新晉諾獎得主：中年失業(yè)、患癌，她用四十年逆襲拯救全人類，還培養(yǎng)了一個奧運冠軍

離開匈牙利白手起家，要想成功，必須為我們的生活、我們的生存和我們的成功不懈努力。祝賀她成為2023年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主！

撰文 | 郭曉強

原標題：《新晉諾獎得主：中年失業(yè)、患癌，她用四十年逆襲拯救全人類，還培養(yǎng)了一個奧運冠軍》

2020年12月起，英國、加拿大、美國等國家相繼批準了輝瑞制藥與德國BioNTech聯合開發(fā)的新冠mRNA疫苗緊急使用，人們終于看到了結束全球新冠疫情的希望。

與其他疫苗相比，mRNA疫苗具有諸多優(yōu)點：首先是安全性高，mRNA不具備感染性，也不必整合到基因組，其在體內壽命可根據需要通過體外操作來實現（避免長期滯留帶來危害）；第二是免疫性好，目前的mRNA疫苗已較為穩(wěn)定，可在細胞內進行高效表達產生蛋白質，啟動高效免疫應答反應；第三，量產迅速，mRNA體外制備技術非常成熟，可根據需要快速、便捷地制備出大量疫苗。

隨著全世界的目光聚集在新冠mRNA疫苗上，這項技術背后曾經默默無聞的關鍵科學家也浮出水面，接受各大媒體的采訪。她就是來自匈牙利的女生物化學家卡里科（Katalin Karikó），今年68歲了。

卡里科在賓州家中工作。from STAT

一、沒有回頭路

1955 年 1 月 17 日，卡里科出生于匈牙利東部小鎮(zhèn)小新薩拉什（Kisújszállás）一間燒著木屑爐子的小屋。仔細檢查父親每日屠宰的豬，便是她的科學啟蒙課。

1973年，卡里科考入匈牙利名校塞格德大學（University of Szeged），義無反顧地選擇了理科。在大學里，她第一次在一場學術報告里聽說了信使RNA（mRNA），它攜帶著DNA中的遺傳信息，直接指導蛋白質的合成，承擔著“傳訊者”的角色。卡里科對這種神奇的分子產生了濃厚的興趣。1978年，她選擇攻讀博士學位，重點研究mRNA的應用。

20世紀七十年代，基因工程誕生，不久基因治療的概念也應運而生，但這些操作均是以DNA為目標，而卡里科卻認為mRNA更有前途。畢業(yè)后，她選擇了進入匈牙利科學院塞格德生物中心（Biological Research Centre, Szeged）生物物理研究所。當時，許多人博士畢業(yè)后去美國留學深造，但卡里科對此并不動心，她認為國內同樣可以實現自己的愿望。遺憾的是，卡里科這個美好愿望于1985年破滅了，她被單位解雇了。

多年后，卡里科在一次接受采訪時曾表示，如果她繼續(xù)留在匈牙利國內，很有可能成為一個充滿抱怨的、平庸的科研人員。無路可退的卡里科不得不重新開始找工作。一開始她想在歐洲找個職位，但最終，她只能遠赴大西洋彼岸的費城。在那里，美國天普大學（Temple University）為她提供了一個博士后職位。

沒有手機、沒有信用卡，夫婦兩人帶著年僅兩歲的女兒，踏上了異國他鄉(xiāng)。政府不允許兌換超過100美元的現金，他們就在黑市賣掉了車，把900英鎊縫在女兒的泰迪熊里偷偷帶出境。卡里科說：“我們沒有回頭路。我們在那里舉目無親?！?/p>

1985年，卡里科在美國天普大學（Temple University）重啟科研道路。遺憾的是，首站并不順利。四年后，她與導師發(fā)生了一次沖突，主要原因還是兩人對待mRNA觀念有差異。像當時的許多科研工作者一樣，導師也不看好mRNA的研究。1990年，卡里科加入賓夕法尼亞大學。這時，一項最新進展進一步堅定了她開展mRNA應用的決心。

二、也許我不夠優(yōu)秀，不夠聰明

1990年，威斯康星大學一個研究小組首次將mRNA注射到小鼠體內（doi: 10.1126/science.1690918），并檢測到了相應的蛋白表達；兩年后，另一個研究小組進一步在大鼠中證明，體外注入的mRNA表達出的蛋白還具有生理活性。如果這兩個結果成立，就意味著采用病原體關鍵蛋白的mRNA，也會產生病毒蛋白，并激發(fā)免疫應答，從而發(fā)揮疫苗的作用。

這個邏輯推理很容易獲得，但是許多科學家對此并不看好。因為這么做存在諸多現實問題，用mRNA做疫苗至少有三大缺陷：穩(wěn)定性差（目前這個問題依然存在）、體內效率低下和激發(fā)機體先天免疫系統(tǒng)（引起嚴重炎癥反應，導致動物立即死亡）。在許多科學家看來，這些困難都是難以逾越的科學鴻溝，尤其是第三個缺陷，可能最終都難以搞定。這種費力不討好的事情自然沒幾個人愿意做，再說傳統(tǒng)的疫苗制備策略已足足夠用，何必舍近求遠？

“主流看法”勢必會影響一個領域的發(fā)展。許多mRNA研究的大牛都退避三舍，不再提起用mRNA做疫苗這碼事，領域內默默無聞的新兵遇到的阻力也就可想而知。

進入賓夕法尼亞大學的當年，卡里科就提交了基金申請，想嘗試采用mRNA開發(fā)疫苗。在這樣的主流背景下，申請失敗了。然而沒想到，隨后幾年，年年申請，年年被拒，竟達八年無法為這一課題申請到基金。她回憶說，“我每天晚上都在寫基金、寫基金、寫基金，結果每次都被打回來、打回來、打回來。”你有千條妙計，我有一定之規(guī)；任你說得天花亂墜，我就不給你基金。這一今天看來并不怎么“大逆不道”的想法，同行專家就是不予通過。2004年諾貝爾化學獎得主赫什科（Avram Hershko）就認為，專家總是墨守成規(guī)，許多觀點不值得接受（由于泛素加熱后仍保持活性，由此他們認定泛素不可能是蛋白質）。

老板們終于看不下去了。1995年，來到賓大的第六年，卡里科迎來了降級降薪。她回憶到，她當時剛剛做出一些重要的發(fā)現，學校把她轟出了實驗室，在動物房邊上給她安排了一個小房間辦公做實驗。更慘的是，這個節(jié)骨眼，她又被診斷出癌癥，需要進行兩次手術，而她的丈夫由于簽證問題不得不滯留在匈牙利，長達半年無法返美。她只能一邊接受治療，一邊照顧孩子。

一般人有此遭遇，早就離開學術界了，但卡里科還是熬了下來：“我想過去別的地方，研究別的東西。我還想過可能是我不夠優(yōu)秀，不夠聰明。我努力說服自己：萬事已經俱備，我只需要把實驗做得更漂亮就行了。”

幸運的是，卡里科最終康復了，并繼續(xù)開展自己的實驗。由于各方限制，做事可謂舉步維艱。沒經費訂雜志，為了看到最新的論文，她還得去復印。在1997年一次復印時，卡里科結識了剛到賓大不久的免疫學家韋斯曼（Drew Weissman）。韋斯曼對卡里科的想法很感興趣，決定資助她繼續(xù)開展研究，她的項目也正式成為“韋斯曼-卡里科項目”?？ɡ锟飘敃r的境遇可說降到了冰點，待遇比技術員都要低，韋斯曼的幫助可謂是雪中送炭，不僅僅是資金支持，同樣重要的還有精神鼓勵。

三、峰回路轉，再起波瀾

卡里科的研究逐漸有所起色。1998年，期盼已久的基金終于得到批復，盡管只有區(qū)區(qū)10萬美元，但至少是一個好的開始。第二年，又獲得100萬美元資助。卡里科和韋斯曼商討后達成一致——需要首先解決mRNA應用的安全性問題，也就是理解mRNA誘發(fā)機體炎癥反應的原因。

上世紀九十年代，先天免疫機制的闡明拓展了人們對免疫系統(tǒng)的認識。1998年，美國免疫學家巴特勒（Bruce Beutler）發(fā)現樹突細胞等免疫細胞的表面存在Toll樣受體 (TLR) 家族，能識別細菌成分（如脂多糖），兩者結合就會激活并啟動先天免疫應答，巴特勒也因為這一發(fā)現分享2011年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

卡里科推測，mRNA注射到動物體內誘發(fā)炎癥，可能是因為它們可被TLR分子識別。為驗證自己假說的正確性，卡里科首先建立一個體外系統(tǒng)模擬炎癥反應，應用人工合成的mRNA直接處理細胞，確實激活了免疫應答，釋放出大量免疫因子。進一步研究發(fā)現，多種TLR分子（包括TLR7,8等）確實可以識別體外注入的mRNA。

2004年，卡里科完成了一個關鍵實驗。她從哺乳動物和細菌中直接提取mRNA，并用它們處理細胞，結果發(fā)現哺乳動物mRNA基本不激活免疫應答 (線粒體mRNA除外)，而細菌mRNA則誘導細胞因子的釋放，這一結果說明，誘發(fā)免疫應答的原因不在mRNA本身，而應該在其結構差異。當時已知，哺乳動物mRNA存在廣泛的堿基修飾現象，而細菌等原核生物則通常不存在這一現象（與體外合成的mRNA類似）。于是，卡里科對體外合成的mRNA也進行了堿基修飾，結果使免疫應答能力大大減弱（后來動物實驗也證明修飾后的mRNA不再產生嚴重炎癥反應）。其實，哺乳動物識別非修飾mRNA（外源物成分），但對修飾mRNA視而不見的能力恰恰是免疫系統(tǒng)的基本特征——區(qū)分“非我”，也是機體對自身的保護。這一發(fā)現意味著，mRNA體內應用的安全性得到了有效解決（通過體外堿基修飾來實現）。

卡里科進一步研究還發(fā)現，體外合成的mRNA通常會污染一定量的雙鏈RNA，而雙鏈RNA也會引發(fā)免疫應答，因此她對最初合成的RNA進行純化，除去雙鏈RNA。這種操作一方面減少了炎癥發(fā)生，更重要的是極大增加了mRNA在體內的蛋白生成效率，從而解決mRNA應用過程中效率低下的難題?？ɡ锟乒舶l(fā)表70多篇論文，絕大多數聚焦于mRNA體外制備方法的改進和完善，解決實際應用過程中面臨的諸多問題。

2006年，卡里科和韋斯曼申請了第一個mRNA相關專利——含修飾核苷酸的mRNA制備及應用，主要涉及無免疫原性、包含核苷酸修飾等特性的mRNA（專利號：US 8278036）。迄今為止，她已擁有十幾個專利，全部圍繞著mRNA制備方法的改進、實用化操作和應用。當年，她與人和合作共同成立了一家生物技術公司——RNARx，嘗試開發(fā)mRNA藥物（主要開發(fā)治療貧血的EPO mRNA），但公司最終于7年后關閉?？ɡ锟破谕膍RNA應用熱潮并未出現，市場對這項研究并不熱衷，因此也少人問津。

2010年，轉機再次出現。正在斯坦福大學做博士后的羅西（Derrick Rossi）發(fā)現了卡里科的文章，并敏銳意識到這一方法的巨大應用潛力。他成立了一家生物技術公司——也就是Moderna，應用mRNA開發(fā)疫苗和藥物。與此同時，卡里科也將自己的技術轉讓給德國一家新興生物技術公司BioNTech。彼時，BioNTech還蝸居在德國美因茨大學（Mainz university）的校園內，連公司網站都沒做起來。

2013年，卡里科與賓夕法尼亞大學又發(fā)生一次不愉快，校方拒絕恢復她1995年降薪的教師職位，又在知識產權許可上與她產生分歧（賓大將知識產權賣給了另一家公司）。最終，卡里科選擇辭職，加入BioNTech并擔任高級副總裁。校方對卡里科極盡刻薄，稱BioNTech是一家連網站都不存在、名不見經傳的小公司，暗示卡里科的選擇毫無價值。

隨著mRNA技術在應用過程中的進一步改進，兩家公司距離真正的市場成功越來越近。2017年，Moderna開始開發(fā)寨卡病毒mRNA疫苗；2018年，BioNTech與輝瑞公司合作開發(fā)流感mRNA疫苗，嘗試從實驗室走向應用。但市場仍不買賬，投資者對mRNA疫苗應用前景并不看好，兩家公司只能 “艱難度日”。

在這沉默苦悶的研究歲月中，比卡里科出名更早的是她的女兒祖薩娜·弗朗西亞（Zsuzsanna Francia）。也許是繼承了母親堅忍不拔的精神，祖薩娜在2008年北京奧運會和2012年倫敦奧運會上連續(xù)奪得了劃船比賽冠軍。

2012年倫敦奧運會，卡里科夫婦祝賀女兒奪取奧運金牌。Katalin Kariko供圖

四、完美救贖

2020年初，新冠肺炎暴發(fā)，新冠病毒蔓延全球。

1月11日，中國疾控中心張永振研究團隊在病毒學網站（virological.org）公布了新型冠狀病毒全基因組序列。

序列剛剛公開，歐美的制藥公司就開始研究mRNA疫苗將要使用的序列。

1月13日，序列確定，Moderna開始制作mRNA。

后來的事情，我們都知道了。

在全球多國參與的新冠疫苗開發(fā)競賽中，mRNA疫苗的優(yōu)勢（研發(fā)時間短）充分體現，在得到新冠病毒刺突蛋白（S）mRNA信息基礎上，快速開啟設計、制備、動物實驗、臨床實驗等步驟。11月9日，輝瑞與BioNTech聯合宣布，基于Ⅲ期臨床結果，其研發(fā)的新冠疫苗mRNA BNT162b2有效率超過90%（最終數據顯示有效率可達95%）；一周后，Moderna宣布，其開發(fā)的mRNA疫苗mRNA-1273有效率也接近95%。

當卡里科聽到BioNTech三期臨床振奮人心的結果后，她的第一反應是：“得救了！我拼命地吸氣，我太興奮了，我真怕我死了……”懸了許久的心終于可以得到些許休息。卡里科希望mRNA疫苗能在隨后新冠肺炎預防方面發(fā)揮重要作用，并期望mRNA技術能在更多疾病治療方面得到廣泛應用。

現在已經是哈佛大學干細胞研究所教授的羅西認為，如果mRNA疫苗最終在新冠肺炎疫情方面發(fā)揮了關鍵性作用，卡里科和韋斯曼絕對配得上諾貝爾化學獎。

此時距卡里科最初開始研究mRNA已有四十多年，距離她的關鍵技術突破也有了十五年。

主要參考文獻

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 ?. 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/）

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