离开匈牙利白手起家，要想成功，必须为我们的生活、我们的生存和我们的成功不懈努力。

 

撰文 | 郭晓强

 

12月起，英国、加拿大、美国等国家相继批准了辉瑞制药与德国BioNTech联合开发的新冠mRNA疫苗紧急使用，人们终于看到了结束全球新冠疫情的希望。

 

与其他疫苗相比，mRNA疫苗具有诸多优点：首先是安全性高，mRNA不具备感染性，也不必整合到基因组，其在体内寿命可根据需要通过体外操作来实现（避免长期滞留带来危害）；第二是免疫性好，目前的mRNA疫苗已较为稳定，可在细胞内进行高效表达产生蛋白质，启动高效免疫应答反应；第三，量产迅速，mRNA体外制备技术非常成熟，可根据需要快速、便捷地制备出大量疫苗。

 

随着全世界的目光聚集在新冠mRNA疫苗上，这项技术背后曾经默默无闻的关键科学家也浮出水面，接受各大媒体的采访。她就是来自匈牙利的女生物化学家卡里科（Katalin Karikó），今年65岁了。

 

卡里科在宾州家中工作。from STAT

 

一、没有回头路

 

1955 年 1 月 17 日，卡里科出生于匈牙利东部小镇小新萨拉什（Kisújszállás）一间烧着木屑炉子的小屋。仔细检查父亲每日屠宰的猪，便是她的科学启蒙课。

 

1973年，卡里科考入匈牙利名校塞格德大学（University of Szeged），义无反顾地选择了理科。在大学里，她第一次在一场学术报告里听说了信使RNA（mRNA），它携带着DNA中的遗传信息，直接指导蛋白质的合成，承担着“传讯者”的角色。卡里科对这种神奇的分子产生了浓厚的兴趣。1978年，她选择攻读博士学位，重点研究mRNA的应用。

 

20世纪七十年代，基因工程诞生，不久基因治疗的概念也应运而生，但这些操作均是以DNA为目标，而卡里科却认为mRNA更有前途。毕业后，她选择了进入匈牙利科学院塞格德生物中心（Biological Research Centre, Szeged）生物物理研究所。当时，许多人博士毕业后去美国留学深造，但卡里科对此并不动心，她认为国内同样可以实现自己的愿望。遗憾的是，卡里科这个美好愿望于1985年破灭了，她被单位解雇了。

 

多年后，卡里科在一次接受采访时曾表示，如果她继续留在匈牙利国内，很有可能成为一个充满抱怨的、平庸的科研人员。无路可退的卡里科不得不重新开始找工作。一开始她想在欧洲找个职位，但最终，她只能远赴大西洋彼岸的费城。在那里，美国天普大学（Temple University）为她提供了一个博士后职位。

 

没有手机、没有信用卡，夫妇两人带着年仅两岁的女儿，踏上了异国他乡。政府不允许兑换超过100美元的现金，他们就在黑市卖掉了车，把900英镑缝在女儿的泰迪熊里偷偷带出境。卡里科说：“我们没有回头路。我们在那里举目无亲。”

 

1985年，卡里科在美国天普大学（Temple University）重启科研道路。遗憾的是，首站并不顺利。四年后，她与导师发生了一次冲突，主要原因还是两人对待mRNA观念有差异。像当时的许多科研工作者一样，导师也不看好mRNA的研究。1990年，卡里科加入宾夕法尼亚大学。这时，一项最新进展进一步坚定了她开展mRNA应用的决心。

 

二、也许我不够优秀，不够聪明

 

1990年，威斯康星大学一个研究小组首次将mRNA注射到小鼠体内（doi: 10.1126/science.1690918），并检测到了相应的蛋白表达；两年后，另一个研究小组进一步在大鼠中证明，体外注入的mRNA表达出的蛋白还具有生理活性。如果这两个结果成立，就意味着采用病原体关键蛋白的mRNA，也会产生病毒蛋白，并激发免疫应答，从而发挥疫苗的作用。

 

 

这个逻辑推理很容易获得，但是许多科学家对此并不看好。因为这么做存在诸多现实问题，用mRNA做疫苗至少有三大缺陷：稳定性差（目前这个问题依然存在）、体内效率低下和激发机体先天免疫系统（引起严重炎症反应，导致动物立即死亡）。在许多科学家看来，这些困难都是难以逾越的科学鸿沟，尤其是第三个缺陷，可能最终都难以搞定。这种费力不讨好的事情自然没几个人愿意做，再说传统的疫苗制备策略已足足够用，何必舍近求远？

 

“主流看法”势必会影响一个领域的发展。许多mRNA研究的大牛都退避三舍，不再提起用mRNA做疫苗这码事，领域内默默无闻的新兵遇到的阻力也就可想而知。

 

进入宾夕法尼亚大学的当年，卡里科就提交了基金申请，想尝试采用mRNA开发疫苗。在这样的主流背景下，申请失败了。然而没想到，随后几年，年年申请，年年被拒，竟达八年无法为这一课题申请到基金。她回忆说，“我每天晚上都在写基金、写基金、写基金，结果每次都被打回来、打回来、打回来。”你有千条妙计，我有一定之规；任你说得天花乱坠，我就不给你基金。这一今天看来并不怎么“大逆不道”的想法，同行专家就是不予通过。2004年诺贝尔化学奖得主赫什科（Avram Hershko）就认为，专家总是墨守成规，许多观点不值得接受（由于泛素加热后仍保持活性，由此他们认定泛素不可能是蛋白质）。

 

老板们终于看不下去了。1995年，来到宾大的第六年，卡里科迎来了降级降薪。她回忆到，她当时刚刚做出一些重要的发现，学校把她轰出了实验室，在动物房边上给她安排了一个小房间办公做实验。更惨的是，这个节骨眼，她又被诊断出癌症，需要进行两次手术，而她的丈夫由于签证问题不得不滞留在匈牙利，长达半年无法返美。她只能一边接受治疗，一边照顾孩子。

 

一般人有此遭遇，早就离开学术界了，但卡里科还是熬了下来：“我想过去别的地方，研究别的东西。我还想过可能是我不够优秀，不够聪明。我努力说服自己：万事已经俱备，我只需要把实验做得更漂亮就行了。”

 

幸运的是，卡里科最终康复了，并继续开展自己的实验。由于各方限制，做事可谓举步维艰。没经费订杂志，为了看到最新的论文，她还得去复印。在1997年一次复印时，卡里科结识了刚到宾大不久的免疫学家韦斯曼（Drew Weissman）。韦斯曼对卡里科的想法很感兴趣，决定资助她继续开展研究，她的项目也正式成为“韦斯曼-卡里科项目”。卡里科当时的境遇可说降到了冰点，待遇比技术员都要低，韦斯曼的帮助可谓是雪中送炭，不仅仅是资金支持，同样重要的还有精神鼓励。

 

三、峰回路转，再起波澜

 

卡里科的研究逐渐有所起色。1998年，期盼已久的基金终于得到批复，尽管只有区区10万美元，但至少是一个好的开始。第二年，又获得100万美元资助。卡里科和韦斯曼商讨后达成一致——需要首先解决mRNA应用的安全性问题，也就是理解mRNA诱发机体炎症反应的原因。

 

上世纪九十年代，先天免疫机制的阐明拓展了人们对免疫系统的认识。1998年，美国免疫学家巴特勒（Bruce Beutler）发现树突细胞等免疫细胞的表面存在Toll样受体 (TLR) 家族，能识别细菌成分（如脂多糖），两者结合就会激活并启动先天免疫应答，巴特勒也因为这一发现分享2011年诺贝尔生理学或医学奖。

 

卡里科推测，mRNA注射到动物体内诱发炎症，可能是因为它们可被TLR分子识别。为验证自己假说的正确性，卡里科首先建立一个体外系统模拟炎症反应，应用人工合成的mRNA直接处理细胞，确实激活了免疫应答，释放出大量免疫因子。进一步研究发现，多种TLR分子（包括TLR7,8等）确实可以识别体外注入的mRNA。

 

2004年，卡里科完成了一个关键实验。她从哺乳动物和细菌中直接提取mRNA，并用它们处理细胞，结果发现哺乳动物mRNA基本不激活免疫应答 (线粒体mRNA除外)，而细菌mRNA则诱导细胞因子的释放，这一结果说明，诱发免疫应答的原因不在mRNA本身，而应该在其结构差异。当时已知，哺乳动物mRNA存在广泛的碱基修饰现象，而细菌等原核生物则通常不存在这一现象（与体外合成的mRNA类似）。于是，卡里科对体外合成的mRNA也进行了碱基修饰，结果使免疫应答能力大大减弱（后来动物实验也证明修饰后的mRNA不再产生严重炎症反应）。其实，哺乳动物识别非修饰mRNA（外源物成分），但对修饰mRNA视而不见的能力恰恰是免疫系统的基本特征——区分“非我”，也是机体对自身的保护。这一发现意味着，mRNA体内应用的安全性得到了有效解决（通过体外碱基修饰来实现）。

 

卡里科进一步研究还发现，体外合成的mRNA通常会污染一定量的双链RNA，而双链RNA也会引发免疫应答，因此她对最初合成的RNA进行纯化，除去双链RNA。这种操作一方面减少了炎症发生，更重要的是极大增加了mRNA在体内的蛋白生成效率，从而解决mRNA应用过程中效率低下的难题。卡里科共发表70多篇论文，绝大多数聚焦于mRNA体外制备方法的改进和完善，解决实际应用过程中面临的诸多问题。

 

2006年，卡里科和韦斯曼申请了第一个mRNA相关专利——含修饰核苷酸的mRNA制备及应用，主要涉及无免疫原性、包含核苷酸修饰等特性的mRNA（专利号：US 8278036）。迄今为止，她已拥有十几个专利，全部围绕着mRNA制备方法的改进、实用化操作和应用。当年，她与人和合作共同成立了一家生物技术公司——RNARx，尝试开发mRNA药物（主要开发治疗贫血的EPO mRNA），但公司最终于7年后关闭。卡里科期望的mRNA应用热潮并未出现，市场对这项研究并不热衷，因此也少人问津。

 

2010年，转机再次出现。正在斯坦福大学做博士后的罗西（Derrick Rossi）发现了卡里科的文章，并敏锐意识到这一方法的巨大应用潜力。他成立了一家生物技术公司——也就是Moderna，应用mRNA开发疫苗和药物。与此同时，卡里科也将自己的技术转让给德国一家新兴生物技术公司BioNTech。彼时，BioNTech还蜗居在德国美因茨大学（Mainz university）的校园内，连公司网站都没做起来。

 

2013年，卡里科与宾夕法尼亚大学又发生一次不愉快，校方拒绝恢复她1995年降薪的教师职位，又在知识产权许可上与她产生分歧（宾大将知识产权卖给了另一家公司）。最终，卡里科选择辞职，加入BioNTech并担任高级副总裁。校方对卡里科极尽刻薄，称BioNTech是一家连网站都不存在、名不见经传的小公司，暗示卡里科的选择毫无价值。

 

随着mRNA技术在应用过程中的进一步改进，两家公司距离真正的市场成功越来越近。2017年，Moderna开始开发寨卡病毒mRNA疫苗；2018年，BioNTech与辉瑞公司合作开发流感mRNA疫苗，尝试从实验室走向应用。但市场仍不买账，投资者对mRNA疫苗应用前景并不看好，两家公司只能 “艰难度日”。

 

在这沉默苦闷的研究岁月中，比卡里科出名更早的是她的女儿祖萨娜·弗朗西亚（Zsuzsanna Francia）。也许是继承了母亲坚忍不拔的精神，祖萨娜在2008年北京奥运会和2012年伦敦奥运会上连续夺得了划船比赛冠军。

 

2012年伦敦奥运会，卡里科夫妇祝贺女儿夺取奥运金牌。Katalin Kariko供图

 

四、完美救赎

 

2020年初，新冠肺炎暴发，新冠病毒蔓延全球。

 

1月11日，中国疾控中心张永振研究团队在病毒学网站（virological.org）公布了新型冠状病毒全基因组序列。

 

序列刚刚公开，欧美的制药公司就开始研究mRNA疫苗将要使用的序列。

 

1月13日，序列确定，Moderna开始制作mRNA。

 

后来的事情，我们都知道了。

 

在全球多国参与的新冠疫苗开发竞赛中，mRNA疫苗的优势（研发时间短）充分体现，在得到新冠病毒刺突蛋白（S）mRNA信息基础上，快速开启设计、制备、动物实验、临床实验等步骤。11月9日，辉瑞与BioNTech联合宣布，基于Ⅲ期临床结果，其研发的新冠疫苗mRNA BNT162b2有效率超过90%（最终数据显示有效率可达95%）；一周后，Moderna宣布，其开发的mRNA疫苗mRNA-1273有效率也接近95%。

 

当卡里科听到BioNTech三期临床振奋人心的结果后，她的第一反应是：“得救了！我拼命地吸气，我太兴奋了，我真怕我死了……”悬了许久的心终于可以得到些许休息。卡里科希望mRNA疫苗能在随后新冠肺炎预防方面发挥重要作用，并期望mRNA技术能在更多疾病治疗方面得到广泛应用。

 

现在已经是哈佛大学干细胞研究所教授的罗西认为，如果mRNA疫苗最终在新冠肺炎疫情方面发挥了关键性作用，卡里科和韦斯曼绝对配得上诺贝尔化学奖。

 

此时距卡里科最初开始研究mRNA已有四十多年，距离她的关键技术突破也有了十五年。

 

主要参考文献

 

1. Karikó K, Buckstein M, Ni H,et al. Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity. 2005,23(2):165-175.

 

2. Karikó K, Muramatsu H, Ludwig J, et al. Generating the optimal mRNA for therapy: HPLC purification eliminates immune activation and improves translation of nucleoside-modified, protein-encoding mRNA. Nucleic Acids Res, 2011,39(21):e142.

 

3. Sahin U, Karikó K, Türeci Ö. mRNA-based therapeutics--developing a new class of drugs. Nat Rev Drug Discov. 2014,13(10):759-780.

 

4. Pardi N, Hogan MJ, Porter FW, Weissman D. mRNA vaccines - a new era in vaccinology.Nat Rev Drug Discov. 2018,17(4):261-279.

 

5. Wolff JA, Malone RW, Williams P, et al. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. Science. 1990, 247: (4949 Pt 1)1465–1468.

 

6. Jirikowski GF, Sanna PP, Maciejewski-Lenoir D, et al. Reversal of diabetes insipidus in Brattleboro rats: intrahypothalamic injection of vasopressin mRNA. Science. 1992, 255 (5047): 996–998.

 

7. COX D. How mRNA went from a scientific backwater to a pandemic crusher.( https://www.wired.co.uk/article/mrna-coronavirus-vaccine-pfizer-biontech)

 

8. A TYPICAL HUNGARIAN STORY: KATALIN KARIKÓ （https://hungarianspectrum.org/2020/11/22/a-typical-hungarian-story-katalin-kariko/）

 

9. BioNTech scientist Katalin Karikó risked her career to develop mRNA vaccines. Americans will start getting her coronavirus shot on Monday.

 

（https://www.businessinsider.com/mrna-vaccine-pfizer-moderna-coronavirus-2020-12）

 

10. The story of mRNA: How a once-dismissed idea became a leading technology in the Covid vaccine race（https://www.statnews.com/2020/11/10/the-story-of-mrna-how-a-once-dismissed-idea-became-a-leading-technology-in-the-covid-vaccine-race/）

 

11. 'Redemption': How a scientist's unwavering belief in mRNA gave the world a Covid-19 vaccine

 

（https://www.telegraph.co.uk/global-health/science-and-disease/redemption-one-scientists-unwavering-belief-mrna-gave-world/）