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1 总论rna 治疗行业春风已至将迎药物革命新浪潮


前言新冠疫情在全球范围内暴发mrna 疫苗在新冠疫苗的研发竞赛中 一枝独秀为防控疫情提供了有力的支持mrna 疫苗也逐渐走入大众的 视野学术产业与资本等多方对 rna 治疗领域表现出了极大的兴趣和 热情借此契机国金证券医药团队在对 rna 治疗行业的梳理与研究基础上撰写了本篇 rna 治疗行业的深度报告报告共分为上下两篇上篇重点介绍 mrna 疫苗行业下篇重点介绍小核酸药物行业旨在帮助 各位投资者加深对 rna 治疗行业的理解

rna 疗法主要分三类可调控致病基因的表达rna 疗法是指利用具有 治疗疾病功能的核酸从根源上调控致病基因表达的疗法rna 疗法按作用 机制分为三类

1编码治疗性蛋白或抗原的 mrna 疗法

2以核酸为靶 向抑制致病性 rna 活性或激活基因活性的小核酸疗法包括反义寡核 苷酸aso小干扰 rnasirna微小 rnamirna小激活 rnasarna等疗法

3以蛋白质为靶向调控蛋白质活性的核酸适 配体aptamer疗法

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rna 疗法具备多重优势1958 年克里克提出中心法则遗传信息从 dna 传递到 rna再传递到蛋白质即转录和翻译传统小分子药物与 抗体药作用靶点是蛋白质通过调控已生成蛋白质的功能来发挥疾病治疗 的作用小核酸药物的作用靶点是 rna可以调节蛋白质的生成mrna 疫苗则可以在进入人体后直接表达目标蛋白与基因疗法相比rna 疗法 安全性更高因为没有进入细胞核插入基因组的风险与以蛋白质为靶点 的传统药物相比rna 疗法具有设计简便研发周期短候选靶点丰富等 多种优势因此成为科学研究和产业界关注的新型疗法

rnai 机制曾获诺奖1978 年 aso 的概念被首次提出1998 年首款 aso 药物福米韦生fomivirsen于美国获批上市20 世纪 90 年代至 21 世纪初研究人员又相继提出了 rna 适配体mrnasirna 和 sarna 等疗 法2006 年 rna 干扰rnai机制研究获得了诺贝尔生理学或医学奖 2018 年首款 sirna 药物成功获得 fda 批准2020 年以 aso 药物 milasen 为代表的超个体化药物技术入选 mit technology review 十大 突破技术

关键技术取得突破多款药物获批上市由于体内稳定性靶向性免疫 原性等问题rna 疗法早期应用受到限制近年来化学修饰及递送系统 取得一定突破rna 疗法取得积极进展已可应用于罕见病肿瘤感染 性疾病神经系统疾病心血管疾病代谢疾病眼病等疾病的治疗自 新冠暴发以来目前已有多款新冠 mrna 疫苗凭借着出色的保护率成功获批上市此外已有多款 rna 疗法产品获批rna 疗法将逐渐进入成果 收获期

2 ,mrna 疫苗技术介绍 技术原理mrna是连接基因与蛋白质的桥梁


蛋白质是生命活动的承担者mrna 是连接基因与蛋白质的桥梁1958 年克里克提出中心法则遗传信息从 dna 传递到 rna再传递到蛋白 质即转录和翻译mrna信使 rna是一类单链核糖核酸它由 dna 的一条链作为模板转录而来的携带遗传信息并且能指导蛋白质的合成与长度小于 60nt 的小核酸药物相比mrna 的长度更长一般约为 500 至 5000ntmrna 作为疫苗或者药物可在人体内表达目标蛋白因 为 mrna 在细胞内翻译且不进入细胞核所以无整合进人体 dna 的风险同时它也可作用于传统小分子药物以及抗体药物等无法触及的胞内靶点因此具有更广阔的应用空间

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mrna疫苗主要分为两类均具有预防和治疗疾病的作用

1病毒衍生的自我扩增型 mrna 疫苗sam不仅可以编码目标抗原还可以编码病毒的复制机制因此自我扩增 mrna 疫苗编码的遗传信息会 被放大很多倍从而使得相对低剂量的疫苗就可以产生较高水平的抗原表 达但缺点是 mrna 体积较大生产过程复杂而且编码蛋白可能会诱导 非预期的免疫反应如复制机制产生的复制酶理论上会限制其技术平台 在同一人体中的重复使用

2非复制型 mrna 疫苗nrm优势在于结构简单mrna 体积小对插入开放阅读框orf中目标抗原转录本的大小限制更少目前非 复制 mrna 疫苗的研发进展较快已有多个品种处于临床试验中而自扩 增 mrna 疫苗尚未在临床研究中进行验证

mrna 疫苗发挥作用需要经过以下几个步骤1mrna 被各种递送载体 包裹2注射进入人体3包裹 mrna 的脂质体胞吞进入细胞4mrna 在细胞内释放利用人体的细胞器翻译表达抗原蛋白刺激人体产 生免疫反应

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发展历程关键技术的突破使得 mrna疫苗未来可期

早期技术缺陷使 mrna 疫苗研究进展缓慢1961 年首次发现 mrna 1990 年wolff 等人发现在小鼠肌肉组织中注射含有特定基因的质粒 dna 或 mrna小鼠组织局部会产生该基因编码的蛋白产物此后多项研究发 现用核酸免疫动物可以诱导机体产生针对该核酸编码抗原的免疫力起 初mrna 因其高免疫原性低稳定性在组织内易被降解细胞吸收率 低以及生产制备的局限发展较为缓慢

新技术发展使得 mrna 疫苗重新得到重视近年来随着 mrna 合成化学修饰和递送技术的发展mrna 的稳定性和翻译效率大幅提高免疫原 性逐步可控在肿瘤免疫治疗领域和突发传染病领域显示出巨大的商业价 值因此 mrna 疫苗重新受到重视

独特优势mrna疫苗具备显著优势未来发展潜力巨大

mrna疫苗在研发和生产等方面具备显著优势

1研发周期短抗原选择范围广与传统疫苗相比mrna 疫苗的研发 只需要在成熟技术平台上更换抗原序列即可因此研发周期较短在防控 突发传染病等方面有巨大优势在抗原序列方面理论上任何可成蛋白的 抗原序列均可被选择包括原先不可成药的胞内靶点因此可选范围广阔应用范围也更广阔蛋白替换疗法肿瘤免疫以及传染病疫苗等mrna 疫苗发展潜力巨大

2安全性高mrna 能够被正常的细胞自然降解半衰期与免疫原性等 可通过修饰和递送系统来人工调节因此 mrna 疫苗安全性较高此外与 dna 疫苗相比mrna 不存在感染或插入突变的风险

3有效性高且稳定多种修饰后的 mrna 更稳定在细胞质中被高效摄 取和表达mrna 疫苗具备自我佐剂特点因此表现更强的免疫原性有 效性更高此外mrna 是最小的遗传载体因此避免了抗载体免疫可 以重复接种 mrna 疫苗

4生产难度低速度快且安全mrna 疫苗不依赖细胞培养技术现有 的体外转录技术能够非常快速廉价地大规模生产 rna 疫苗相比于传 统疫苗的 5-6 个月的生产周期mrna 疫苗只要掌握了病毒基因序列就可 以在 40 天内完成疫苗样品的生产制备整个生产过程仅涉及生物化学合 成因此无病毒感染风险难度低且更安全此外mrna 作为疫苗可以 同时激活体液免疫和细胞免疫效果显著

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应用领域应用范围广阔传染病肿瘤蛋白代替疗法

mrna 作为疫苗可以被广泛应用于传染病肿瘤以及蛋白替换疗法等领 域应用范围较为广阔

1传染病领域针对传染性病原体开发预防性疫苗是控制和阻止传染性 疾病大规模流行的关键mrna 疫苗能够靶定病毒的保守区域直接在细 胞中表达产生特定抗原激活机体的免疫应答产生抗体从而达到预防传 染性疾病的目的目前开发的传染病 mrna 疫苗主要针对流感呼吸道合 胞病毒hiv 等

2抗肿瘤领域抗肿瘤 mrna 疫苗根据作用机理一般分为两类基于树 突状细胞dc给药的 mrna 疫苗和直接注射的 mrna 疫苗 moderna 的针对实体瘤的 mrna-4157 与 biontech 的针对转移性黑色素 瘤的 bnt122

3蛋白替代疗法领域通过将人体变成自身蛋白加工厂从而可以用来 治疗一些罕见病如 moderna 公司用于治疗甲基丙二酸血症mma的 mrna-3704 和治疗丙酸血症propionic acidemiapa的 mrna-3927 等

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研发生产关键技术在于化学修饰与递送系统

mrna 疫苗的研发环节包括抗原的选择基因测序选定编码目标抗原 的基因序列并进行优化修饰核苷酸的筛选递送体系的优化免疫效果 评价安全性评估等

mrna 疫苗的生产流程包括1mrna 的合成修饰递送2在中试 车间中进行疫苗生产纯化制剂检测等3在 gmp 生产车间中进行 放大生产开发难点和关键技术点在于合成修提高 mrna 分子的稳定性防降解和递送系统提高进入人体细胞的效率使得产生抗原刺激人体 产生免疫反应mrna 疫苗的工艺优势在于研发生产速度快因为 mrna 疫苗的研发过程较为类似所以在研发过程中可进行高通量筛选从而提高研发速度此外 mrna 疫苗的生产工艺可直接放大成药快而 传统疫苗生产过程中每个蛋白表达都存在差异性需要筛选优化

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专利布局重点布局递送和修饰新冠 mrna疫苗专利关系复杂

自 2014 年开始mrna 疫苗的专利申请数量快速增加其中适应症为传 染病和癌症的相关专利申请数量增加较为突出而自 2017 年开始适应 症为传染病的专利申请数量超过了癌症可能与 mersebola 和新冠疫 情的暴发有关总体来看目前专利重点布局递送系统和化学修饰领域modernacurevacbiontech 和 gsk 共同拥有近一半的 mrna 疫苗专 利申请

新冠 mrna 疫苗的专利保护与许可交易关系错综复杂相比于长度较小 的小核酸mrna 的长度较长同时还具备复杂的二级结构因此 mrna 对与递送系统有着更高的要求所以我们需要重点关注递送系统以及其专 利问题以新冠 mrna 疫苗的递送系统为例biontech 不得不将其原有 的 lpx 递送系统更换为 lnp而 moderna 则冒着被诉讼的风险直接启用 了专利属于 arbutus 公司的 lnp 递送系统事实上目前 lnp 递送系统 几乎都可以追溯到同一 ip 来源

mrna 分子修饰的关键专利壁垒较高2005 年katalin 和 drew 等人发现用假尿苷去替换 mrna 中的尿苷不但能够让合成的 mrna免受免疫 系统的攻击而且显著增强了 mrna 表达蛋白的能力这一突破性的发现 结果发表在 immunity 杂志上解决了 mrna 临床应用的最大难题从此 揭开了 mrna 临床应用的序幕目前mrna 分子修饰的专利壁垒较高专利的源头 katalindrew 以及美国宾夕法尼亚大学独家授权给 mrna ribo therapeautics该公司随后将专利二次授权给 cellscript

随后cellscript 又将专利二次授权给 moderna 和 biontechmoderna 与 biontech 的新冠 mrna 疫苗使用 n1-methylpseudouridine (1mψ)取代尿 苷(u)进行核苷修饰显著降低了 mrna 的先天免疫应答相比之下作 为 mrna 三巨头之一的 curevac 或许因为在 mrna 分子修饰方面存在专利问题所以采用了未经修饰的尿苷通过序列优化和选择非翻译区 utrs来增强 mrna 的翻译因此导致免疫原性较高剂量较小效 果较差

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lnp 递送技术原本用于递送 rnai 药物arbutus 是 lnp 递送技术的开山 鼻祖是一家专注于乙肝的小型生物制药公司发明 lnp 递送技术的目的 主要是用于递送乙肝 rnai 药物该公司在取得专利后将 lnp 递送技术授 权给 alnylamalnylam 利用 lnp 递送技术成功上市了第一个治疗 attr 的 rnai 药物然而alnylam 后来开发了带有葡萄糖乙酰胺靶向配体靶向肝脏的 rnai 技术该技术安全性更好给药周期更长更方便随 后arrowhead 公司马上跟进该技术研发了首个治愈乙肝潜力的 rnai 药物并授权给强生开发此时乙肝 rnai 药物的递送技术已经从 lnp 转到靶向配体arbutus 的乙肝 rnai 药物的开发进度已经有所落后但后 来lnp 递送技术被多家开发 mrna 的公司所青睐modernacurevacbiontech 等他们通过间接授权获得 lnp 递送技术但目前产 生了一定的专利纠纷

lnp 递送技术壁垒高专利问题尚存纠纷arbutus 将 lnp 递送技术专 利号us8058069部分转移给加拿大公司 acuitas并规定 acuitas 只 在antisense基因治疗两个领域拥有 lnp 技术的使用和二次授 权权利2016 年acuitas 却违规地将 lnp 全部 技术二次授权给 moderna 以及 curevac但 arbutus 并不认可此次的二次授权并向法院提 起诉讼根据法院判决moderna 只被允许在 4 种病毒疫苗的研发上继续应用 arbutus 的 lnp 递送系统其余的应用授权都无效

2017 年arbutus 终止了 acuitas 继续使用和二次授权 lnp 递送技术的权益2018 年arbutus 与 riovant 公司共同成立了 genevant并将 lnp 递送技术的 权益转移给 genevantgenevant 拥有 lnp 递送系统专利包括纳米颗 粒制备专利和阳离子脂质mc3专利其中 mc3 专利预计 2030 年到期biontech 从 genevant 得到 arbutus 的专利授权使用 arbutus 的 lnp 递送系统是因为已经有使用该技术的药物被 fda 审批通过递送系统的安全性有保证并能够加速审批时间此外moderna 从 2018 年开始挑战 arbutus 的 lnp 专利包括当年授权给 acuitas 的 us8058069但是该专 利挑战失败

此外moderna 也开始自主研发 lnp 递送技术但 arbutus不依靠 arbutus 专利的情况下开发出有效的脂质体递送技术目前moderna 之前获得授权的 4个产品仍然保留了 lnp 递送技术的使用权其他授权目前已终止moderna 新冠疫苗 mrna-1273 采用自研的 lnp 递 送系统biontech 目前共有三种递送系统genevant 授权的 lnp自研 的 rna-lpx自研的多聚体 纳米粒其中新冠疫苗 bnt162 采用 genevant 授权的 lnpcurevac 目前的 lnp 专利情况不清晰或需要向 genevant 申请 lnp 技术适用权限报告来源未来智库

现存挑战重点关注 mrna疫苗的安全性有效性与稳定性

mrna 疫苗或药物创新程度较高应重点关注 mrna 疫苗的安全性有 效性与稳定性

1安全性mrna 疫苗成分复杂生产及制剂工艺难度高所以对安全 性有较高的要求安全性风险主要来自于 mrna 和递送系统两个方面应 重点关注与脂质相关的毒性问题阳性聚合物材料自身的毒性或安全 性制剂及贮存期间产生的降解产物以及各类杂质累积的安全性风险等

2有效性mrna 疫苗的有效性主要由递送效率翻译效率以及免疫原 性等因素决定

3稳定性mrna 稳定性较弱在人体内极易被酶降解半衰期仅有 7 小时此外作为递送系统的脂质也应保证一定的稳定性从而保证高效 稳定的递送效率

从 mrna疫苗的研发生产流程来看应重点关注下列问题

1序列选择应重点关注目标抗原的选择序列的优化核苷酸的化学 修饰表达效率免疫原性二级结构稳定性等

2mrna应重点关注 mrna 的修饰比例加帽/尾效率去磷酸化程度mrna 降解片段mrna 的完整性及序列的准确性dsrnamrna 含 量等

3递送系统应重点关注递送系统的组成成分配比来源生产工艺质量控制稳定性杂质以脂质纳米颗粒为例应重点关注电荷粒径 分布ph 值纳米颗粒对 mrna 的包封率包封后 mrna 的完整性功能性及含量mrna 释放效率等问题电荷会影响纳米粒的稳定性入胞 效率内体逃逸及不良反应等ph 值会影响递送材料与 mrna 复合的效 率

4杂质应重点关注聚正电荷材料相关杂质包括材料合成产生的杂质 及 mrna 复合过程中可能产生的杂质不饱和脂质的氧化及相关降解产物 纳米颗粒聚集产生的颗粒物也是潜在杂质未组装的脂质分子阳离子物 质游离 mrna其中未组装的脂质分子会影响 lnp 的稳定性游离 mrna 易降解同时也可能引起非特异免疫刺激影响产品的安全有效性

5生产工艺及质量研究工艺临床样品制备工艺应具备一定规模生产 连续性和放大可行性 mrna 原液生产工艺应关注 mrna 序列完整性加帽率去磷酸化polya 尾长度纯度mrna 序列生物活性表达工 艺相关杂质的去除产品相关杂质残留等纳米颗粒生产工艺应关注现有 制剂规模放大能力耗材使用次数gmp 符合情况等纳米颗粒质量研 究应关注包封率粒径分布纳米粒的稳定性纯度不完整 lnp纳米 颗粒各成分含量工艺相关杂质的去除免疫原性等

3 mrna 疫苗技术难点

序列选择正确的序列选择是成功的一半

正确选择病毒的抗原序列非常重要宿主可根据 mrna 携带的编码信息来 合成任何蛋白质所以 mrna 疫苗在选择抗原方面异常灵活但在选择特 定病毒的正确抗原时必须非常谨慎要保证疫苗包含 rna 所编码的蛋白 既安全又有效由于不同的蛋白质是由不同的 rna 序列编码因此找到 最佳蛋白质抗原是确定 mrna 疫苗研发方向的关键严重急性呼吸综合征 sars和中东呼吸综合征mers暴发多年后仍未研发出疫苗的原 因之一就是尚未就哪种抗原既安全又有效达成广泛共识

mrna 序列的优化也十分重要moderna 等公司与 amazon 等合作解决 序列优化的问题斯微生物通过与全球公司合作并借助ai 云计算技术开发独特算法技术proprietary以实验数据矫正数字模型并改善预测 和序列设计的准确性和效率与传动的序列优化平台相比该技术可以把 mrna 的表达效率提高 3-4 倍并降低 mrna 的降解比例

化学修饰多种方法可调节 mrna稳定性翻译效率及免疫原性

mrna 的结构组成含有几个必要的元件依次包括帽子结构cap5 utr 区编码抗原蛋白的开放阅读框orf3utr 区和 polya尾结构通过对 mrna 的元件进行设计可以提高 mrna 的稳定性和翻 译效率除了不稳定性和翻译效率外mrna 的另一个缺点是免疫原性过 高目前的策略是在 mrna 分子中掺入化学修饰过的核苷酸可显著提高 其翻译效率延长其半衰期同时达到降低其免疫原性的目的

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cap 结构

cap 结构与 mrna 的稳定性和免疫原性密切相关还会影响 mrna 的翻 译效率主要功能有1作为翻译起始的必要结构为核糖体对 mrna 的识别提供了信号2增加 mrna 的稳定性保护 mrna 免遭 5→3 核酸外切酶的降解3作为自身识别信号避免激活 rig-i 及 ifit 而导致 的免疫抑制通过引入抗-反转帽子类似物arca可以提高 mrna 的 翻译效率此外在 arca 基础上修饰 cap 结构还可以提高 mrna 的 稳定性

5utr 区

5utr 区的结构特征是影响 mrna 翻译效率的主要因素之一在真核细胞 中翻译开始前 mrna 需要招募核糖体亚基结合到其 5ʹm7g cap 上但 起始密码子又常常在 5ʹm7g cap 下游较远的地方所以核糖体亚基需要经 过 5ʹutr 到达起始密码子 aug 处,从而开始翻译因此, 5ʹutr 的长度和 结构对翻译的起始具有重要影响此外紧密的二级结构会阻止核糖体的 结合, 所以在设计 mrna 时, 5ʹutr 不能太长或太紧密

在设计 mrna 时,应该避免在 5ʹutr 区域引入上游开放阅读框序列和起始 密码子 aug上游开放阅读框序列是存在 5ʹutr 的一段包含起始密码子 和终止密码子的连续碱基序列它可能会抑制 orf 区基因的表达也可 能导致 mrna 的降解因此对蛋白表达具有负面影响最后,在 5ʹutr 区 域引入强的 kozak 序列可以加强起始密码子的识别,让 mrna 更容易被翻 译避免避免错误启动在哺乳动物中 kozak 序列是 gccrccaugg其中 r 代表嘌呤

开放阅读框orf

在 mrna 的开放阅读框orf将常用的密码子去替换不常用的密码 子即密码子优化这一过程可以提高 mrna 的稳定性和翻译效率在开 放阅读框orf每相邻的 3 个核苷酸组成密码子在翻译时代表某 一种氨基酸密码子的组成对 mrna 的翻译效率和稳定性都有显著影响同义密码子是指序列不同但是对应相同氨基酸的密码子,而不同生物常用的 密码子组成都不相同故将 mrna 注射到人体内, 原宿主的 mrna 包含的 密码子虽然对应相同的氨基酸但是并不常用导致 mrna 进入人体后不 稳定并且翻译效率低所以需要进行密码子优化此外通过增加嘌呤和 胞嘧啶gc含量也有一定正面效果

3utr 区

3utr 区是 mrna 不稳定因素的集中区域其中 au富集序列aresauuua 重复序列和 gu 富集序列gres是 3'utr 引起 mrna 不稳定 的最常见因素因此在合成的 mrna 中应避免这些序列3ʹutr 内的 au 富集序列ares是激活 mrna 快速衰变的顺式作用序列, ares 上 的 auuua 重复序列数量和位臵对 polya尾的缩短和 rna 降解有关键 的影响而该区域上的另一 gu 富集序列gres, 在哺乳动物细胞中能 与 celf1 蛋白结合从而加快 mrna 的衰变此外通过引入稳定元件可以显著提高 mrna 的稳定性延长其半衰期例如biontech 公司专 利中使用了 2 个β球蛋白β-globin串联的 3'utr这大大地增强了 mrna 的稳定性此外人类α和β球蛋白的 3'utr 可增强 mrna 的稳 定性和翻译效率头尾排列的人类 2 个β-球蛋白的 3'utr 可增加 mrna 的稳定性

polya

polya尾是影响 mrna 翻译效率和稳定性的重要因素在翻译效率方 面polya尾和 5ʹ帽的协同作用可以增加翻译效率在稳定性方面polya尾的去除是大多数真核 mrna 降解的第一步和限速步骤且 polya尾的存在可以抑制 mrna 的降解和脱帽polya尾的重要 作用决定了实验中对 mrna 进行加尾处理的必要性在体外为 mrna 加 尾有两种方式第一种是先进行体外转录再通过酶促多聚腺苷酸化将 polya尾加到 mrna 上第二种是将 polya尾序列加在模板上直接通过体外转录合成带 polya尾的 mrna通过酶促反应进行加尾时需要注意 polya尾后若有其他碱基可能会影响其功效因此应避 免在体系中混入其他核苷酸与此同时最好将 polya尾的长度保持 在最佳的 100 至 120 个核苷酸例如在 biontech 公司公开的专利中长度为 120 个核苷酸的 polya尾有最高的稳定性和翻译效率但由于 酶促反应进行加尾受到温度酶质量等反应条件的影响较大导致 poly a尾长度无法保证完全一致故在大多临床试验中只能保证加尾长度 最少为多少如果需要保证精准的 polya尾长度则需采用第二种方法

核苷酸类似物

通过使用核苷酸类似物可以提高 mrna 的稳定性降低免疫原性并且增加 翻译效率假尿苷ψ5-甲基胞苷m5cn6-甲基腺苷m6a5-甲基尿苷m5u和 2-硫尿苷s2u其中尿嘧啶类似物在核苷酸 修饰中较为常见

递送系统递送方法多元lnps 最为常用

三大难点是胞外屏障内体逃逸与胞内免疫

目前mrna 疫苗发展受限的一大原因是递送系统如何特异性地将 mrna 递送进入靶细胞需要解决三大难点胞外屏障内体逃逸与胞内免 疫mrna 疫苗只有经过这三重考验后才到达细胞内靶部位最终发挥功 能

1胞外屏障第一个胞外屏障是 mrna 分子在全身给药时易受胞外血清 中 rna 水解酶rnase的降解因此需要在递送 mrna 时要将其包裹 在密封载体内而避免被酶水解从而保证 mrna 可以顺利到达靶细胞第 二个胞外屏障是单核吞噬系统mps可以识别并消除外来的纳米颗粒 nps而参与吞噬过程的主要有肝和脾中的巨噬细胞这就导致 nps 在这两种组织中聚集使得 mrna 在其他组织中的转染变得困难

2内体逃逸当到达靶细胞时携带 mrna 的载体通过内吞的方式进入 细胞质这也是最常见的载体进入细胞内的方式内体逃逸是指 mrna 需 要从内体小泡中释放出来进而跟宿主细胞核糖体结合被翻译成抗原蛋白抗原蛋白经过修饰后被分泌出细胞从而发挥作用在内体小泡中mrna 能够被 toll 样受体toll-like receptorstlrs检测到并被送去降解因 此内体逃逸对于 mrna 到达核糖体至关重要

3胞内免疫当外来 mrna 被递送到细胞质中时能够被 tlr3 和 tlr7/8 识别或者通过激活细胞质中的维甲酸诱导基因 i 样受体rig-ilike receptorsrlrs从而激活天然免疫系统同时外来的 mrna 还 可以通过激活 tlrs 诱导干扰素ifn-α和 ifn-β等 i 型干扰素等促炎 细胞因子的表达所以合成的 mrna 疫苗可以通过激活不同的细胞因子 来促进 mrna 免疫后的细胞或者体液反应从而作为良好的自佐剂但是 胞内免疫也会限制 mrna 发挥作用tlr 家族中的模式识别受体 pattern recognition receptorsprrsrlrs 和 nod 样受体nodlike receptorsnlrs能够特异性检测双链 mrnassrna或者单链 mrnadsrna并且能够在它们转化为有治疗作用的蛋白质之前使其 降解

递送方法较为多元脂质体优势突出

递送 mrna 疫苗的手段有物理方法病毒载体方法和非病毒载体方法1物理方法电穿孔和基因枪是物理手段递送 mrna 的经典方法但是临床 实验证明物理方法通常对细胞有害不适合在体内应用2病毒载体方法 虽然慢病毒腺相关病毒与仙台病毒等载体可以进行核酸递送但由于存 在安全性稳定性以及有效性等诸多方面的问题病毒载体方法应用也受 到一定限制3非病毒载体方法非病毒载体主要包括脂质体树状大分 子无机纳米粒子阳离子细胞穿膜肽等

脂质体已成为目前递送 mrna 最有效的非病毒载体用于递送 mrna 疫 苗的脂质载体主要分为以下几种脂质体复合物lp脂质体聚合物 lpr脂质体纳米粒lnp阳离子纳米乳cne脂质体及其衍生物成为近年来备受关注的 mrna 疫苗的新型递送系统

优点有

1脂质体作为球形囊泡可将 mrna 包裹在内包封率较高保 护 mrna 免受酶降解

2脂质体类似于细胞膜易与受体细胞融合递 送效率高

3脂质体可递送不同大小片段的 mrna

4脂质体作为递送 载体不受宿主限制

缺点有

1不稳定易水解

2在水解过程中易受 ph 值温度表面电荷类脂组成等影响

3易发生自动氧化导致膜 的流动性降低药物渗流聚集沉淀后产生毒性

4此外纳米脂质体易 渗漏渗漏的原因与脂质体粒径所载药物性质和生物学稳定如血清成 分mps 的吞噬作用有关这在很大程度上限制其作为药物载体的应用

 5由于疫苗与载脂蛋白 e 的结合和被受体介导的肝细胞摄取全身递送 的 mrna-lnp 复合物主要靶向肝脏和脾脏

脂质纳米粒lnps是最为常用的递送系统

脂质纳米粒lipid nano particleslnps是最先进和主流的 mrna 递送 系统最初在 sirna 的递送中被证明是安全有效的lnps 通常由可电离 的阳离子脂质聚乙二醇peg胆固醇和磷脂四种成分组成其中可 电离的阳离子脂质具有较高的专利壁垒除了保护 mrna 外lnps 还可 以促进细胞摄取提高内体逃逸保护 mrna 分子不被 tlrs 识别避免先天免疫系统的过度激活的作用具体成分及功能是

1可电离的阳离子 脂质可以结合带负电 mrna增强内体逃逸在生产原液时将 mrna 与可电离阳离子脂质在特定的 ph 环境下混合在一起带负电的 mrna 会 与阳离子脂质产生静电吸引从而融合在一起

2与脂质相连的聚乙二醇 peg及其衍生物可以增加制剂的半衰期减少聚集和非特异性摄取peg 的含量可能会影响细胞吸收

3胆固醇有利于确保 lnps 的双层结 构和脂质的流动性

4天然的磷脂具有稳定 lnps 双层结构的作用因为 脂质体的双层结构并不稳定

lnps 的递送机制主要是通过阳离子脂质体与带负电荷的 mrna 结合形 成粒径小于 200nm 的复合物然后通过内吞的方式进入细胞在体外实验 中多种商业的转染试剂表现出良好的转染效果但大多数商业试剂在体 内递送效果不佳且具有肝损伤等毒性以及载体免疫原性等缺点而不能 用于人体商业试剂体内活性丧失的一个根本原因在于阳离子脂质体 mrna 复合物带有正电荷的特性这种带正电荷的复合物在全身循环时能被带负电荷的血清蛋白包裹使其被单核巨噬细胞清除此外lnps 还存在过敏反应易氧化降解制备重现率差等问题以 lnp 为载体制备 的 mrna 制剂会在肝脏及脾脏聚集难以靶向其他部位

由于 lnps 技术目前仍存在以上的缺点因此应用受到一定限制行业也 正在探索脂质复合物多聚体等新型递送载体未来载体技术仍有巨大提 升空间例如biontech 还开发了脂质体运载lipoplexeslpx技术 和聚合物运载技术polyplexes其中lpx 技术可很好地稳定 rna且制剂自身应有免疫佐剂的作用该公司重要的产品均利用 lpx 平台实现 递送国内斯微生物开发的 lpp 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与传统的 lnp 相比lpp 的双层纳 米粒具有更好的包载保护 mrna 的效果并能随聚合物的降解逐步释放 mrna 分子

新冠 mrna疫苗均采用 lnp 递送系统成分配方有所不同

目前所有的新冠 mrna 疫苗都以相同的 sars-cov-2 抗原为靶点并包 含编码全长跨膜锚定 s 蛋白的 mrna三种新冠 mrna 疫苗都采用了 lnp 递送系统其中 curevac 处方中具体脂质成分未知biontech 和 moderna 的新冠 mrna 疫苗使用的可电离脂质分别为 alc-0315 和 sm102其所用的 peg 脂质分别为 alc-0159 和 peg2000-dmg二者共同 的辅助脂质为 dspc胆固醇以上三种 mrna-lnps 的各脂质摩尔比为 可电离脂质磷脂胆固醇peg-脂质=50:10:38.5:1.5mrna-脂质的 质量比为 0.05此外由于脂质尾部引入酯键alc-0315 和 sm-102 的 生物可降解性较好研究表明在递送 mrna 时sm-102 脂质的效果优于 onpattro 的 mc3 lnps原因在于 sm-102 有更好的耐受性和更高的内吞 体逃逸效率由此可见脂质结构和组成的差异可能对 mrna 的递送效率 等造成巨大的影响peg 脂质可提高 lnp 在制备和储存中的稳定性而这些 peg 脂质一般含有短酰基链有助于 peg 脂质在注射后迅速从 lnps 中分离促进 lnps 与细胞的相互作用目前新冠 mrna 疫苗需 要严格的储存条件限制了它们在冷库稀缺或不可用的地方的销售未来冻干或其他药物处理方法可能有助于解决这一问题甚至可以实现鼻腔口腔或呼吸道给药

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生产工艺瓶颈在于原材料与规模化生产

mrna 的生产主要包括上游合成和下游纯化相比起传统疫苗mrna 疫 苗的优势之一就是相对简单的生产过程目前暂无完善的 mrna 疫苗生 产制造平台mrna 的制造主要分为上游 mrna 的酶促反应合成和下游 mrna 产物的纯化随后是 lnp 的包封最后一步是制剂的灌装

上游合成体外转录酶促反应in vitro transcription enzymatic reaction, ivt是以 dna 为模版并依赖 rna 聚合酶催化生成目标 mrna 的过程dna 模版需要提前制备通常使用纯化的质粒进行线性化或者使用 pcr 技术扩增目标片段除了线性 dna 模版外ivt 成分还需要包含 rna 聚 合酶ntps 底物聚合酶辅因子或 mgcl2 以及 ph 缓冲液与复杂且耗 时的传统疫苗生产过程相比ivt 酶促反应过程仅需几个小时即可完成由于生产时间的大大缩减相应生产过程中的污染风险也被降低一般来 说该反应的每毫升可以收获毫克级别的 mrna

mrna 的加帽分为一步法和两步法一步法是指在 ivt 酶促反应过程中用帽子类似代替物 gtp 底物进行加帽加帽效率约为 60-80%两步法是 指在 ivt 酶促反应生成 mrna 后利用 vcc 和甲基供体作为底物再对 mrna 进行加帽加帽效率约为 100%两步法的加帽效率更高但一步 法由于不涉及第二步的酶促反应因此速度更快

下游纯化mrna 在由 ivt 生产出来之后需要进行纯化来去除杂质从而达到临床纯净的标准生产出来的产品中不仅包含目标 mrna还包含 有很多杂质残留的 ntp 和 dna 模板以及在 ivt 过程中形成的 异常 mrna因此需要进一步纯化在纯化阶段所使用的几种方法都有一 定缺陷如不能有效去除 rna 片段或 dsdna 等杂质的去除非常重要因为杂质会降低翻译效率以及改变免疫原性等目前常见的纯化的方法有 sec size exclusion chromatographyipc ion pair reverse-phase chromatographyiec ion exchange chromatography

连续生产工艺是未来的发展方向目前ivt mrna 的生产方法存在一定 缺陷因此需要被进一步改善以适应广泛商业化的需求由于连续生产工 艺在降低成本方面具备独特优势因此我们认为连续生产工艺是未来 mrna 生产方法的主要发展方向连续生产工艺目前已经被广泛用于化学 与制药工业这种方法不仅能按需生产而且灵活性和成本效益更高此 外连续生产的过程还可以减少生产过程的操作时间进一步利用自动化和生产分析技术从而提高产率和产品质量

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原材料的可及性受限以及成本高昂ivt 反应的特殊成分必须从经认证的 供应商处购买来确保原材料均不含动物成分且符合 gmp 等级因此原 材料可及性受到一定限制此外在生产过程中所大量使用的原材会极大 地增加生产成本如帽子 cap 类似物等

规模化生产存在难度mrna 与脂质的混合是 mrna 疫苗生产工艺的难 点由于此前缺乏大规模生产经验因此原料供应和生产工艺的摸索与优 化均是目前限制全球 mrna 疫苗产量的主要原因之一moderna 与 biontech 作为两家生物技术公司除依靠自身能力进行研发生产外moderna 还与 lonza 合作进行 mrna 片段与 lnp 的装配与 catalentbaxter美国recipharmrovi除美国外全球合作进行下游分包 装biontech 则与辉瑞合作进行 mrna 疫苗生产

以辉瑞的 mrna 疫苗为例该疫苗技术复杂程度高生产过程需要多种 原料以辉瑞/biontech 的新冠 mrna 疫苗bnt162b2为例该疫苗 的生产制备环节主要有 4 大步骤依次为dna 原液的制备mrna 原液 的制备脂质体的包封灌装检验辉瑞公司的发言人莎伦〃卡斯蒂略 sharon castillo表示该公司的疫苗需要来自 19 个国家/地区的 86 个 供应商的 280 种成分还需要高度专业的设备和人员以及尊龙凯时app的合作伙伴与全 球供应和制造网络之间复杂而耗时的技术转让此外该疫苗递送系统所 采用的脂质纳米颗粒lnp在全球的供应商数量较少生产制造过程较 为复杂需要耗费几个月的时间完成十几个步骤才能获得所以扩大生产 规模的能力有限脂质纳米颗粒供应商 polymun 公司公司 ceo 称公司 使用的技术十分复杂很难找到合格的员工来处理它同时也很难培训具 有相关专业知识的人报告来源未来智库

3 海外 mrna 三巨头布局多年国内后起之秀百花齐放

目前全球范围内布局 mrna 疫苗的三巨头分别是 biontechmoderna 以及 curevac国内布局该领域的主要有艾博生物斯微生物珠海丽凡 达深信生物蓝鹊生物瑞吉生物厚存纳米美诺恒康嘉晨西海海昶生物天境生物等企业

mrna 作为疫苗可以被广泛应用于1传染病领域目前开发的传染 病 mrna 疫苗主要针对流感呼吸道合胞病毒hiv 等2抗肿瘤领域moderna 的针对实体瘤的 mrna-4157 与 biontech 的针对转移性黑 色素瘤的 bnt1223蛋白替代疗法领域如 moderna 公司用于治疗甲 基丙二酸血症mma的 mrna-3704 和治疗丙酸血症propionic acidemiapa的 mrna-3927 等

国内临床进度以 i 期为主多为新冠 mrna 疫苗目前国内 mrna 疫 苗研发整体进展偏早期处于临床一期的共有 9 个处于临床 i/ii 期的共 有 2 个处于临床 ii期的共有 2 个处于临床 iii期的共有 2 个处于临床 iv 期的共有 1 个大部分都是针对新冠病毒开发的 mrna 疫苗

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biontech

2008 年biontech 成立于德国公司未来发展战略为全球领先的癌症个 性化医疗生物技术公司biontech 与赛诺菲基因泰克辉瑞等公司保持 长期合作共同开发传染病与肿瘤 mrna 疫苗

公司拥有独特的四大技术平台四大技术平台分别为mrna 疗法平台细胞和基因治疗平台蛋白质疗法平台和小分子治疗平台涵盖肿瘤传 染病和罕见疾病等领域同时公司与辉瑞赛诺菲基因泰克等知名大 型药企以及新兴等生物科技公司保持密切合作关系

在研管线重点布局肿瘤领域相比于其他公司biontech 在肿瘤领域布局 的管线较为丰富适应症包括头颈鳞癌黑色素瘤前列腺癌等除此以 外公司也布局传染性疾病领域同样具备丰富在研管线

moderna

moderna 成立于 2010 年致力于开发以 mrna 技术为基础的创新疗法2018 年 12 月moderna 在纳斯达克上市以每股 23 美元的价格募资超 6 亿美元创造生物技术公司 ipo 募资新纪录

公司研发实力雄厚目前公司拥有世界领先且自助完整的 mrna 研发生 产平台包括 mrna 的改造lnp 递送系统和生产平台此外moderna 还与包括默沙东阿斯利康vertex 在内的众多制药大企达成战略合作伙 伴关系以加强推进自身 mrna 技术在各疾病领域的研究布局

在研管线丰富moderna 在 mrna 领域的研发实力雄厚在研管线丰富目前有 24 条管线同时推进其中 12 个步入临床阶段重点布局传染病肿瘤罕见病以及心血管疾病等领域

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curevac

2000 年curevac 成立于德国是 mrna 药物技术领先的生物技术公司公司拥有 20 年的专业经验专注于癌症疗法抗体疗法罕见病治疗和 预防疫苗的开发curevac 的尊龙凯时app的合作伙伴有勃林格殷格翰礼来等crispr therapeutics梅琳达〃盖茨基金会cepi等

递送系统具备独特优势curevac 在递送系统方面具备独特优势公司通 过和 arbutus 合作引入了 lnp 技术此外公司也在不断加快自有 lnp 技术的研发进度除此之外公司还拥有基于聚合物的递送系统采用专 有 peg 化聚合物系统 curevac 载体分子cvcm可以将治疗性候选药 物递送至眼和肺等器官curevac 的 mrna 技术平台拥有十足的潜力

具备差异化的在研管线相比于 moderna 和 biontech 的在研管线curevac 的在研管线并不算丰富但具备一定差异化目前公司已经覆盖 肿瘤传染性疾病等领域正在开发布局眼科呼吸道疾病以及罕见病的 蛋白替代疗法等领域

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十四五医药工业规划出台mrna 疫苗供应链自主可控

十四五医药工业规划出台提升 mrna 及其供应链能力十四五 医药工业发展规划明确指出1新型疫苗研发和产业化能力建设紧跟疫 苗技术发展趋势基于应对新发突发传染病需求支持建设新型病毒载 体疫苗脱氧核糖核酸dna疫苗信使核糖核酸mrna疫苗疫 苗新佐剂和新型递送系统等技术平台推动相关产品的开发和产业化2提高疫苗供应链保障水平支持疫苗企业和重要原辅料耗材生产设备包装材料企业协作提高各类产品质量技术水平因此我们看好未来 5- 10 年内 mrna 及上游供应链的投资机会

商业化生产放量在即看好 mrna 上游供应链mrna 上游原材料主要 包括 dna 质粒脂质以及分离纯化材料等随着国产 mrna 疫苗研 发进度的不断推进如艾博生物与沃森生物合作的 mrna 疫苗已经进入临 床 3 期阶段若研发进展顺利我们预计不久后将进入商业化生产阶段对上游供应链的需求将大幅增加因此我们看好 mrna 疫苗及其上游供应 链的投资机会。

我会在 公众号:海涵财经 每天更新最新的医疗新基建、一体化压铸、 汽车智能化,激光雷达,hud,车规芯片,空气悬挂、l3级智能驾驶、pet铜箔,纳电池,800v高压,光伏hjt、topcon、钙钛矿、光伏xbc、bipv、igbt芯片、碳化硅sic、ctp/ctc/ctb电池、4680电池、工业母机、海风柔直高压、新能源车高压快充、高镍三元、碳纤维、pet铝箔、pet铜箔、空气源热泵、新材料、中药创新药、中药配方颗粒、乡村振兴、锂矿、钒液流电池、钠离子电池、分布式储能、集中式储能、抗原检测等最新题材热点挖掘,未来属于高预期差的结构性市场,把握核心赛道以及个股的内在价值逻辑预期差才是根本所在。


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