的病毒或细菌组成。这些会引发免疫反应，让身体在随后击退真正的病原体。

RNA疫苗传递的不是病毒或病毒蛋白，而是允许人体自身细胞产生病毒蛋白的遗传信息。为病毒蛋白质编码的合成信使rna可以借用这种机制来生产许多这种蛋白质的副本。这些蛋白质会刺激免疫系统做出反应，而不会造成任何感染的风险。

mRNA的一个关键优势是，一旦研究人员知道他们想要瞄准的病毒蛋白的序列，它就非常容易合成。大多数SARS-CoV-2疫苗会引发针对冠状病毒刺突蛋白的免疫反应，这种蛋白存在于病毒表面，使病毒具有典型的刺突形状。信使RNA疫苗编码刺突蛋白的片段，这些mRNA序列在实验室中比刺突蛋白本身更容易产生。

“对于传统疫苗，你必须进行大量的开发。你需要一个大工厂来制造蛋白质或病毒，而培养它们需要很长时间，”麻省理工学院戴维·h·科赫研究所教授、科赫研究所成员、Moderna创始人之一的罗伯特·兰格(Robert Langer)说。“mRNA的美妙之处在于你不需要它。如果你把纳米封装的mRNA注入人体内，它就会进入细胞，然后身体就是你的工厂。身体会处理所有其他的事情。”

兰格花了几十年的时间研发新的药物输送方法，包括治疗用的RNA和DNA等核酸。在20世纪70年代，他发表了第一项研究，表明将核酸和其他大分子封装在微小的颗粒中并将其送入人体是可能的。(麻省理工学院教授菲利普·夏普(Phillip Sharp)等人在RNA剪接方面的工作也始于上世纪70年代，这项工作也为今天的mRNA疫苗奠定了基础。)

兰格回忆说:“这在当时非常有争议。”“每个人都告诉我们这是不可能的，我的前九项拨款都被拒绝了。我花了大约两年的时间来研究它，我找到了200多种方法来让它失效。但最终我还是找到了让它工作的方法。”

这篇1976年发表在《自然》杂志上的论文表明，由合成聚合物构成的微小颗粒可以安全地携带并缓慢释放蛋白质和核酸等大分子。后来，兰格和其他人证明，当聚乙二醇(PEG)被添加到纳米颗粒表面时，它们可以在体内存活更长时间，而不是几乎立即被摧毁。

在随后的几年里，兰格、安德森等人开发出了一种被称为脂质纳米颗粒的脂肪分子，这种分子也能非常有效地传递核酸。这些载体保护RNA在体内不被分解，并帮助它通过细胞膜。Moderna和Pfizer的RNA疫苗都是由带有PEG的脂质纳米颗粒携带的。

信使RNA是一种大型亲水分子。它本身不会自然进入细胞，所以这些疫苗被包裹在纳米颗粒中，方便它们进入细胞。这使得RNA可以被运送到细胞内部，然后翻译成蛋白质，”安德森说。

2018年，FDA批准了首个用于RNA的脂质纳米颗粒载体，它是由Alnylam制药公司开发的，用于传递一种名为siRNA的RNA。与mRNA不同，siRNA沉默其目标基因，这可以通过关闭导致疾病的突变基因使患者受益。

信使rna疫苗的一个缺点是，它们在高温下会分解，这就是为什么目前的疫苗储存在这么低的温度。辉瑞公司的SARS-CoV-2疫苗必须在-70摄氏度(-94华氏度)下储存，Moderna疫苗必须在-20摄氏度(-4华氏度)下储存。安德森指出，使RNA疫苗更稳定的一种方法是添加稳定剂，并通过冻干过程从疫苗中去除水分，这一过程已被证明允许将一些mRNA疫苗储存在冰箱而不是冷冻室。

安德森说，这两种新冠病毒疫苗在三期临床试验中的显著效果(约95%)带来了希望，不仅这些疫苗将有助于结束当前的大流行，而且在未来，RNA疫苗可能有助于对抗其他疾病，如艾滋病毒和癌症。

“该领域的人们，包括我自己，都看到了这项技术的很多前景，但在获得人类数据之前，你不会真正知道。所以，看到这种程度的保护，不仅是辉瑞的疫苗，还有Moderna，真的验证了该技术的潜力——不仅是对Covid，而且对人们正在研究的所有其他疾病，”他说。“我认为这是球场上一个重要的时刻。”