mRNA疫苗会改变我们的基因吗?别担心,没那么容易
世界各地正在大规模接种针对新冠病毒的mRNA疫苗,其实mRNA疫苗并非横空出世,也非洪水猛兽,而是已经蓄势待发30年。
scitechdaily.com
作者|赵蓓 德国亥姆霍兹感染研究中心免疫学博士
针对新冠病毒的mRNA疫苗是人类广泛接种的第一种mRNA疫苗,开创了mRNA疫苗的先河,一经上市就不断引发讨论,我们对其潜在风险的担忧从未停歇。
2020年12月21日,我国首个mRNA新冠疫苗生产车间也已开始建造,预计开工后8个月内建成投入运营,一期产能为每年1.2亿剂。
那么,我国为何要大规模生产mRNA疫苗?疫苗实际效果怎样,对变异病毒是否能起到保护作用?还有人担心,mRNA都进入我的细胞了,会不会改变我的基因呢?
别急,我们先了解一下mRNA疫苗的前世今生,它并非什么天外来客,也不是什么洪水猛兽。
mRNA,存在于我们的每一个细胞中
在谈mRNA疫苗之前,我们有必要清楚地认识mRNA。
在我们每个人的绝大部分细胞中,都有同样一套遗传物质——DNA。既然遗传物质相同,那为什么细胞功能形态差别那么大,有的形成表皮细胞,有的形成眼睛里成像的视神经细胞?这实际上是因为,DNA中只有极小一部分被翻译成了蛋白质。每个细胞选择合成的蛋白质大不相同,也造就了细胞功能形态完全不同。
DNA稳定存在于细胞核中,其中某些位点转录成单链的mRNA,也就是信使RNA,穿梭出细胞核,在核糖体中再合成蛋白质。mRNA携带的信息与DNA上一条链的信息(碱基序列)完全一致,合成蛋白质的过程就是把DNA上的碱基序列翻译成氨基酸序列。这个过程在上亿细胞中时时刻刻快速而高效地发生着,而且每个细胞同时进行着几百上千个mRNA的合成和蛋白质表达,才有了我们细胞到器官的正常运转。
mRNA在我们体内是亿级甚至兆级的存在,你还觉得它陌生和可怕吗?
DNA转录成mRNA,再合成蛋白质,这个过程在我们细胞内时时刻刻进行。|Nature Education
mRNA疫苗会改变基因?大可不必担心
疫苗中的mRNA对人体有何影响,会改变人的基因吗?要了解这些,我们先得知道它的作用原理。
冠状病毒因为病毒外壳上布满刺突蛋白(S蛋白),貌似皇冠而得名。这个S蛋白是是引发人体免疫反应的靶点,新冠病毒mRNA疫苗的序列,就是编码这个S蛋白的一段已知RNA序列。
mRNA疫苗通常由脂质纳米颗粒外壳包裹,一经注射到人体内,就会与细胞接触,外壳与细胞膜融合,并将mRNA释放到细胞质中。这些外源mRNA和体内千千万万其他的mRNA一样,在核糖体的帮助下合成蛋白质,也就是新冠病毒的S蛋白。S蛋白转移到细胞外,通常会黏在细胞膜上,供免疫细胞识别,从而引发抗体反应。
新型冠状病毒表面的S蛋白是引发人体免疫反应的靶点,新冠疫苗的RNA序列就是针对S蛋白所设计。|NIAID, Wikipedia
那么,这个mRNA会不会插入人体的DNA中,改变遗传物质呢?
其实大可不必担心,首先,mRNA根本进不去细胞核,接触不到深居在细胞核内的DNA。细胞核有一层膜,核膜上有核孔,如同一扇可开启的大门,并有着严格的规则调配物质进出——不仅依据分子的特性,还有很多专门的载体通道用来运送特定的离子、RNA或蛋白质。而且核孔的运输还有方向性,像mRNA这样的分子,只能从核内向外运送到细胞质,除非细胞死亡核膜崩解,反向运输到细胞核内的过程是不会发生的,要不然细胞里的秩序还不乱套了。
DNA被包裹在细胞核内,mRNA进不去细胞核,不会改变人体基因。|NIH
mRNA之所以没那么可怕,还因为它其实超级不稳定,分分钟就会被降解。日常生活中我们或许很难感知到RNA的不稳定性,但生物学家对此必然深有体会。他们每次做RNA实验之前,都要用酒精喷擦试验台,喷擦手套,好像做法一样,空气中也要喷喷。有的实验室还会划出一个干净区域只用于提取RNA,甚至实验过程中还不能说话,超级虔诚。为什么?因为空气中,我们的唾液、皮肤中,到处都是RNA酶 (核糖核酸酶)。就像某些加酶洗衣粉可以轻松去污一样,RNA酶可以专门降解RNA,轻轻松松令RNA土崩瓦解。
正因为有RNA酶,我们体内的mRNA才能维持一个动态平衡。一项最新研究数据显示,RNA分子的半衰期,也就是一半的RNA被分解的时间平均仅为2分钟,最长的也仅为10分钟。RNA分解后又成为合成新一轮RNA的原材料,参与到转录翻译过程。所以mRNA的宿命,就是老老实实待在细胞质里合成蛋白质,然后很快被降解掉。
这些特点使得mRNA疫苗具备了三大优势:
1)安全性高。mRNA没有传染能力,不能独立复制和装配;也不会整合到基因中,没有插入诱变的风险。而且,mRNA通过正常的细胞过程降解,在体内的寿命可以通过体外调节实现,避免长期滞留带来危害。
2)免疫性好。由于mRNA是小片段遗传物质,基本不会引起针对它的免疫反应,可以顺利进入细胞,快速翻译成目标蛋白,引发针对这一蛋白的免疫反应。而且mRNA疫苗还可以重复施用。
3)生产迅速。mRNA只要知道核酸序列即可快速合成,疫苗生产快速且成本低,反应体系相对于蛋白疫苗更为简单,生产周期更短,更容易短期实现高产量。
mRNA疫苗,已经蓄势待发30年
看似横空出世的mRNA疫苗,其实背后早已经过30年的积累。核酸疫苗,也就是DNA或RNA疫苗的发展始于1990年,科学家将体外合成的mRNA注射到动物体内,并成功观察到该mRNA合成了正确的蛋白结构。
mRNA疫苗早已是众多实验室和大厂争相研究开发的对象,许多医药公司都在针对不同的流行病及癌症开发mRNA疫苗,我国也有大量的研究所和科学家致力于mRNA疫苗的研发。
在对抗流行病方面,科学家们已经开发出了一系列mRNA疫苗,主要针对一些致死率高,且传统疫苗(减毒、灭活疫苗,亚单位疫苗)无法发挥作用的病毒性传染病,例如艾滋病病毒、疱疹病毒、呼吸道合胞病毒等。还有一些研究致力于开发针对人巨细胞病毒、丙肝病毒或动物狂犬病毒的mRNA疫苗,分别处于不同的动物实验或临床实验阶段。
mRNA疫苗并非横空出世,许多医药公司都在针对不同的流行病及癌症开发mRNA疫苗。|mdanderson.org
关于mRNA疫苗的研发,科学家们不仅致力于设计稳定的能够引发足够免疫反应(例如抗体和T细胞反应)的mRNA片段,还要解决很多随之而来的问题。比如mRNA疫苗的载体,既要保证不被过快分解,又要保证载体本身不会引发人体的过度免疫反应,从而将mRNA安全送进靶细胞。这次BioNTech公司的mRNA新冠疫苗使用的是脂质纳米颗粒作为载体,可以说是踩在前人的肩膀上。
这次新冠疫情让我们获得了mRNA新冠疫苗接种后的大数据支持,对疫苗的研发提供了更充分的反馈,未来,我们对mRNA疫苗将有更深刻的了解和掌控。
参考文献
1.A. Baudrimont, et.al., Multiplexed gene control reveals rapid mRNA turnover, Science Advances, 2017
2.N. Pardi, et al., mRNA vaccines — a new era in vaccinology, NATURE REVIEWS, 2018