采訪卡里科：從被拒稿到獲得諾貝爾獎，堅持大膽構想拯救了全世界！

導讀

北京時間10月2日，匈牙利出生的生物化學家Katalin Karikó（卡塔琳·卡里科）和美國免疫學家Drew Weissman（德魯·魏斯曼）因為他們的研究成果，導致了兩個最重要的COVID-19疫苗的開發，獲得了2023年諾貝爾生理學或醫學獎。

Katalin Karikó和Drew Weissman在費城賓夕法尼亞大學的一臺復印機旁相遇，并在幾十年的合作中努力尋找使用名為信使RNA（mRNA）的遺傳物質來制造疫苗的方法。

這兩位科學家發現，修改mRNA的一種化學組分可以防止免疫系統破壞這種物質，并使其能夠激發對病毒的保護。他們在2005年發表了一篇描述他們工作的重要論文。

諾貝爾委員會成員Rickard Sandberg在宣布獎項時表示：“MRNA疫苗與其他COVID-19疫苗一起已經被接種超過130億次。它們共同挽救了數百萬人的生命，防止了嚴重的COVID-19，減輕了總體疾病負擔，并使社會重新開放。”

然而就是這樣偉大的成就，路途卻充滿了坎坷，在賓夕法尼亞大學接受采訪時，64歲的Weissman表示，這對科學家不得不克服許多障礙。他說：“我們無法獲得資金支持。我們無法發表研究成果。沒有人注意到RNA是有趣的東西。幾乎每個人都放棄了它。”但是，卡里科（Karikó）點燃了這個火花，我們在接下來的20多年里一直一起努力找出如何讓它起作用。”

讓我們通過2021年PNAS采訪卡里科的一段訪談對話，深度了解其科研之路，克服了何種艱辛，一手將RNA這一領域抬到前所未有的高度。

從被拒稿到獲得諾貝爾獎，堅持大膽的構想拯救了全世界的生命

【以下是采訪稿原文內容】：卡塔琳·卡里科（Katalin Karikó）的卓越科學之路如同她在大流行期間嶄露頭角的飛速崛起一樣曲折。卡里科出生在匈牙利，1985年與家人移民美國，希望在學術界取得突破并發展科學事業。早期，她對使用信使RNA（mRNA）（一種在細胞中用于制造蛋白質的分子）來治療各種人類疾病產生了強烈興趣。然而，她未能獲得用于追求被認為不切實際的非傳統想法的常規研究經費，這使她在美國沒有可行的途徑進入教職。因此，2013年，她前往德國邁因茨（Mainz），加入了BioNTech，這是一家專門從事RNA藥物的鮮為人知的生物技術公司，現在因與制藥公司輝瑞（Pfizer）合作開發的極其成功的COVID-19疫苗而成為全球頭條新聞。

在疫苗的紛繁起源故事中，卡里科的突破性發現，與賓夕法尼亞大學的免疫學家Drew Weissman于2000年代中期一同取得，位于該疫苗的核心地位。為了為世界提供挽救生命的COVID-19大流行疫苗，現在擔任BioNTech高級副總裁的卡里科贏得了2022年Vilcek卓越獎，這是由總部位于紐約的Vilcek基金會頒發的獎項，該基金會表彰移民在生物醫學科學和藝術領域的貢獻（1）。卡里科最近獲得的其他杰出榮譽中，包括西班牙的阿斯圖里亞斯王女技術和科學研究獎、生命科學突破獎和拉斯克-德巴基臨床醫學研究獎。卡里科與PNAS合作，回顧了她從幕后到新聞前線的科學之路。

PNAS：您在哪里長大，什么時候開始對生物學產生興趣？ 

卡里科：我在匈牙利中部的一個大約有10,000人口的小鎮Kisújszállás長大。我在小學和高中里有很棒的老師，激發了我對自然和生物學的早期興趣。在八年級時，我參加了全國生物學競賽，并被認定為全國第三名。在高中時，我已經知道我想成為一名科學家。作為塞吉德大學的學生，我在匈牙利科學院生物研究中心的一個脂質研究小組工作。我們從牛腦中分離出一種磷脂的混合物，用于制備脂質體，用于將質粒DNA傳遞到細胞中。我對我們發表的結果感到興奮（2）。1978年，我加入了一個有機化學家小組，他們正在研究2'-5'-寡腺苷酸，這是一種短RNA分子。具體而言，我正在研究將RNA傳遞到細胞中，以最終開發抗病毒化合物。為了我的論文，我使用了一種修飾的核苷酸cordycepin，并生成了短的2'-5'-連接的RNA分子，但很快意識到將帶負電荷的大分子傳遞到細胞中所涉及的挑戰。不久之后，我們的經費用盡了。 

PNAS：請講講您是如何移民美國并最終進入賓夕法尼亞大學的？ 

卡里科：我從未想離開匈牙利；我在那里過得很快樂。但當我開始申請工作時，我知道我不得不離開。我給歐洲和美國的實驗室發了信，而費城坦普爾大學的Robert Suhadolnik教授在費城的實驗室里研究2'-5'-連接的寡腺苷酸，他回應了我并邀請我加入他的實驗室工作。那時，1985年，在匈牙利有很多配給，我們只允許帶著100美元離開。所以，我將約1200美元藏在我兩歲半的女兒的泰迪熊里，然后和女兒和丈夫一起前往費城。我母親后來也加入了我們，我們四口人靠我一年1.7萬美元的起薪生活。盡管錢不是主要問題，因為我感到非常感激有機會學習和進行實驗。 1988年，我離開坦普爾大學，前往馬里蘭州貝塞斯達的衛生科學統一服務大學工作了將近一年。在那里，我學到了基本的分子生物學和免疫學技術。我記得當時學習到了一種叫做lipofectin的帶正電的脂質，可以輕松與核酸混合以轉染細胞；我回想起了在匈牙利制備脂質體的費時過程。 1989年，我接受了賓夕法尼亞大學費城分校的一份研究助理教授職位——一個非終身教職職位，感謝負責支付我的薪水的心臟病學助理教授Elliot Barnathan。那時，我開始研究mRNA。 

PNAS：您開始關注RNA的治療潛力，可以簡要概述一下20世紀90年代中期到晚期的RNA疫苗和藥物領域嗎？ 

卡里科：那時，早在20世紀90年代初期，已有一些團隊在研究mRNA疫苗；例如，有一組正在研究癌癥疫苗，另一組正在研究流感疫苗。雖然我關注了很少關于mRNA疫苗的文獻，但我的主要重點是mRNA治療，我大部分時間都在研究潛在的應用于心臟病和中風的領域。此外，當時我對免疫學和疫苗生物學了解甚少；我從Drew Weissman那里學到了大部分知識。我大約在1997年遇到了Drew，那時他剛被聘為賓夕法尼亞大學醫學院的助理教授。我告訴他我已經研究mRNA近10年了，他告訴我他曾在Tony Fauci的實驗室工作。當時我不知道Tony Fauci是誰；我不是他的領域，而Fauci當時也沒有每天都出現在電視上。

 PNAS：在您的職業生涯的這個階段，您經歷了不少的拒絕。是什么讓您堅守初衷？ 

卡里科：我留在賓夕法尼亞大學的主要原因，盡管沒有永久的教職職位，是因為Elliot Barnathan和David Langer對我們在mRNA治療方面的實驗充滿熱情，與我的熱情相匹配。后來，我們與Drew Weissman合作。在進行人類樹突狀細胞的實驗時，我們發現我制備的mRNA具有免疫原性并誘導了炎性細胞因子的產生。從Drew那里聽到我制備的mRNA對我打算的治療應用沒有用的消息非常沮喪。因此，我們進行了進一步的實驗，證明了從外部傳遞到免疫細胞的mRNA確實具有免疫原性；畢竟，在正常情況下，核內生成的mRNA最終會進入細胞質，永遠不會離開細胞或在體內與免疫細胞相遇。

 PNAS：當您在賓夕法尼亞大學遇到Weissman時，他正在研究HIV疫苗。那次決定性的會面在2000年代中期取得了突破。那個突破是什么？它是如何發生的？關鍵的論文是什么？ 

卡里科：正如您所說，我們首次將這一突破性發現提交給《自然》期刊，但在24小時內，他們以增量貢獻的方式拒絕了它。我當時才開始學英語，所以不得不查一下“增量”的意思！無論如何，我們隨后將其發送給了《免疫》雜志，他們接受了（3）。我們自己做了所有工作，Drew和我。即使在58歲時，我沒有太多的幫助或經費來進行實驗，所以我親自動手做了這些實驗。我們花了一些時間在2008年發表后續論文，其中我們呈現了偽尿苷含量的mRNA的翻譯效率更高以及在小鼠中沒有免疫激活的數據（4）。 回到這個想法：在2004年，我意識到tRNA不會引發免疫系統。因此，我們進行了一項關鍵實驗，表明在細胞內生成的tRNA確實不具有免疫原性。這導致了核苷酸在mRNA中需要被修飾以繞過免疫系統的想法。我與Drew分享了這個想法，我們決定嘗試在mRNA中使用修飾的核苷酸。根據我曾經的研究同窗、當時在德國工作的同胞János Ludwig的建議，我從TriLink公司訂購了不同修飾核苷酸的三磷酸衍生物。在修改的mRNA分子中，尿嘧啶核苷酸被偽尿苷取代，后來證明，偽尿苷自然存在于mRNA中，與細胞中的其他短RNA形式一起存在。這種修飾解決了免疫原性的問題，此外，它還提高了mRNA和蛋白質產量的穩定性。要證明最初的想法是正確的，花了我們一年多的時間。修飾的核苷酸抑制了RNA的免疫原性。

 PNAS：這個想法是您的嗎？ 

卡里科：我有一個愛好，就是閱讀非常古老的科學論文。當我意識到RNA中的尿嘧啶會引發免疫細胞、導致炎癥和干擾素產生時，我想知道以前是否有人注意到了這一點。所以我翻閱了文獻。果然，我找到了一篇1963年的論文，作者在其中報告說，從哺乳動物細胞中分離的RNA不會引發干擾素的產生（5）。然而，當這些RNA經過亞硝酸處理時，亞胺化所有胞嘧啶成尿嘧啶，就會引發干擾素的產生。看到這些研究人員多年前就偶然發現了這一觀察結果，我感到非常高興。[mRNA疫苗的歷史可以追溯到20世紀60年代，涉及數十位研究人員分別進行的一系列步驟，最終導致了用于臨床應用的安全有效的產品。有關這個競爭激烈的領域的概述，參見參考文獻6和7。

PNAS：這個突破是如何成為輝瑞-BioNTech COVID-19疫苗的基礎的？ 

卡里科：2013年，我離開費城加入了BioNTech，在那里我繼續改進mRNA及其配方。兩年后，我們的首席執行官U?ur ?ahin，一個有遠見的科學家，宣布公司有道義義務開始開發抵抗傳染病病原體的疫苗。后來，在2018年，我們與輝瑞合作開發mRNA疫苗，具體用于流感病毒。到2019年底，當冠狀病毒大流行爆發時，我們已經準備好開始臨床試驗了，因為來自中國武漢的消息。他根據來自武漢的信息設計了mRNA疫苗的編碼序列。在之前的幾年里，我在BioNTech的基礎科學團隊已經改進了mRNA構建并確定了用于疫苗中的合適帽結構和配方。輝瑞很快加入，盡管我們最初的協議是開發流感疫苗。 

PNAS：鑒于mRNA疫苗嘗試的歷史曲折，以及此前沒有任何mRNA疫苗獲得監管批準，COVID-19疫苗試驗開始時您的前景如何？您期望什么樣的結果？

卡里科：在臨床前研究中，我們已經看到，即使是少量1-甲基偽尿苷修飾的脂質納米粒子制備的mRNA疫苗在猴子中也是強效且具有保護作用的，可以用于茲卡病毒（Zika），流感等（8）。有各種各樣的研究實驗室的數據表明，這種類型的疫苗將是有效的。此外，已經有足夠的數據表明核苷酸修飾的RNA不會引發干擾素的產生，而干擾素會導致炎癥并阻止對病毒的抗體產生。考慮到動物研究中的這一背景，以及在I/II期人體試驗中接種的人體中產生的高水平抗體，我對結果并不感到驚訝（9）。我為我們正朝著提供有助于拯救無數生命的產品邁出了一步而感到高興。 

PNAS：相對于傳統疫苗，mRNA疫苗有哪些主要優勢？ 

卡里科：制造速度也許是mRNA疫苗的最大優勢。您可以在1到2天內訂購并收到感興趣的基因，并將其用作制造mRNA的模板，幾個小時內就可以制造出mRNA。考慮到翻譯速度大約為每秒6個氨基酸，從轉染mRNA的細胞中產生蛋白質僅需要幾小時。生產mRNA疫苗所需的時間非常短，因此可以更快地應對新的病原體威脅。 此外，與傳統疫苗不同，mRNA疫苗不需要使用活病毒或蛋白質抗原，這意味著在疫苗制備過程中不會涉及復雜的生物安全問題。這使得mRNA疫苗的生產更加安全且更容易規模化。 最重要的是，mRNA疫苗具有出奇制勝的靈活性。只需更改病原體的編碼序列，就可以迅速調整mRNA疫苗以應對新的病毒變種或不同的疾病。這種能力在COVID-19大流行期間表現得非常出色，我們能夠迅速開發并提供有效的疫苗。 

PNAS：有關COVID-19疫苗，您在BioNTech工作期間的經驗是什么？ 

卡里科：我在BioNTech工作期間非常幸運，因為我們擁有一支充滿激情和才華橫溢的團隊，大家都專注于將我們的科學轉化為拯救生命的產品。在這個過程中，我與Drew Weissman合作，繼續研究RNA修飾和mRNA的改進。我們一直在努力提高mRNA的穩定性和翻譯效率，以確保疫苗的高效性和長期穩定性。 此外，與輝瑞合作開發COVID-19疫苗是一個令人鼓舞的經歷。在疫苗研發過程中，我們經歷了無數個疑問、挑戰和奮斗，但我們的團隊表現出色，始終堅持著科學的原則和道德倫理，將疫苗迅速推向市場。這是一次真正的科學壯舉，為世界帶來了希望。 

PNAS：您對mRNA技術的未來有什么展望？ 

卡里科：我對mRNA技術的未來充滿信心，因為它已經證明可以應對多種疾病和健康挑戰。除了COVID-19疫苗之外，mRNA技術還在癌癥免疫療法、罕見病治療、疫苗開發以及各種慢性疾病的治療方面取得了重大進展。未來，我們可以期待看到更多創新和突破，將mRNA技術應用于更廣泛的醫療領域。 此外，隨著我們對mRNA的理解不斷深入，我們還將能夠更好地定制個體化治療，以滿足患者的特定需求。這將是醫療領域的一項重大進步，有望改善許多患者的生活質量。 

PNAS：對于那些年輕的科學家和研究者，特別是那些可能面臨挫折的人，您有什么建議嗎？ 

卡里科：我想告訴年輕的科學家和研究者，不要害怕追隨自己的激情和興趣。科學是一項充滿挑戰和不確定性的工作，但如果你對自己的研究感到興奮并且堅信自己的想法，那么請堅持下去。不要害怕失敗或挫折，因為它們是成功的一部分。同時，不要忘記與其他人合作，分享你的想法和發現，因為科學是一項團隊努力的事業。最重要的是，永遠不要停止學習和探索，因為科學世界充滿了無限的可能性。

參考來源：https://www.cuimc.columbia.edu/news/horwitz-prize-2021

                https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2119757118

1.Vilcek Foundation, Dr. Katalin Karikó receives 2022 Vilcek Prize for Excellence for pioneering vaccine research. https://vilcek.org/news/dr-katalin-kariko-receives-2022-vilcek-prize-for-excellence-for-pioneering-vaccine-research/. Accessed 10 November 2021.

2.G. Somlyai, E. Kondorosi, K. Karikó, E. G. Duda, Liposome mediated DNA-transfer into mammalian cells. Acta Biochim. Biophys. Acad. Sci. Hung. 20, 203–211 (1985).

3.K. Karikó, M. Buckstein, H. Ni, D. Weissman, Suppression of RNA recognition by Toll-like receptors: The impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity 23, 165–175 (2005).

4.K. Karikó et al., Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. Mol. Ther. 16, 1833–1840 (2008).

5.A. Isaacs, R. A. Cox, Z. Rotem, Foreign nucleic acids as the stimulus to make interferon. Lancet 2, 113–116 (1963).

6.E. Dolgin, The tangled history of mRNA vaccines. Nature 597, 318–324 (2021).

7.U. Sahin, K. Karikó, ?. Türeci, mRNA-based therapeutics—Developing a new class of drugs. Nat. Rev. Drug Discov. 13, 759–780 (2014).

8.N. Pardi et al., Zika virus protection by a single low-dose nucleoside-modified mRNA vaccination. Nature 543, 248–251 (2017).

9.U. Sahin et al., BNT162b2 vaccine induces neutralizing antibodies and poly-specific T cells in humans. Nature 595, 572–577 (2021).

10.S. Buranyi, The mRNA vaccine revolution is just beginning. Wired, 6 March 2021. https://www.wired.co.uk/article/mrna-vaccine-revolution-katalin-kariko. 

11.K. Bahl et al., Preclinical and clinical demonstration of immunogenicity by mRNA vaccines against H10N8 and H7N9 influenza viruses. Mol. Ther. 25, 1316–1327 (2017).