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助力新冠疫苗迅速研发!两名科学家斩获诺贝尔生理学或医学奖

10月2日,瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡学院诺贝尔大会宣布,将2023年诺贝尔生理学或医学奖授予68岁的匈牙利生物化学家卡塔林·卡里科(Katalin Karikó)和64岁的美国医学家德鲁·韦斯曼(Drew Weissman),以表彰他们在核苷碱基修饰方面的发现,这些发现使得针对COVID-19的有效mRNA疫苗得以开发。

诺贝尔奖官方网站上写道:“两名获奖者的发现,对于在新冠大流行期间开发有效的mRNA疫苗至关重要。他们的突破性发现从根本上改变了我们对mRNA与免疫系统如何相互作用的理解。新冠大流行是现代人类健康面临的最严重危机之一,获奖者为前所未有的疫苗开发速度做出了贡献。”

据报道,二人将共享1100万瑞典克朗奖金(约合732万元人民币)。

新冠疫情中,传统疫苗应用受限

传统疫苗的工作原理是,向人体内注射被称为抗原的灭活病毒蛋白质,刺激针对该抗原的免疫反应。当病毒再次在人体内出现,人体免疫系统就能够将其识别出来。

随着近几十年来分子生物学的进步,人们开发出了基于病毒中的单个成分,而非整个病毒的疫苗。病毒的部分遗传编码还能够转移到无害的“载体病毒”之中,注射后刺激人体内的免疫反应。

生产基于整个病毒、病毒蛋白质或载体的疫苗需要进行大规模细胞培养。在新冠疫情迅速传播期间,这一过程限制了人类用传统方法快速生产疫苗的可能,因此,研究人员希望能找到开发无需细胞培养的疫苗技术。

当此人类健康受到严重威胁的时刻,两名获奖者长期以来对mRNA疫苗技术的研究,使这种新技术的迅速应用成为可能。

1980年代:mRNA疫苗前景不被看好

mRNA是信使核糖核酸的简称,它就像信使一样,携带着DNA分子链的遗传信息,“指导”身体内蛋白质的合成。

mRNA疫苗的绝妙之处在于,它不需要注射抗原病毒本身进入体内,而是使用抗原病毒DNA“翻译”而成的mRNA,欺骗身体产生真实的抗体。然后人工合成的mRNA被人体降解,只留下抗体。

比起传统疫苗,mRNA疫苗不仅安全性高(不具备病毒的感染性)、免疫性好,而且还能够迅速量产。

1980年代,人们发现了无需细胞培养即可产生mRNA的方法,被称为体外转录。将mRNA技术用于疫苗和和治疗的想法也开始兴起。不过,这项技术的发展面临着几大挑战:一是体外转录的mRNA被认为不稳定且难以传递,还需要开发复杂的载体系统来封装;二是体外产生的mRNA会引起炎症反应。因此早年间,科学界对于将mRNA技术用于临床治疗的研究热情有限。

这些挑战没有阻挡卡塔林·卡里科的热情。早在1990年代初,她还在宾夕法尼亚大学担任助理教授时,就坚持想要实现将mRNA技术作为治疗方法的愿景。她一次又一次地申请资助,但她的想法被认为过于激进,且经济风险极大,一连串的拒绝使她在1995年被降职。

幸好,她坚持了下来。1997年,卡塔林·卡里科认识了刚到宾大不久的新同事、免疫学家德鲁·韦斯曼。韦斯曼正好对在免疫反应中具有重要作用的树突状细胞很感兴趣,两人很快展开了富有成效的合作,专注于研究不同类型的RNA如何与免疫系统相互作用。

突破性发现:消除体外转录mRNA引发的炎症反应

卡里科和韦斯曼注意到,这种树突状细胞会将体外转录的mRNA识别为外来物质,从而激活免疫应答,在人体内产生炎症反应。但如果换成来自哺乳动物的mRNA,则不会引发炎症。这一结果说明,导致炎症的并非mRNA本身,而是不同mRNA变体之间的结构差异。

当时已知,哺乳动物mRNA存在广泛的碱基修饰现象,而体外转录的mRNA则不然。于是,卡里科对体外合成的mRNA也进行了碱基修饰,并将其传递给树突状细胞。结果令人震惊:当mRNA中包含碱基修饰时,炎症反应几乎被消除。两人立即意识到,这对于把mRNA技术用于临床治疗具有深远的意义。

这一突破性的研究结果发表于2005年,此时距离新冠疫情暴发还有15年。

在2008年和2010年发表的研究中,考里科和韦斯曼进一步发现,经过碱基修饰的mRNA不仅能够减少炎症反应,还能显著提升蛋白质产量。至此,两人扫除了mRNA临床应用道路上的关键障碍。

新冠疫情暴发 mRNA疫苗迅速投产

2020年新冠疫情爆发后,两种碱基修饰的mRNA疫苗以创纪录的速度开发出来,在2020年12月就获得批准,其保护率约为95%。诺贝尔官方网站评价称,这些疫苗挽救了数百万人的生命,预防了更多的重症,使社会得以重新开放,恢复到正常状态。

mRNA疫苗开发的惊人速度,为开发其他传染病的疫苗铺平了道路。未来,这一技术还可能被应用于某些癌症的治疗。

宾夕法尼亚大学医学院执行副院长詹姆森(J. Larry Jameson)盛赞两人的研究“改变了世界”:“在他们富有远见的实验室合作完成超过15年之后,卡塔林和德鲁在医学上留下了永恒的印迹。”

文章来源:http://www.tianzhishui.com/2023/1003/182580.shtml