转发知乎一篇关于mRNA的概述，关于核酸药物、递送系统、技术难点、国内发展现状，都讲的比较通透，略有不足的是，对国内mRNA技术研发实体涉及的不多，有掌握这些信息的同志可以相互交流。
以下是原文:
最近新冠疫苗的话题越来越热，mRNA疫苗作为一个新兴品种更是吸睛无数。周围的咨询圈满眼的科普文，从不同角度，在不同程度上阐述新冠疫苗。其中自然是良莠不齐。笔者从事核酸类药物研究已有时日，想从自己的学术背景出发，提供一些科学事实和自己的看法。希望能被读者取做他山之石。
如题所述，2020魔幻年对于人类来说绝对是黑暗的一年，如果要说在这乌云密布中有那么一缕阳光的话，那一定是mRNA疫苗了。读到这里，可能有些人要开始摩拳擦掌，弃贴开骂了。稍安勿躁，个人觉得短期内灭活疫苗有很大优势，但长远来看，尤其是对于易变病毒（流感，新冠，癌症等等）mRNA疫苗必定是趋势。然而，我并不是只说mRNA疫苗，而是由点及面的指出mRNA药物是下一个时代的药物，包括疫苗，药用，基因治疗等等。有大牛曾经说过，中国错过了微米时代，不能再错过纳米时代。借用一下，中国错过了蛋白药物时代，别再错过核酸药物时代了。这是一个大话题，所以我准备分几步讲述，并着重笔墨于我熟悉的领域。
1. 什么是核酸药物
2. mRNA 101
3. mRNA成药的两个胜负手
4. LNP 101
5. 中国mRNA发展现状
1. 什么是核酸药物？
核酸，就是DNA和RNA的总称，所以核酸药物可分为dna和rna两大类。从表现形式来说，两类核酸都可以是基因组或完整核酸链亦或是核酸片段。相对于dna，现在更多的玩家都把资源集中在rna类药物上（因为不用入细胞核）。而绝大多数的rna类药物可分为小核酸，antisenseoligo （ASO），small interfering （siRNA），和大核酸，mRNA，基因组较少（oncorus）。大小核酸除了核苷酸数量不同之外（小核酸小于100，mRNA一般大于500），还有何不同呢，我们都知道DNA到mRNA再到蛋白的顺序，所以简而言之就是小核酸通过各种机理阻止mRNA变蛋白（也有例外，如stoke）downregulation，而mRNA就是增加蛋白量，upregulation。人均211的读者一定已经领悟了，大多数的疾病其实就是蛋白的问题，错的蛋白太多，或者健康蛋白太少了。如果是蛋白出错了，那就给你打小核酸来减弱病变蛋白表达；如果健康蛋白缺失，那就给你打mRNA来增加蛋白。人均985的读者肯定想到一个问题，与其打mrna，那为何不直接打蛋白？很多原因，重要有四，蛋白的pk/pd太差，mRNA用药量小（一条mRNA可以变好几条蛋白），mrna生成的蛋白功能性稳定性更好，mrna更易生产（并非容易量产，之后会讲）。然而人均清北的读者又发现了问题，你这打核酸都不是一劳永逸的疗法，需要终生受药（划重点，之后会再提），听说基因疗法不错？那基因疗法是什么呢？可以是transgene（zolgensma），或dna（generationbio，carmine）以及现在的热点基因编辑crispr（公司太多）。crispr是啥呢，说到底还是一个小rna（连接编辑蛋白和目标基因片段）和一个mRNA（变成crispr protein），万变不离其宗，都是核酸类药物。
在这段超简单的介绍之后我们再回到主题mRNA，为什么说它是下一个时代的药物呢，用最通俗的话来说，凡是蛋白能干的事儿，我mRNA都能干（少数例外，如adc），而且比你干的更好（crispr就是典型中的典型）。现在蛋白类药物，特别是抗体药物有多强力，mRNA的前景就有多光明。那mRNA究竟是如何研发如何成药的呢，我们看下一节。
2. mRNA 101
不同于其他mRNA的科普从结构开始讲解，我想从mRNA的合成开始讲解。因为体内mRNA是由dna转录而来，所以最聪明生物老师就想了个办法在体外把dna转录成mRNA（ivt），这就是现在合成mRNA唯一成熟的办法。具体过程就是利用核苷三磷酸（ntp）以dna（plasmid）为模版，在酶（polymerase）的催化下，转录成mRNA。人均常青藤的读者就已经悟出了，这个ivt赋予了mRNA无可比拟的优势，不管你需要的mRNA长度多少，序列是啥，我只需要变模版（少量dna），就能大量合成生产mRNA，这就是为何坊间流传mRNA易生产。同时为了缓解mRNA易酶解的缺点，我们给mRNA在一端带个帽子（5‘ cap），一端装个尾巴（3‘ polyA tail）。因为这两个修饰，ivt又分为两种选择，cleanCap和enzymatic cap tail，简单讲，前者是利用帽子做起始点，尾巴编译在模版上做出带帽尾的mRNA，后者是多加一个帽子酶和尾巴酶，做出带帽尾结构。你要问哪个好？我只能说一个是爸爸一个是妈妈，都好。哪种方法都需要优化，优化之后都能做出高质量产品。
说到这里大家是不是觉得万事大吉了？有这种想法的读者瞬间退化成人均义务制了。到这里我们只做出了mRNA，经过纯化才能得到drug substance，再加以合适的递送载体才能称为最终的drug product。所以这里就引出了mRNA成药的两个胜负手，量产和递送。
3. mRNA成药的两个胜负手
作为铺垫，我们先讲一下现下mRNA药物的现状。目前主流的mRNA药物按功能可以分为三类，疫苗，药用（protein replacement），以及基因编辑。经过这波疫情为大家所熟知的moderna，biontech就有很多mRNA疫苗在临床，药用mRNA只有很少几例临床（translate bio），基因编辑也只有最近一例（intellia）。由此可见，现在大多数的玩家都集中火力开发疫苗，背后的原因是什么呢？难道因为资本家悲天悯人，觉得人类目前迫切需要各种疫苗（包括癌症）？当然不是，背后真正的原因就是本节的重点，产量（scale）和递送（delivery）。
先说量产，人均研究生的读者就问了，不是说ivt是易生产么，和量产啥区别？的确，ivt工艺放大相对容易，但被纯化和递送成药拖了后腿。纯化为何难呢，归纳为一句话，biologist用dsRNA忽悠了chemical enginner。对于单链的mRNA，双链rna（dsRNA）是杂质。咋除呢，生物老师相当头疼，而且由于自身对mRNA理解有限，现在还没有很好的方法确知dsRNA的质与量，所以只好找来化工老师说，你来过过柱子吧（oligodt，rpip），经验丰富的化工老师一看，这简单啊，一过柱子mRNA质量果然好了，免疫（in vitro）反应也低了，但问题也随之而来，一旦上了柱子，你的单批次产量就被柱子的大小和capacity给限制了。举个栗子，一个8升的oligodt柱子能力是4g/L，就是单批次能处理32g mRNA。这是什么概念呢，以这次biontech新冠疫苗为例，一人两针，一针0.03mg，那一批次的mRNA最多满足53万人次，是不是离资本家所说年产亿剂有着不小的差距？但如果不是群体疫苗，如个性化cancer vaccine，那这个量就满足了。再举个栗子，药用mRNA剂量在0.3mg/kg左右，注意到没，每公斤哦，一人75kg，三周一针，四针一个疗程，那一批次只够供355人，所以这就是为啥大家都想从疫苗，cancer antibody入手（量少），从罕见病入手（病人少）的原因。跟何况还有一个很重要的factor就是你脂质体装载的步骤，这个牵涉知识点更多更杂，读者有意，山人开贴。那么化工老师就说了，诶？我们能不能用传统化学纯化方法来搞？答案是肯定的，沉淀醇洗过滤，也可以达到高质量的mRNA。那么哪个方法好呢，山人觉得取决于你针对的疾病的需求量，药用或群体疫苗（新冠，流感）那就必须抛弃柱子，罕见病的基因编辑，两者皆可，个性化疫苗（癌症）过柱子似乎更优。
再看另一个更为关键胜负手，递送。为什么mRNA需要递送系统呢，因为mRNA在体内太不稳定，还没进入细胞就被体内无处不在的酶给降解了。虽然生物老师想了各种方法解决这个问题，包括前文提到的帽子和尾巴，以及对碱基进行修饰，但都是隔靴搔痒，也许能让mRNA在细胞内多变出几条protein，但要护送mRNA从注射到被细胞接收，还得靠合适的递送。这里插一句题外话，由于小核酸也越来越热，大家可能会问能不能用递送小核酸的方法来递送mRNA（大热的galnac），答案是否定的，原因就是小核酸通常是化学合成（solid phase）完全不同于ivt，如果有读者感兴趣，山人可以另开一贴。
回到递送，递送就像是给mRNA穿个防弹衣，保护他免受酶解和水解。最近20年大家想了很多种不同的递送系统，有蛋白（protamine），有高分子（pei），有阳离子脂质体（LNP，下节重点），以及新兴的外泌体（codiak，puretech，因为还很不成熟，此处略过，读者有意，山人开贴）。这几种递送虽然有很大区别，但原理都是一样的，利用带正电的化合物与电负性的核酸结合，以提供保护。但有效的递送系统通常都有些毒性（懂王要注射的消毒剂lysol就是一个带正电的脂质），那么如果是protein replacement需要终生用药，毒性就会累积，而单次注射，量少的疫苗，就会弱化这个问题，这也是moderna为何放弃药用，专攻疫苗和癌症的一大原因。但值得指出的是现在所有的玩家，注意是所有，都在使用LNP。LNP究竟为何物？欲知详情如何，且听下回分解。
4. Lipid Nanoparticle 101
终于要讲LNP了，山人经常说，谈mRNA不谈LNP都是耍流氓。坊间一直认为moderna是mrna公司，业界内大家都知道，他其实早就蜕变成一家LNP公司了。
那LNP究竟是什么呢，通俗点讲就是带正电的liposome。他是怎么来的呢？liposome已经有几十年的应用史了。有一个化工老师就想，能不能用liposome来递送核酸，一试，不行，包不住，因为liposome往往是不带电的。另一个化工老师就说，那你给加个正电试试？再一试，果然药到病除。LNP（其实就是cationic liposome）应运而生。所以一般的脂质体都有四个成分，胆固醇，磷脂，聚乙二醇接枝脂，以及lnp的灵魂，阳离子脂质cationic lipid（C lipid）。为什么说他是灵魂呢，他不仅包裹了核酸，还促进了细胞对lnp的接收，以及进入细胞后的endosomal escape。所以大家都在花大力气开发c lipid。那大家有没有研究出个所以然来呢？山人的看法是可能现在没有任何人摸到真理的边边角角。人均phd的读者一定嗤之以鼻，都已经发现好用的lipid了，就能够找出structure activity relationship（sar），源源不断发现好用的结构。这个想法原本是无懈可击的，事与愿违的是，由于化学老师们对于脂质体微结构（各组分间相互作用）了解太少，SAR还是一个遥不可及的梦想。那现在大家都是怎么做的呢？一个个试，试一百个失败，那就试一千个，一千个不行就一万个，总能找出好用的。现在市面上成功的mRNA公司无一不是在c lipid的发掘上做到高通量筛选，例如moderna，translate bio，intellia以及业界著名的tripleA（arbutus，acuitas，arcturus）。说到这里人均postdoc的读者一定充满了鄙夷，原来就是反复试，没啥技术含量无愧生化环材天坑。的确，化学叫chem is try也不是没来由的，试的过程的确没啥技术含量，真正的难点在于拿啥来试？怎样评估试的结果？以及怎样增加成功率？等等等等。这些问题在将来很长一段时间内都会是化学老师们的脱发剂。
结合这次新冠疫苗，人均faculty的读者一定看过了moderna和biontech对应lnp成分，cholesterol，dspc，都一样，pegylated lipid和cationic lipid也极其相似。山人还可以告诉大家连四个成分的比例都十分相似。为啥呢，因为作为一个好的阳离子脂质，实在是太少了，目前唯一被fda批准的mc3（alnylam）lnp被大家当作圣经，moderna就是把mc3换成了自家的lipid 8，其他的lipid以及比例照抄照搬（当然很多其它重要的细节mderna都下了狠功夫）。另一个原因，就是圈子实在太小，经过最近几年的发展，几家做lnp的公司人员流动频繁，造成了急功近利的大家做来做去始终跳不出一个固有的圈子，参见这次moderna和biontech的lipid相似性，以及arbutus/moderna litigation。而在这方面做得比较有自己风格的是mit/translate bio的合作，还有有扫地僧之称的merck，读者有意，山人开贴。
5. 中国mRNA发展现状
絮絮叨叨地讲了那么多，最后来讲一下中国目前mRNA发展现状。虽然国内环境对于小核酸更加的友好（fda批准很多），但搭载新冠疫苗的东风，mRNA公司也有雨后春笋之势，例如斯微，深信，艾博，以及许多正在筹划中的公司（山人知道的就不下一只手）。
山人很高兴见到技术方和资方对于mRNA的热情都异常高涨，但有几个错误是很多团队都在犯的，第一，太过于注重短期目标；第二，太注重生物上的新靶点；第三，也是最重要的，有能力同时做好量产和递送两个胜负手的团队，实在太少。
mRNA药物是一个入门简单，但“一入豪门深似海”的行业。为什么呢，由于mRNA潜力实在太大，造成发展过于迅猛，继而导致我们对于mRNA和LNP的基础研究做的太薄弱。这就意味着在实际操作的过程中每一步都可能遇到坎坷，其中有些会是地球上尚无人能破的坎坷。山人看过有program死在前八十难的，也有披荆斩棘却在通天河淹死的例子。每个技术难关都要靠自己攻克。所以多元化的团队是第一重要的。现下有好些个团队都是由一个技术点的牛人来牵头组队，对于其他的技术难点采取得过且过甚至眼不见为净的态度，找个能用的混混再说。这其中自然有技术方的不成熟或盲目自信，也有资方脱离实际，过于执着于短期milestone。
结合这几问题，山人斗胆给有志于mRNA创业的技术方和资方提几点建议。技术方（也是山人的自我反思），一定要在资本面前坚持己见，对于不切实际的短期目标说不。千万要把重点集中在量产和递送上，要成药，这两点缺一不可。“good for now”和“good enough”是两个千万要不得的想法，诸如我们现在的产量对于个性化疫苗足够了；我们现在做罕见病，以后再扩张管线。同理，资方听到这两个词组一定要眼睛瞪得像铜铃，耳朵竖得像天线。而资方呢，一定要抛开之前在其他领域（哪怕是制药领域）的投资经验以及模式，不要以此对技术方提出急功近利的短期目标，例如市值，临床等等。相反在量产和递送方面要向技术方提出严格要求，产量要5-10倍于1/2期临床需求，递送一定要有lipid library的规划，等等。虽然山人对资本运作一无所知，但既然有意投资mRNA，那山人一定会说服你mRNA绝对不是搭了新冠疫苗东风而一时锣鼓喧天，他有一统时代的潜力，光明的未来，长远的眼光一定能钓到独角兽。
最后致人均谢耳朵的读者，虽然这次新冠疫苗中国并没有主打mRNA疫苗，但也有cover（复兴和biontech），大家不要因为mRNA疫苗是美国主推就全盘否定。灭活疫苗核酸疫苗各有千秋，但可以肯定的是mRNA在未来一定会在各个领域中大展拳脚，被政治或意识形态限制了自己的辩证，从而错过了核酸药物时代，那是得不偿失的。
致谢作者:二山大人