国内mRNA赛道现状及核心技术梳理

2020年底，辉瑞/BioNTech的BNT162b2和Moderna的mRNA-1273获得紧急使用授权，这两款mRNA新冠疫苗在2021年斩获了令人瞠目的587亿美元，辉瑞更是借此达成了94%的逆天收入增长，mRNA技术也随之成为了万众瞩目的焦点。

2021年起，各路资本纷纷下场，以期在大流行中后期分得一杯羹。据弗若斯特沙利文统计，截至2022年3月，全球进入临床的mRNA管线已达56个，还有数倍于此的项目正在临床前赶路；仅国内，这两年内至少已有27家大、中型企业开始布局mRNA疗法，随着早期的技术积累逐渐成熟以及资本的助力，mRNA赛道即将步入快速发展期。

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mRNA的优势

信使核糖核酸（mRNA）是由DNA模板转录而来，携带遗传信息，指导细胞生产胞内蛋白、膜蛋白及胞外蛋白。

理论上可以作为一种通用技术平台表达任何蛋白质，目前可应用于传染病预防性疫苗、肿瘤疫苗、蛋白替代疗法、CAR-T、基因编辑等。

图源：艾博生物

mRNA药物靶点丰富，不受靶点蛋白成药性，胞内/外限制。mRNA序列设计简便，利用患者自身细胞产生分子，绕过化学合成中的挑战，且自身诱导产生的分子药效更强。另外，mRNA生产平台具有较强的延展性和可复制性，易于规模化生产。

以mRNA疫苗为例，相比其他疫苗特点如下：

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市场分析

2021年全球mRNA近600亿美元，由于目前上市mRNA产品数量和种类有限，叠加疫苗降价等因素的影响，mRNA市场规模在未来几年将会经历一波下滑，随着其他传染病和肿瘤疫苗的逐渐上市和放量，mRNA市场规模有望开始稳定增长。

mRNA产品市场演变预测

据WenXie等人2021年9月发表在NatureReview的综述预测，2035年全球mRNA预防性疫苗市场规模将达到120-150亿美元；个性化肿瘤疫苗市场规模约70-100亿美元；蛋白替代疗法等市场规模约40-50亿美元，对应mRNA在治疗和预防领域总市场空间约230-300亿美元，2025-2035年均复合增长率高达68%。

据弗若斯特沙利文数据，截至今年3月，全球mRNA药物进入临床管线的共有56个，研发主要集中在疫苗领域，约占84%，而治疗性药物占比约为16%。除新冠疫苗紧急上市外，其他大多处于早期阶段，mRNA研发主要处于临床I期阶段，约占总数量的40%。

图源：弗若斯特沙利文

国内方面，至少已有7家公司的mRNA药物获得CDE临床批件：

图源：弗若斯特沙利文

艾博生物/沃森生物的mRNA新冠疫苗产品进度最快，目前正在进行国际多中心3期临床试验。

斯微生物的临床阶段管线最多，且涉及适应症最广，其新冠mRNA疫苗产品正在全球开展II期临床试验，在国内开展I期临床试验，针对晚期实体瘤（包括肺癌、食管癌和消化道肿瘤）的个性化肿瘤疫苗产品正在全球和中国开展临床I期试验。

图源：斯微生物官网

除上述企业之外，艾美疫苗在今年6月开启了mRNA疫苗LVRNA009作为加强针的3期临床研究；瑞科生物在6月27日宣布其全球首款冻干mRNA疫苗R520A在菲律宾正式进入临床。

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核心技术

递送系统

由于mRNA分子量大、电荷和可降解性，需借助递送系统发挥作用。递送系统与mRNA分子结合，需在全身给药时保护其不被血清中的RNA水解酶降解，从而保证mRNA可以顺利到达靶细胞，然后以内涵体通过胞吞作用进入细胞。

通常情况下，内涵体进入细胞质后，会被直接送至溶酶体进行分解。因此，递送系统还需在内涵体到达溶酶体前，将mRNA从内涵体中释放出来。mRNA逃离内涵体进入细胞质后，会游动至核糖体并在此翻译为蛋白质。

目前进入临床的递送系统主要有脂质体、脂质纳米颗粒（LNP）、脂质复合物、脂质多聚复合物（LPP），其中 LNP 最为常见，像Moderna、BioNTech、CureVac 以及国内除斯微生物的多数 mRNA 公司的递送系统均使用LNP。

艾博生物脂质纳米颗粒系统
图源：艾博生物

LNP主要由阳离子脂质、中性脂质、PEG修饰脂质、胆固醇等构成，不同分子及构成比例是各家LNP系统的主要差异所在。

1）阳离子脂质：具有pH敏感性，与带负电的mRNA结合，可高效包载核酸药物，同时在酸性环境下被质子化，有助于内涵体逃逸；

2）中性脂质：稳定粒子，破坏内涵体稳定性，提高核酸递送效率；

3）PEG修饰脂质：提高粒子稳定性，减少粒子在体内与血浆蛋白的结合，延长体循环时间；

4）胆固醇：稳定LNP结构，调节膜流动性，提高粒子稳定性。

几家领军企业的递送系统组分构成

虽然组分及配方已经公开，但是大量的工艺参数依然是商业秘密，头部企业之间有不少专利纠纷，国内企业需要购买专利或者合作开发，也有像斯微生物这样自研新型LPP递送系统。

LPP (lipopolyplex) 纳米递送平台是一种以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构。LPP的双层纳米粒和传统的LNP相比具有更好的包载、保护mRNA的效果，并能够随聚合物的降解逐步释放mRNA分子。LPP平台优异的树突状细胞靶向性可以更好地通过抗原递呈激活T细胞的免疫反应，从而达到理想的免疫治疗效果。

斯微生物LPP递送系统
图源：斯微生物官网

加帽技术

mRNA的基因序列一般由5’-cap（5’端帽子）、5’ UTR（5’端非编码区）、ORF（编码区）、3’ UTR（3’端非编码区）以及Poly(A) tail（多聚腺苷酸尾）组成。

5’-cap（5’端帽子）：在真核生物中可以与翻译起始因子eIF4E结合，保持mRNA的稳定，提高翻译效率，同时抑制外切核酸酶对mRNA的降解并抑制固有免疫反应。体外转录合成 mRNA分子的最关键环节在于如何高效率加帽。

目前加帽途径主要分为一步法（共转录加帽）和两步法（转录后加帽）：

生产工艺

以mRNA疫苗为例，生产中需要将含有脂质的乙醇相和含有 mRNA 的水相混合后形成脂质超饱和状态，在毫秒级时间里自组装成纳米颗粒，主要过程如下：

1）商业大规模生产主要是利用微流控技术（Y 型或 T 型），将含有脂质的乙醇相和含有 mRNA 的水相在 pH=~4 的缓冲液中快速混合；

2）当可离子脂质与水相相遇时，调节 PH=~5.5（介于缓冲液的 pKa和可电离脂质的 pKa 之间），可离子脂质发生质子化形成阳离子脂质；

3）阳离子脂质与 mRNA 的阴离子磷酸骨架静电结合，同时它在水相中具有疏水性，驱动囊泡的形成和 mRNA 的包裹；

4）提高 pH=7.4，中和阳离子脂质，使其疏水性增强，从而驱动囊泡融合，完成脂质纳米颗粒的进一步包裹。

脂质纳米粒点解过程示意图
图源：药物递送

此外，纯化工艺和冷冻工艺也是技术壁垒，在大规模生产中，LNP粒径是否均一、杂质是否有残留；如何在保持组分活性不下降的情况下更便捷高效地冷冻/干燥从而保持更长时间的稳定性都是未来需要重点研究的方向。

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未来趋势

除了传染病疫苗领域，mRNA将逐步拓展到肿瘤治疗和再生医学等更广阔的市场。

相对其他技术而言，mRNA在肿瘤疫苗尤其是个性化疫苗方面具有一定的优势。mRNA易于同时表达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。

个性化治疗性肿瘤疫苗，通过测序，确定患者肿瘤细胞独有新抗原，利用mRNA针对新生抗原开发各种个性化肿瘤疫苗。BioNTech和Moderna相应的管线已走向临床。

再生医学领域中，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，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，通过mRNA诱导干细胞治疗心血管疾病。

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