布局诺奖技术赛道：mRNA的原料制备和工艺优化

国家生物药技术创新中心提前一年布局诺奖技术mRNA赛道，开展核酸药物揭榜挂帅和平台建设。2023年2月，申基生物科技有限公司申报的“新型mRNA加帽类似物的设计及规模化绿色制备工艺开发”入选了国创中心“揭榜挂帅”重大项目。申基生物黄磊团队基于计算机AI技术，已完成了六个候选新型帽类似物结构的设计与合成，并且通过初步的生物学活性验证，有望突破国外专利壁垒。同时努力探索绿色制备工艺研究，解决国内核酸药物研发及商业化的“卡脖子”问题，推动国内核酸药物产业发展。

10月2日（北京时间），2023年诺贝尔生理学或医学奖授予Katalin Karikó（卡塔琳·考里科）、Drew Weissman（德鲁·韦斯曼），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。

mRNA疗法除了在新冠疫苗的应用之外，在其他传染病预防、肿瘤治疗、蛋白质替代疗法以及助力细胞基因疗法方面展现巨大潜力和广阔发展前景。国家生物药技术创新中心（以下简称国创中心）自2021年3月获批建设，即着手组织论证开展核酸药物揭榜挂帅、筹备建设核酸药物重大创新平台，并于2022年正式实施。

国创中心的2022核酸年

为提升我国在核酸药物领域的创新力与竞争力，国创中心将2022年作为中心“核酸年”，围绕mRNA疗法在内的核酸药物研发和生产中面临的序列设计、递送瓶颈、原料药生产壁垒高等核心问题，一方面，在国内率先发布了核酸药物“揭榜挂帅”榜单，立项35个项目，总资助金额4000万元，组建技术攻关团队超300人；另一方面，国创中心组织建设的核酸药物技术创新平台正式投入使用，总投入超10亿元（含撬动社会投入），平台可为核酸药物研发创新企业提供关键共性技术攻关“一站式”的孵化服务。同时，国创中心积极举办核酸药物全国论坛等系列活动，为国内核酸药物领域的专家学者搭建技术创新、项目交流、资源对接的专业平台。

揭榜挂帅，突破底层技术

国创中心根据国家战略需求，于2022年发布了核酸药物“揭榜挂帅”榜单，并成功立项35个，总资助金额4000万元，旨在凝聚全国力量，推动核酸药物全产业链亟需、专利技术受限、临床应用导向鲜明的重大技术攻关突破，当前部分团队现已取得阶段性攻关成果。

1 递送系统

过去30年对递送系统的开创性研究使核酸治疗成为现实。LNP递送系统的使用以及优化，以及基于细胞、细胞外囊泡和配体介导的其他递送载体的开发，将进一步推动核酸药物的发展。

多纳医药佟淑文团队（国创中心“揭榜挂帅”重大项目）由北京大学孵化，自主研发了CALNP递送技术，处于全球领先地位。该技术在四组分LNP配方之上添加第五种具有内含体膜去稳定剂作用的成分C，将LNP的工作效率提高5-50倍。目前，CALNP递送技术已提交相关专利，转染试剂已实现上市销售，药物开发处于临床前验证阶段，有望在未来两年内进入临床试验阶段。

中科院上海药物所甘勇团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）对牛奶外泌体进行一系列工程化技术改造，通过在牛奶外泌体膜上嵌入糖脂实现与早期内涵体发生膜融合，提升核酸药物胞内递送效率，且安全性良好，可为糖尿病及血脂异常等糖脂代谢性疾病的治疗提供新的治疗方案。该设计策略在国内外核酸药物递送领域具有一定独创性，可形成自主知识产权，有望突破核酸药物递送系统的专利壁垒。

玮美基因钟桂生团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）从AAV递送载体、基因表达调控元件及遗传性耳聋动物疾病模型等多方面进行创新性探索和研发，聚焦“高效精准、安全”这两个基因治疗药物核心要求，致力于实现我国遗传性耳聋基因治疗药物零的突破。目前，团队利用其AAVMeta载体开发平台，已筛选出AAV-WM01和AAV-ACM205两个可以高效特异靶向内毛细胞的新型AAV载体。

启德医药秦刚团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）以公司在抗体-药物偶联技术方面的创新实践经验和独特技术为基础，以TLR9和STING为靶点，设计与合成多种不同类型的激动剂（包括CpG核酸药物）、研究核酸药物在抗体特定位点连接的技术与工艺、构建抗体-核酸药物偶联平台技术，实现核酸药物在肝脏以外组织的靶向高效递送。目前前期研发成果已申请PCT专利3件。

百迈生物刘庄团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）由苏州大学孵化，设计构建不同修饰的阳离子聚合物，研究其鼻内递送mRNA的靶向性及转染效率。氟化阳离子高分子可以与mRNA自组装成纳米颗粒，实现mRNA疫苗的稳定递送与高效翻译，目前已成功合成了一系列氟化修饰的阳离子聚合物，并探究了其作为多功能递送平台增强mRNA转染及增效免疫治疗的作用，相关成果已发表2篇论文并申请2项专利。

2 核酸药物修饰和序列优化

针对mRNA稳定性差、免疫原性、半衰期短等问题，通过对5’端帽子、非翻译区（UTRs）、开放阅读框（ORF）的密码子、Poly（A）尾巴的优化以及核苷修饰，可以改善这些缺陷并提高mRNA的翻译效率。

海昶生物赵孝斌团队（国创中心“揭榜挂帅”重点项目）针对AKT-1，利用海昶生物的QTsome的专有脂质纳米粒子（LNP）的配方，配置反义寡核苷酸（ASO）RX-0201，形成核酸药物HC-0301，用于治疗原发性肝癌。HC-0301 IND申请获得美国FDA批准，目前已完成第三剂量组爬坡，显示出非常好的临床安全性和疗效。下一步将在香港、美国加州、北卡罗莱纳州开展国际多中心临床II期试验。

杭州嵌化合生林世贤团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）针对基因编辑和开发抑制性tRNA等方案对带有无义突变的罕见病的治疗效果差、风险高、可操作性差等缺点，提出设计、构建并递送抑制性的生物正交翻译系统（正交合成酶和tRNA对），将基因中的无义突变通读成蛋白质原有的天然氨基酸，从而完美回复蛋白质的生理功能，实现罕见病的治疗。

中美瑞康的RNA激活（RNAa）（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）是由创始人李龙承博士在全球首次发现并命名的生物学机制，通过RNA激活机制在基因转录水平激活基因表达，从而达到增加蛋白表达来治疗各种因蛋白缺失或者表达低下导致的各种疾病。RNAa技术是目前全球唯一能够实现内源性基因激活并已进入临床验证的颠覆性技术，有望填补现有靶向治疗药物只能抑制靶基因靶蛋白表达的巨大空白。

科锐迈德左炽健团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）基于瘤内注射编码细胞因子的环状mRNA，实现细胞因子瘤内表达，进而进行肿瘤微环境调控，将“冷肿瘤”转变为“热肿瘤”。临床前药效研究标明，该药物具有抑制肿瘤生长、防止肿瘤复发、抑制肿瘤转移等效果。IL-12环状mRNA项目计划年底正式递交IND申请，有望成为国内首个递交IND申请的环状RNA药物。

浙江大学周如鸿团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）以RNA适配体及相关药物智能化设计与优化为核心，结合新型靶点结构与作用机理研究、细胞和动物实验验证与反馈，首次研究SARS-CoV-2病毒RNA基因组5’-UTR中的保守顺式作用元件SL3与人体TIA1蛋白之间的结合相互作用，并捕捉BAM与底物β-桶蛋白EspP在外膜折叠整合过程中的多个中间态构象。目前相关成果已发表论文3篇并申请专利1项。

3 适应症选择

核酸药物通过作用于mRNA沉默/激活靶基因的表达或将修饰过的mRNA送入细胞以生成所需的蛋白质，从而达到治疗疾病的目的，对于部分癌症、罕见病、基因遗传病等，拥有强大的应用潜力。

针对抗特发性肺纤维化（IPF），荣灿生物章雪晴团队（国创中心“揭榜挂帅”重点项目），由上海交通大学孵化，自主研发的新型可吸入核酸纳米递送系统siRNA递送至肺组织微环境调控IL-11基因表达水平，具有很好的转染效率及生物相容性。目前章雪晴团队已完成药物POC阶段研究，有望成为针对IPF适应症的国内首个创新核酸药物品种。

针对国内高发的儿童原发性高草酸尿症I型（PH1）罕见病，仁济医院夏强团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）立足于mRNA优化及递送材料(多聚物/脂质体双壳系统LPP)方面的技术优势，开发了AGT mRNA/LPP治疗策略。AGT mRNA/LPP治疗策略可以提供PH1患儿所缺的AGT酶，从根本上抑制患儿病情进展，并且mRNA瞬时高效表达，无基因插入和脱靶风险。目前仁济医院夏强团队已完成AGT mRNA/LPP临床前研究，有望成为世界首个针对PH1的蛋白替代疗法，也是国内首个mRNA蛋白替代疗法临床试验。

针对结直肠癌（CRC），苏州大学汪维鹏团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）利用其高表达B7-H3和PD-L1的特点，对miR-34a的序列进行了改造，设计并筛选出了可同时抑制CRC细胞中B7-H3和PD-L1蛋白表达的新型miRNA（MR34X3），并拟将CRC细胞膜标志蛋白MUC-1的适配体5RT1修饰到外泌体表面，再用该外泌体包载MR34X3。

针对男婴高发的杜氏型肌营养不良症（DMD），北京体育大学宋亚锋团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）针对当前临床及临床前基因治疗DMD潜在的安全风险的问题，采用saRNA和MyoAAV衣壳蛋白双重优化方式以及CDCs/Prometheus cells疗法联合治疗策略，从分子、细胞和组织水平等方面验证其联合疗法的安全性、有效性，为治疗DMD提供最优化治疗方案。

4 原料制备以及工艺设备

核酸药物原料制备以及工艺设备的技术攻关主要包括规模化制备修饰改造的新型5’端帽子类似物、骨架、核糖五元环、碱基和核苷，探索新型加帽酶及开发酶库筛选或者定向进化技术提升蛋白酶生产工艺等。

帽类似物是通过对mRNA化学修饰获得其更好的稳定性、翻译效率及免疫原性的核心原料。在化学法共转录加帽工艺中，加帽类似物占整个mRNA生产成本约40%-50%，且严重依赖进口。目前申基生物黄磊团队（国创中心“揭榜挂帅”重大项目）已完成了六个候选新型帽类似物结构的设计与合成，并且通过初步的生物学活性验证，有望突破国外专利壁垒，实现新型帽类似物产品的大规模生产及原料供应。

酶作为核酸扩增检测试剂的主要原材料之一，在核酸药物研发中具有举足轻重的影响。在酶原料开发方面，晶睿生物胡振新团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）建立了T7 RNA聚合酶的转录活性检测方法学，并依托Colab-AlphaFold蛋白质结构预测软件，完成了基于理性设计T7 RNA聚合酶突变体的结构预测，并进行热稳定性及转录活性表征验证获得突变体；上海交通大学、瀚海新酶杨广宇团队（国创中心“揭榜挂帅”创新项目）基于“荧光激活微液滴分选”的通用型T7 RNAP单细胞超高通量的体外筛选系统，通过建立荧光检测方法、改造升级微流控芯片，为聚合酶研究提供一个通用的高通量筛选方案，将极大地促进mRNA药物相关技术的进步。

核苷酸为mRNA药物合成的重要原料，其中具有高技术壁垒的核心元件“加帽核苷酸原料”和“修饰核苷酸”在原材料成本中占比超过40-50%，且严重依赖进口，亟需开发能够避开专利，并实现绿色合成核苷等原料的新方法。艾博生物郜鹏团队（国创中心“揭榜挂帅”引领项目）与糖智生物合作开展非天然核苷的规模化生产及性能评价的技术攻关，目前已实现假尿苷、N1-甲基假尿苷及其衍生物的合成工艺和放大生产，并在艾博生物mRNA产品中获得初步验证。

核酸平台，打造创新摇篮

科技创新与先进技术平台的搭建密不可分，国创中心重点筹划建设了核酸药物技术创新平台，通过自建共建等形式，总投入超10亿元（含撬动社会投入），围绕mRNA及小核酸技术开发与产业关键共性需求，构建了从临床前到小试、中试和产业化阶段的全链条服务体系。

1 临床前平台

核酸药物临床前平台是由国创中心自筹建设，主要提供分子生物学研究、核酸药物包封技术研究、理化性质分析等。功能上划分为mRNA研发、小核酸研发、质检分析、PCR实验、细胞房等实验区域，并为研发创新企业提供关键共性技术攻关“一站式”的孵化服务。平台位于苏州生物医药产业园（BioBAY）一期B5栋5楼，面积约为2300平米，可同时容纳20个项目开展研究，现已入驻维亚臻、优环生物、瑞杰士通、济国科技等项目。

平台仪器设备累计投入约3400万元，拥有核酸药物研发专业仪器120余台，可满足研发不同阶段项目使用需求。同时，平台牵手苏州英赛斯，打造国产替代试验点，苏州英赛斯已为平台提供五台总价值超400万元的仪器设备，覆盖从生物工艺的上游核酸合成及下游分离纯化到纳米药物制备全方位的CMC工艺解决方案。目前平台累计服务客户50余家，服务项目100余项。

在核酸药物表征分析方面，拥有超高压液相色谱-高分辨四极杆飞行时间质谱联用仪（Q-TOF）、高分辨质谱、液相色谱、核酸片段分析仪等设备，可对RNA类产品进行加帽率、加尾长度分布、纯度、片段完整性、分子量的检测。

在核酸药物小试工艺摸索方面，拥有全自动核酸合成仪、碰撞喷射混合器（IJM）、高效蛋白纯化系统、超滤浓缩、切向流过滤器等设备，可进行微克到克级的核酸合成、脂质纳米颗粒合成、以及目的产物的纯化。

在核酸药物制剂分析方面，拥有马尔文纳米粒度及ZETA电位分析仪、不溶性微粒分析仪(MFI)、多功能酶标仪等设备，可对纳米脂质体粒径/电位、可见异物及包封成功率进行分析、鉴定。

同时，平台配置了药物细胞学分析、PCR扩增、蛋白定量分析等常规仪器设备。

2 中试平台

核酸药物中试平台是由国创中心与吉玛基因共同建设，聚焦核酸药物研发过程中药理研究、药代动力学研究以及药物生产技术工艺开发、放大，为企业提供中试级别的原料药及制剂生产。平台位于BioBAY一期B15栋，面积近1万平方米。

平台按照FDA cGMP标准和中国GMP标准设计和建设，包括siRNA/ASO API合成车间、mRNA API合成车间、无菌隔离制剂车间，可满足核酸药物企业临床前研究以及I期临床试验阶段的需求，并可提供CMC相关服务。平台包含1条20L IVT 产业化规模的mRNA原料药生产线，1条siRNA合成生产线，包括数条不同递送工艺LNP生产线的制剂车间，1条年产能PFS注射液150万支、西林瓶注射液150万只、西林瓶冻干粉针30万支、卡式瓶注射液150万支的无菌制剂柔性灌装线。

3 产业化基地

核酸药物商业化平台是由国创中心与楷拓生物共同建设，位于BioBAY三期4号楼，面积超1万平方米。平台已与高校院所、疫苗企业等超100家客户合作，完成超过50批次的GMP生产，成功率达98%。

基地GMP车间按照国际标准（NMPA、EMA、FDA）设计，拥有1条500L产业化规模的质粒生产线；2条50L产业化规模的质粒一次性生产线；1条20L IVT产业化规模的mRNA一次性生产线；2条不同递送工艺的产业化规模LNP包裹一次性生产线，其中，自主开发的对撞流LNP设备，可实现kg级LNP包裹，成功突破产业化放大壁垒；1条年产能1000万支的西林瓶无菌制剂灌装生产线；1条预充针无菌制剂灌装生产线，同时配备了质控实验室及研发场所，可满足IIT、Pre-IND、IND、临床试验用样品及商业化产品生产等各个阶段的合规性GMP级样品生产与放行。

展望未来，mRNA技术的下一程

随着相关技术问题一个个解决，mRNA疗法也一步步走进现实。mRNA疗法可以在全身系统或局部产生几乎任何蛋白质，因此具有广泛的治疗潜力。

1 传染病预防性mRNA疫苗

在mRNA技术的临床应用方面，针对传染病的疫苗开发是进展最快的方向。在新冠病毒之外，多款mRNA疫苗也已经进入临床开发阶段，用于预防巨细胞病毒（CMV）、寨卡病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）、流感病毒、狂犬病毒等病原体的感染。

针对不同的病原体，mRNA疫苗的开发也会遇到不同的挑战。包括病毒突变迅速（HIV病毒），高致死性（狂犬病毒），新病毒株和突变体的产生（流感病毒和新冠病毒）等等。因此mRNA疫苗的设计也需要做出相应的调整，包括靶向抗原中保守的区域，携带多种突变体或者病毒株的抗原等等。

2 肿瘤治疗性mRNA疫苗

肿瘤治疗领域中，存在大量的患者数量及临床未满足需求。癌症疫苗的总体思路是通过将肿瘤抗原以多种形式（如核酸、蛋白多肽等）导入患者体内，来刺激患者体内自身免疫系统的反应从而对肿瘤细胞进行清除。mRNA肿瘤疫苗分为针对肿瘤相关抗原（TAA）的通用型疫苗和针对肿瘤新生抗原（Neoantigen）的个性化肿瘤疫苗。由于不同癌症患者的肿瘤细胞突变不同，所以癌症疫苗一般是个性化定制的，需要对个体的肿瘤细胞进行基因测序以识别靶标，这种靶标通常是肿瘤细胞中出现的突变蛋白。使用mRNA技术来定制癌症疫苗的一大优势在于，一旦确定了这些靶标，mRNA癌症疫苗可以同时表达20个以上的肿瘤抗原，序列设计和生产快速，是最具个性化肿瘤疫苗潜力的技术平台。

3 蛋白质替代疗法

与蛋白质药物相比，mRNA疗法的真正价值是能够在细胞内合成高水平的治疗性蛋白质。通过mRNA表达的蛋白质类型包括酶蛋白、受体、细胞内蛋白、线粒体膜蛋白、分泌蛋白和基因编辑蛋白。

分泌蛋白定位于特定组织，例如肿瘤中，这是一个mRNA疗法可行的机会。在未来几年里，可能会有多种类似于VEGF的旁分泌因子通过局部、组织特异性给药获得临床应用。分泌或细胞内抗体疗法也是一个重要的机会，因为与重组蛋白相比，mRNA可实现大量抗体的长时间生成，还可以快速产生多种治疗性抗体混合物。在细胞内蛋白中，值得注意的机会包括代谢蛋白和线粒体蛋白，这是传统疗法难以解决的问题。在mRNA编码的CRISPR基因编辑疗法中，由于编码Cas9的mRNA只是短暂表达，因此这种方法可能比更传统的AAV病毒递送的Cas9更安全。随着时间的推移，对递送载体的改进，可能会让CRISPR-mRNA疗法超越肝脏，应用于心脏、肾脏、中枢神经系统等其他实体器官的治疗。

4 LNP-mRNA助力细胞疗法

通过mRNA可向纤维细胞转染编码重编程因子产生iPS细胞，诱导分化成功能细胞，例如通过向纤维细胞转染编码重编程因子（Oct4、Sox2、c-Myc、Klf4）的mRNA，产生iPS细胞，诱导其向心肌细胞分化，致力于通过mRNA诱导干细胞治疗心血管疾病。而用mRNA表达CAR可能会减少CAR-T细胞对自体细胞识别杀伤造成的脱靶效应。因此通过静脉注射LNP-mRNA来实现在体内原位产生CAR-T细胞，从而降低细胞疗法的成本，提高患者可及性。

结语：

根据中心法则，RNA在传递生命信息过程中扮演着承上启下的关键角色，具备靶向不可成药靶点、快速生产、可针对罕见疾病、遗传毒性低等显著优势。随着2006年RNA干扰（RNAi）机制研究以及2023年mRNA疗法碱基修饰研究分别获得了诺贝尔生理学或医学奖，展望未来，基于新的LNP和非LNP载体的开发，加上深入的生物学和临床洞察力和直觉，将推动mRNA疗法在内的核酸药物为许多无法通过其他治疗方式轻易满足的临床需求的患者带来新的希望。