RNA疫苗是如何工作的？

丹丘生

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你可能已经知道DNA 。DNA存在于每个生物细胞的细胞核中，受到核膜的保护。我们的全套遗传密码就以4个碱基“字母”两两配对的形式，“写”在DNA这本“密码书”上。这4个碱基是A、C、G和T 。基因则是DNA上的片段，或者说是这本“密码书”上的一个个段落或章节。它们包含的指令“描画”了你身体的蓝图，使你成为独一无二的你。
但是，基因的指令必须传送到细胞质中的“蛋白质工厂”——核糖体中，才能组装出蛋白。说起蛋白，你可能立刻会想到肌肉。这幺说，是为了给我们一身肌肉吗？不完全是。因为蛋白的作用要比你想像的广泛得多。细胞需要依靠蛋白来完成身体运作所需的许多过程，比如许多新陈代谢反应（即把食物转化成能量的反应）都需要酶的催化，而酶就是一种蛋白。
DNA本身是不会走出细胞核的。它也不会直接给核糖体打电话。那幺，如何把它的指令告诉核糖体呢？对了，这需要通过信使RNA（简称mRNA）来传递。
信使RNA，一听名字就知道它起的是信使的作用。没错。DNA把一些“章节”的信息转录到mRNA上，mRNA再把信息送到“蛋白质工厂” 。一旦mRNA到达目的地，细胞就可以根据这些指令生产特定的蛋白。这就是mRNA的日常工作。

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核糖体是蛋白质的加工工厂

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生物体的每个细胞，都有相同的DNA 。DNA只有一种，但RNA有很多种类，根据功能划分：如搬运氨基酸将其送到核糖体的转运RNA（tRNA）和组成核糖体的核糖体RNA（rRNA）。信使RNA（mRNA）只是其中最常见的一种。DNA并不是所有生物都有的，而RNA却是所有生物都有的，像很多病毒，包括新冠病毒，里面的遗传物质只有RNA，没有DNA 。有些科学家猜测，RNA可能比DNA还古老，最早的生命可能只有RNA，没有DNA 。
生物体的每个细胞，从肺细胞到肌肉细胞、神经细胞等，都有相同的DNA 。可以说，DNA是一种稳定的、普遍的存在。即使生物体死了，在合适的环境下DNA也可以保存数万年之久。但mRNA却只会根据需要才产生。它是一种动态的存在：身体在什幺时候、什幺地方需要什幺蛋白，那幺，在那个时候那个地方就产生携带制造那个蛋白指令的mRNA 。
这样，mRNA为细胞提供了一种控制蛋白质生产的办法。mRNA就好比给“蛋白质工厂”的订单，什幺时候开工，什幺时候停工，生产什幺样的产品，数量多少，都由它来定。因为没必要非得让每个细胞一下子就生产出你整个基因组指令中所有的蛋白质嘛。
不像DNA可以保存数万年，mRNA就像一条读后即删的短消息，会定时自动销毁，短则几分钟，长不超过几小时。mRNA结构中的一些特点——碱基U和单链形式——确保它只有很短的寿命。一旦mRNA指令销毁，“蛋白质工厂”就停工，直到收到新的指令。在我们的细胞中，由于多种RNA同时存在，为了区分，前面一般要加个小字母。但在病毒体内，只有一种RNA，起的是我们细胞中的DNA兼mRNA的作用，所以我们后面文章中说到病毒的RNA，就是指mRNA 。
在谍战片中，敌人经常会冒充自己人混进我们的队伍，并发布错误的指示，给我们造成破坏。造化真是奇妙，这一幕也在小小的细胞中上演着。敌人（主要是病毒）的mRNA通过伪装，也会冒充“自己人”向“蛋白质工厂”发布错误的指示，为其制造外来蛋白。
不过，魔高一尺，道高一丈。细胞中有一种核糖核酸酶，可以识别mRNA上这些被偷偷插进去的外来RNA，并将其清除，保护细胞免受错误指令的影响。在这个过程中，核糖核酸酶就认识并记住了这些外来的入侵者。
但这套安全机制也并非无懈可击，否则也就不会有病毒的肆虐了。病毒可以通过各种办法，逃避被识别。
不管怎幺说，这场识别与清除的较量，引起疫苗开发者的极大兴趣。接种疫苗的目标是让你的免疫系统对病原体或病原体的某一部分产生反应和记忆，这样，当真正的病原体入侵时，你的免疫系统就能及时识别出来，快速投入战斗。
目前疫苗开发的路径有两种，一种是传统的减毒或灭活疫苗，一种是RNA疫苗。
传统的减毒或灭活疫苗采用的策略是让我们的免疫系统熟悉整个病原体。为此目的，研究人员先在体外通过多代培养病毒，然后挑出毒性已经减轻（减毒）或者丧失繁殖能力（灭活）的病毒，然后注射到人体内，让我们的身体对该病毒产生抗体。
而RNA疫苗采取的是另一种策略，即仅让我们的免疫系统熟悉病原体的某一部分——关键的而且是不易发生变异的部分。以新冠病毒为例。新冠病毒要入侵人体细胞，需要先抛锚登陆人体细胞，就像海盗要入侵一个国家，需要先找个港口抛锚。新冠病毒的“锚”是其表面一个个棘突蛋白。只要我们的免疫系统能识别新冠病毒表面的棘突蛋白，并攻击它，病毒就无从立足。
【RNA疫苗是如何工作的？】打个比方。为了教刚出生的小羊怎幺去识别狼，传统疫苗的办法是，羊妈妈把小羊领到一头病狼或死狼跟前，说：“孩子，狼是长这个样子的。以后遇到长这样子的动物，一定要躲避。”RNA疫苗的办法是，羊妈妈拿死狼爪子的趾节给小羊看，并说：“孩子，以后凡是遇到有这个爪子的动物，一定要躲避。”
为了让我们的免疫系统事先“认识”棘突蛋白，研究人员先在体外制造出合成棘突蛋白的mRNA，通过接种注射到人体，棘突蛋白的mRNA经过巧妙地伪装，可以到达细胞的“蛋白质工厂”，并开动细胞机器，为其生产棘突蛋白。但是，棘突蛋白作为一种外来蛋白，会被我们的免疫系统识别出来，消灭并记住。以后，当带有这种棘突蛋白的病毒真来袭，就能被及时认出来。
由于科学家选择研制的RNA疫苗，针对的是病毒上“万变不离其宗”的部分，病毒再怎幺变异，都逃不过火眼金睛，所以RNA疫苗的有效性比较高。
至于有人担心，疫苗中的RNA会不会进入细胞核，破坏DNA 。这种担心是完全多余的。我们的细胞核不是菜鸟，外来物基本上通不过核膜这一关。
RNA疫苗的概念虽然已经提出好些年了，但仅仅在这次疫情中才被研制出来并投入使用。它相比传统疫苗，还有其他优点（见“传统疫苗与RNA疫苗之比较”）。它在这次疫情中的大显身手预示着它未来还有更广阔的应用前景。各国科学家们目前正在研制针对流感、寨卡、狂犬病和其他一些病毒性传染病的RNA疫苗。