2021年拉斯克奖揭晓,两位mRNA技术的发现者获得临床医学研究奖。拉斯克奖被誉为诺贝尔奖的“风向标”,2020年因新冠疫情停颁一年,2021年发给mRNA疫苗。
北京时间9月25日零点,2021年拉斯克奖宣布将临床医学研究奖授予两位科学家——来自BioNTech的卡塔琳·卡里科(Katalin Karikó)和她此前在宾夕法尼亚大学的同事、免疫学家德鲁·魏斯曼(Drew Weissman),以表彰他们发现了基于mRNA修饰的新治疗技术。
获奖理由称:两位科学家的突破研究使得高效率的Covid-19疫苗得以被快速研发;除了为应对新冠大流行提供疫苗重要工具外,这项创新还推动了一系列不同疾病的治疗和预防工作。
新冠疫情以来,辉瑞/BioNTech和Moderna的mRNA疫苗获得广泛应用,这种疫苗递送的mRNA能指导细胞制造新冠病毒刺突蛋白,从而引发人体抗体表现。但曾有几十年的时间里,mRNA疫苗被认为是不可行的,因为注射mRNA会诱发不必要的免疫反应,导致mRNA被即刻降解。而卡里科和魏斯曼在2005年前后发现,将mRNA中一种称为尿苷的分子替换成类似的分子假尿苷,就能避免这种免疫反应的发生。
截至日前,卡里科已经因为mRNA技术获得了十多个大奖,但在此之前的学术研究生涯里,她始终未能获得终身教职,并在后期选择加入BioNTech从而步入工业界。而同样不可忽视的另一位mRNA技术重要贡献者就是卡里科在宾夕法尼亚大学时的同事、免疫学家德鲁·魏斯曼。
1997年,魏斯曼成为了宾夕法尼亚大学的一名新教员,二人在使用学校中的复印机时偶遇,两人攀谈起来并互相介绍自己的工作。彼时,作为一位RNA生物学家,卡里科正在积极推动mRNA的应用,不过她的研究正陷入窘境,一方面多年申请基金未果,另一方面与多位科学家合作,期待mRNA能在心脏和大脑等疾病治疗中发挥作用,遗憾的是也毫无进展。
卡里科在mRNA研究中面临的最大难题是:注射mRNA后可激发机体严重的天然免疫反应,有时会造成受试动物死亡。而魏斯曼恰好是一位免疫学家,精通免疫学基本原理和相关实验操作,他当时在探索HIV疫苗制备方法,最初采用的是DNA疫苗策略,遗憾的是未获成功。与卡里科交谈,魏斯曼获得的信息是可尝试采用mRNA策略,因为相对于DNA疫苗,mRNA疫苗具有更大优势。
就这样卡里科以初级研究员的身份加入魏斯曼的实验室。如果当时没有这场邂逅,卡里科很有可能在接下来的几年被扫地出门。
至于mRNA疫苗为何比DNA疫苗有优势?首先简便,DNA需首先跨过细胞膜,然后再跨过细胞核膜进入细胞核,而mRNA只需跨过细胞膜进入细胞质即可,困难程度大大降低;其次安全,DNA是遗传物质,在细胞核具有插入宿主DNA引发突变的风险,而mRNA则不会。如此美好的前景下,两人立即达成合作协议,启动mRNA疫苗研发。
魏斯曼和卡里科合作是一个非常成功的典范。疫苗是mRNA最佳应用方向,尽管mRNA提供无限可能,而疫苗无疑是最成功的,如果不是疫苗而是药物的话,可能还要等上几年甚至几十年。然而,“现在每个人都明白mRNA技术的重要性,可惜那时候却没有,”卡里科曾在接受采访时感叹道。
来自匈牙利小镇的女科学家卡里科于1955年出生,从小就对自然科学感兴趣。1972年,她进入匈牙利最著名的大学之一塞格德大学就读,并于1977年遇见了自己未来的丈夫。1978年,卡里科在塞格德大学拿到了博士学位,随后进入塞格德生物研究中心工作,主要研究RNA。1985年,塞格德生物研究中心因缺少经费开始减员,卡里科被裁后申请到了美国天普大学的博士后职位,便离开了匈牙利。
1989年,她以助理研究员的身份从天普大学来到宾夕法尼亚大学医学院。当时她与巴纳森一起尝试将mRNA注射到细胞中,看是否能产生蛋白质,但当时RNA技术不被外界接受,后来巴纳森离开学术界,卡里科失去了依靠,彻底失去了研究经费来源。1997年是卡里科研究生涯的重要转折点,她在宾夕法尼亚大学医学院偶然碰见刚加入医学院的新教员魏斯曼。
魏斯曼向她介绍自己是研究艾滋病病毒疫苗的,而卡里科则介绍说,“我是一个RNA科学家,可以做有关mRNA的任何事。”当时魏斯曼一心想研制出艾滋病疫苗,他觉得也许可以试试卡里科的mRNA技术,就这样魏斯曼将卡里科引入到自己的实验室。于是,卡里科和魏斯曼开始专注于利用mRNA技术进行疫苗开发。后来,他们关于如何抑制mRNA疫苗引起的过度免疫的相关文章发表在Immunity杂志上。
2005年,斯坦福大学读博士后的德约克·罗西注意到了卡里科和魏斯曼发表在Immunity上的论文,他认为这篇文章很有开创性,主要从事干细胞方面研究,希望通过这种修饰后的mRNA来让成熟的细胞重编程,重新回到干细胞的状态。2009年,罗西的研究颇有进展,于是他告诉哈佛医学院的蒂莫西·斯普里格这一结果,斯普里格同时是一位医药企业家。
随后,斯普里格告诉了更资深的学者罗伯特·兰格,兰格建议罗西可以用“这个技术来研发药物、疫苗,以及其他所有的可能”。2010年,罗西、兰格、斯普里格以及Kenneth Chien一起成立了Moderna公司。
2014年,罗西从Moderna公司退休,目前他在Moderna公司没有任何职务。而在2006年,卡里科和魏斯曼也创立了一家公司RNARx,卡里科担任这家公司的CEO,此后RNARx获得了来自政府的90万美元的资助。然而,2010年,宾夕法尼亚大学将卡里科和魏斯曼的专利卖给了实验室供应商Cellscript的老板Gary Dahl。RNARx公司尚未进入临床的项目就此夭折了。
此后,Moderna的投资公司之一Flagship Pioneering曾找到卡里科,只可惜当时这个专利已经被卖掉了。没有专利授权,Moderna只好自己来修饰核酸,并能重复卡里科的结果,2014年,Moderna获得了自己的专利。与此同时,Gary Dahl也将卡里科和魏斯曼的核心专利转让给了Moderna和BioNTech。
2013年,宾夕法尼亚大学不再续聘卡里科,于是她顺势加入了BioNTech公司担任公司的副总裁,当时BioNTech是一家连自己网站还没有的小公司。进入公司后,卡里科继续她的研究,以改进mRNA技术。如保护mRNA分子,使其能保存更长时间,因为mRNA很不稳定,通常情况下需要超低温下才能保存下来。2015年,卡里科发现用脂质纳米颗粒包裹它们,可防止它们过快降解并促进它们进入细胞。
此后mRNA真的开始在人体进行试验,有7-8个mRNA疫苗的试验项目在开展,但没有一个mRNA疫苗成功获批上市,人们不太相信这个技术能发挥很大的价值。没想到新冠疫情加快了mRNA疫苗的临床进展,并且被逐渐证明是一款高效率的疫苗工具,成为遏制新冠疫情的重要工具。
mRNA技术大热让卡里科和魏斯曼成为诺奖的热门人选。此前罗西在媒体采访时表示,卡里科和魏斯曼应该获诺贝尔奖,“如果有一天谁让我推荐诺贝尔奖推荐人选的话,我会推荐他们,因为这是一个将基础科学研究推向临床并挽救了整个世界的故事”。Moderna联合创始人Chien也表示,“包括Moderna在内的所有mRNA公司都归功于卡里科和魏斯曼的原创工作。如果没有他们的发现,RNA疫苗将不会像现在这样先进。”
魏斯曼在获奖感言视频中说:尽管我们二十多年前开始的研究最终取得了重大发现并成功应用于疫苗来预防导致大流行的病毒感染,这项工作仍将继续下去。“我很高兴地说,我的实验室正在寻求新的mRNA疫苗,以防止流感和艾滋病毒等多种传染病,甚至一种泛冠状病毒疫苗,可以提供冠状病毒类别中所有病毒的保护。”
卡里科在获奖感言中说:今天,在接受拉斯克奖的时候,我反思了我卑微的开始和我走过的漫长曲折的道路。卡里科还说:我和同事们一起,在前人的发现的基础上,慢慢地找到了解决方案,并创造出了适合治疗的最佳RNA。我从来没有想过它会被用来制造对抗全球流行病的疫苗。卡里科想到了所有可能会受到她的故事启发,想成为科学家的年轻女孩,想对他们说:“保持好奇心,采取正确的态度,坚持在正轨上,不管这条路有多长,有多曲折。”
mRNA技术已经获得了许多重要的奖项,也被视为今年诺贝尔奖的有力竞争者。但同时mRNA的历史也错综复杂。9月初,《自然》刊发了一篇长文“The tangled history of mRNA vaccines”,回顾了mRNA技术的发展历程,从发现mRNA,到人工合成mRNA,到如何修饰mRNA降低免疫反应,再到mRNA递送系统的开发,均有涉及。
文章写到,首先被忽视的是一位名叫Robert Malone的学者,他在社交平台上以mRNA疫苗和RNA药物发明人自居。如今他已离开学术界,离奇的是,他现在成为一名反mRNA新冠疫苗人士。
早在1987年,Malone还在美国Salk研究所做研究生时就发现,通过将mRNA片段包裹在油脂中,然后将它们放置人体细胞,油脂释放出mRNA,同时mRNA会在细胞中表达蛋白质。
根据《自然》这篇文章介绍,当时Malone在实验记录本上写到,RNA可被视为一种药物。此后也有人重复出他的结果。1985年,卡里科才刚从匈牙利移民美国,直到1989年,她才来到宾夕法尼亚大学医学院。虽然Malone认为用mRNA技术来开发疫苗价值很大,但mRNA很容易降解,稳定性很差,这让Malone左右为难。
事实上,早在1978年,就有学者通过脂质体将mRNA输送到小鼠和人体细胞中,从而进行蛋白质的表达实验。
不过,当时没有人将它看成一个有潜力的药物,主要因为mRNA在实验室难以生产,科学家们只希望通过它来了解细胞的分子特征。直到1984年,情况才有所改观。
学者Paul Krieg和Douglas Melton、Tom Maniatis以及Michael Green等人用RNA合成酶和其他材料,人工合成了具有活性的mRNA,这一方法至今仍在使用。研究者还验证了新合成的mRNA的功能,Krieg将人工合成的mRNA注射到青蛙的卵中,被证实它的确发挥了作用。然而,Krieg和Melton只是将其视为一种研究基因调控的工具。
1987年,Melton觉得人工合成的mRNA可用来生产促进或抑制蛋白质的表达,并创立了一家公司,名为Oligogen(后更名为Gilead Sciences),他们做的工作是,通过利用人工合成的mRNA抑制基因表达,从而来治疗眼疾。他们从来没有想过利用mRNA来制备疫苗。
由于没有获得充分的认可,Malone不仅不拥护mRNA疫苗,倒成为一名反疫苗人士,他认为现在的mRNA疫苗会对儿童和青少年带来危害,而他有办法可以解决这个问题。不过,这一说法被很多研究者以及健康方面的专家驳斥了。文章作者认为,目前还不清楚到底谁的贡献大:是合成mRNA的人,还是让mRNA减少免疫反应的学者。mRNA技术能否摘得诺贝尔奖桂冠,以及由谁摘取,一个多星期后即将在瑞典斯德哥尔摩揭晓。