诺贝尔奖得主解读RNA如何变革医学

A doctor fills a syringe with vaccine on blurred background. RNA vaccines
The development of mRNA vaccines in response to COVID-19 is just one way RNA is already helping people.Image: iStockphoto/Natali_Mis
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  • 抗生素等既往的医学进步已经改变了全世界人民的生活。

  • 但医学创新需要时间、投入,以及敢于承担研发新药风险的意愿。

  • 信使RNA(mRNA)的研发在2020年促成了新冠疫苗的问世,诺贝尔奖得主汤姆·切赫教授指出,RNA还可能为更多医学进步做出贡献。

医学进步往往是循序渐进的。药物研发和临床试验成本高昂,使企业倾向于规避风险,不愿走出舒适区。但极少数情况下,也会出现重大飞跃。

例如,抗生素在20世纪50年代得到广泛应用后,彻底改变了细菌感染的治疗方式,许多曾经危及生命的感染变成了轻微的小麻烦。

再看“生物制剂”(单克隆抗体),它起初受到许多人质疑,但在20世纪90年代迅速兴起,如今正在改善癌症、自身免疫性疾病、黄斑变性及其他疾病患者的生活。

那么,医学的下一次变革会是什么模样?我们中有人认为,它可能只用三个字母来概括:RNA。RNA即核糖核酸,是所有生命所必需的分子,负责将DNA中的指令传递出去,指导特定蛋白质的合成。

RNA已被转化为疗法,正在帮助患有遗传性疾病和新冠病毒感染的患者。随着进一步的研发与创新,它还有望助力应对许多其他健康问题。

mRNA疫苗的研发

尽管RNA疗法已取得数十年的进展,但真正使RNA成为焦点的,是2020年针对新冠病毒的信使RNA(mRNA)疫苗的研发。

疫苗可以训练我们的免疫系统,使其警惕病毒等外来入侵者。为此,疫苗必须与病毒相似,但不具有传染性。例如,传统疫苗通常是在鸡蛋中培养病毒,再对其进行加热灭活制成的。这也是为什么在您接种年度流感疫苗之前,医护人员会先询问您是否对鸡蛋过敏。

而mRNA疫苗不使用活病毒。它们相当安全,但并非十全十美。出现令人不适的心脏疾病——新冠mRNA疫苗接种相关的心肌炎——的风险约为每百万名接种者中10例。相比之下,这一风险低于一个人一生中被闪电击中的风险。在美国,后者的风险为每百万人65例。

研发出mRNA新冠疫苗的科学家们荣获诺贝尔奖。
研发出mRNA新冠疫苗的科学家们荣获诺贝尔奖。
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更重要的是,应将mRNA疫苗接种出现严重不良反应的极低风险,与未接种疫苗者感染新冠病毒的风险进行比较。令人遗憾的是,我们对此有非常详细的了解,这些数据来自mRNA疫苗问世之前的情况。在美国,感染新冠病毒者中有5.7%住院治疗,1.8%死亡,另有2%至3%遭受了长期疲劳和认知障碍等问题,即与长新冠相关的症状,这是一项独立的全球研究所得出的结果。

与鸡蛋培育的疫苗相比,另一个不同之处在于,mRNA疫苗可以快速设计和生产。这意味着它们能够应对病毒群体的变化。新冠疫苗就是一个例证,由于新冠病毒(SARS-CoV-2)不断发生变异,该疫苗曾不止一次进行重新设计。

这也可能有助于季节性流感疫苗。流感疫苗的有效率逐年波动,范围在20%至60%之间,原因在于在鸡蛋中培育疫苗耗时很长,科学家必须提前预测哪种毒株将成为流行株。如果您过马路时安全通过的几率只有20%至60%,您还会过马路吗?

值得庆幸的是,mRNA疫苗的研发速度很可能会扭转这一局面。毕竟,如果您要卷起袖子接受针头注射,这份麻烦理应是值得的。

RNA的更多医学用途

三十年前,人们首次研究通过疫苗预防癌症时,这一设想看似只是一个梦想。但新冠mRNA疫苗的成功使这一想法重获新生。

一种个性化mRNA疫苗正在被——该疫苗针对患者自身肿瘤内的突变进行定制——用于黑色素瘤的试验。鉴于癌症通常容易释放非天然蛋白质,有充分理由相信,让mRNA指令我们的免疫系统警惕这些蛋白质,将有助于治疗其他癌症。

除mRNA之外,“非编码”RNA不携带编码特定蛋白质的信息,但在生物学中具有其他活跃作用。作为生物催化剂的RNA可以加速活细胞中的特定化学反应,这是非编码RNA的众多实例之一。正是这一发现,使我获得了1989年诺贝尔化学奖。

什么是癌症疫苗?它们是如何起作用的?
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非编码RNA也为一种名为CRISPR(“成簇规律间隔短回文重复序列”的缩写)的基因编辑机制提供动力。“向导RNA”使CRISPR能够实现极为出色的特异性。只有当向导RNA与我们染色体中DNA的互补片段相匹配时,CRISPR机制才会结合并切割DNA。这一过程可用于切除突变并以健康序列替换。CRISPR已经被批准作为一种治疗手段,用于治疗毁灭性的血液疾病镰状细胞病。

为什么这种由RNA引导的基因编辑过程具有如此巨大的变革潜力?自人类基因组计划启动以来,遗传咨询师通常能够找出导致遗传病的基因错误。但真正可用的疗法却极为罕见,而且,将疗法从细胞转化到人体,自然充满挑战。

RNA研发的振奋时刻

CRISPR基因疗法会对我们的基因造成永久性改变。如果目标是修复有害突变,这当然是好事。但任何“脱靶”编辑同样是永久性的。相比之下,治疗性mRNA的作用时间较短:mRNA发挥作用,大量生成所需蛋白质,随后即被清除,这也是自然界中所有RNA的归宿。

因此,如果能确保精准无误,永久性的CRISPR修复无疑是理想的。相比之下,mRNA疗法不会融入我们的基因构成,似乎更为安全。但其作用时间相当短暂,因此科学家正致力于改造RNA,使其能够更持久地发挥作用。

无论是学术实验室还是生物技术公司中的RNA科学家,都在努力克服这些挑战,因此我们正处于一个令人振奋的时刻。这些基于非编码RNA的疗法,在相当有限的情形下可能会对疾病产生影响;但另一方面,我们或许正处于RNA推动医学变革的起点。

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