RNA疫苗是如何工作的？

丹丘生

你可能已經知道DNA。DNA存在于每個生物細胞的細胞核中，受到核膜的保護。我們的全套遺傳密碼就以4個堿基“字母”兩兩配對的形式，“寫”在DNA這本“密碼書”上。這4個堿基是A、C、G和T。基因則是DNA上的片段，或者說是這本“密碼書”上的一個個段落或章節。它們包含的指令“描畫”了你身體的藍圖，使你成為獨一無二的你。

但是，基因的指令必須傳送到細胞質中的“蛋白質工廠”——核糖體中，才能組裝出蛋白。說起蛋白，你可能立刻會想到肌肉。這么說，是為了給我們一身肌肉嗎？不完全是。因為蛋白的作用要比你想像的廣泛得多。細胞需要依靠蛋白來完成身體運作所需的許多過程，比如許多新陳代謝反應（即把食物轉化成能量的反應）都需要酶的催化，而酶就是一種蛋白。

DNA本身是不會走出細胞核的。它也不會直接給核糖體打電話。那么，如何把它的指令告訴核糖體呢？對了，這需要通過信使RNA（簡稱mRNA）來傳遞。

信使RNA，一聽名字就知道它起的是信使的作用。沒錯。DNA把一些“章節”的信息轉錄到mRNA上，mRNA再把信息送到“蛋白質工廠”。一旦mRNA到達目的地，細胞就可以根據這些指令生產特定的蛋白。這就是mRNA的日常工作。

核糖體是蛋白質的加工工廠

生物體的每個細胞，都有相同的DNA。DNA只有一種，但RNA有很多種類，根據功能劃分：如搬運氨基酸將其送到核糖體的轉運RNA（tRNA）和組成核糖體的核糖體RNA（rRNA）。信使RNA（mRNA）只是其中最常見的一種。DNA并不是所有生物都有的，而RNA卻是所有生物都有的，像很多病毒，包括新冠病毒，里面的遺傳物質只有RNA，沒有DNA。有些科學家猜測，RNA可能比DNA還古老，最早的生命可能只有RNA，沒有DNA。

生物體的每個細胞，從肺細胞到肌肉細胞、神經細胞等，都有相同的DNA。可以說，DNA是一種穩定的、普遍的存在。即使生物體死了，在合適的環境下DNA也可以保存數萬年之久。但mRNA卻只會根據需要才產生。它是一種動態的存在：身體在什么時候、什么地方需要什么蛋白，那么，在那個時候那個地方就產生攜帶制造那個蛋白指令的mRNA。

這樣，mRNA為細胞提供了一種控制蛋白質生產的辦法。mRNA就好比給“蛋白質工廠”的訂單，什么時候開工，什么時候停工，生產什么樣的產品，數量多少，都由它來定。因為沒必要非得讓每個細胞一下子就生產出你整個基因組指令中所有的蛋白質嘛。

不像DNA可以保存數萬年，mRNA就像一條讀后即刪的短消息，會定時自動銷毀，短則幾分鐘，長不超過幾小時。mRNA結構中的一些特點——堿基U和單鏈形式——確保它只有很短的壽命。一旦mRNA指令銷毀，“蛋白質工廠”就停工，直到收到新的指令。在我們的細胞中，由于多種RNA同時存在，為了區分，前面一般要加個小字母。但在病毒體內，只有一種RNA，起的是我們細胞中的DNA兼mRNA的作用，所以我們后面文章中說到病毒的RNA，就是指mRNA。

在諜戰片中，敵人經常會冒充自己人混進我們的隊伍，并發布錯誤的指示，給我們造成破壞。造化真是奇妙，這一幕也在小小的細胞中上演著。敵人（主要是病毒）的mRNA通過偽裝，也會冒充“自己人”向“蛋白質工廠”發布錯誤的指示，為其制造外來蛋白。

不過，魔高一尺，道高一丈。細胞中有一種核糖核酸酶，可以識別mRNA上這些被偷偷插進去的外來RNA，并將其清除，保護細胞免受錯誤指令的影響。在這個過程中，核糖核酸酶就認識并記住了這些外來的入侵者。

但這套安全機制也并非無懈可擊，否則也就不會有病毒的肆虐了。病毒可以通過各種辦法，逃避被識別。

不管怎么說，這場識別與清除的較量，引起疫苗開發者的極大興趣。接種疫苗的目標是讓你的免疫系統對病原體或病原體的某一部分產生反應和記憶，這樣，當真正的病原體入侵時，你的免疫系統就能及時識別出來，快速投入戰斗。

目前疫苗開發的路徑有兩種，一種是傳統的減毒或滅活疫苗，一種是RNA疫苗。

傳統的減毒或滅活疫苗采用的策略是讓我們的免疫系統熟悉整個病原體。為此目的，研究人員先在體外通過多代培養病毒，然后挑出毒性已經減輕（減毒）或者喪失繁殖能力（滅活）的病毒，然后注射到人體內，讓我們的身體對該病毒產生抗體。

而RNA疫苗采取的是另一種策略，即僅讓我們的免疫系統熟悉病原體的某一部分——關鍵的而且是不易發生變異的部分。以新冠病毒為例。新冠病毒要入侵人體細胞，需要先拋錨登陸人體細胞，就像海盜要入侵一個國家，需要先找個港口拋錨。新冠病毒的“錨”是其表面一個個棘突蛋白。只要我們的免疫系統能識別新冠病毒表面的棘突蛋白，并攻擊它，病毒就無從立足。

打個比方。為了教剛出生的小羊怎么去識別狼，傳統疫苗的辦法是，羊媽媽把小羊領到一頭病狼或死狼跟前，說：“孩子，狼是長這個樣子的。以后遇到長這樣子的動物，一定要躲避。”RNA疫苗的辦法是，羊媽媽拿死狼爪子的趾節給小羊看，并說：“孩子，以后凡是遇到有這個爪子的動物，一定要躲避。”

為了讓我們的免疫系統事先“認識”棘突蛋白，研究人員先在體外制造出合成棘突蛋白的mRNA，通過接種注射到人體，棘突蛋白的mRNA經過巧妙地偽裝，可以到達細胞的“蛋白質工廠”，并開動細胞機器，為其生產棘突蛋白。但是，棘突蛋白作為一種外來蛋白，會被我們的免疫系統識別出來，消滅并記住。以后，當帶有這種棘突蛋白的病毒真來襲，就能被及時認出來。

由于科學家選擇研制的RNA疫苗，針對的是病毒上“萬變不離其宗”的部分，病毒再怎么變異，都逃不過火眼金睛，所以RNA疫苗的有效性比較高。

至于有人擔心，疫苗中的RNA會不會進入細胞核，破壞DNA。這種擔心是完全多余的。我們的細胞核不是菜鳥，外來物基本上通不過核膜這一關。

RNA疫苗的概念雖然已經提出好些年了，但僅僅在這次疫情中才被研制出來并投入使用。它相比傳統疫苗，還有其他優點（見“傳統疫苗與RNA疫苗之比較”）。它在這次疫情中的大顯身手預示著它未來還有更廣闊的應用前景。各國科學家們目前正在研制針對流感、寨卡、狂犬病和其他一些病毒性傳染病的RNA疫苗。

mRNA疫苗工作原理