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RNA疫苗中的RNA如何进入细胞？
人教版高中生物学教材有一道课后题，是第三章第一节《细胞膜的结构和功能》的练习与应用中的一道题。[1]
图1：脂质体可作为药物的运载体，图片来源[1]
题目给出的背景材料是关于脂质体运输药物的，这让我想到了引发激烈讨论的“新冠病毒mRNA疫苗”。
今天我们就来讨论一下有关新冠疫苗的一点小知识。
1. 新型冠状病毒灭活疫苗与mRNA疫苗
新冠疫苗我是注射过的。不过，我注射的是国产的新型冠状病毒灭活疫苗。
图2：作者注射的新型冠状病毒灭活疫苗
我们习惯将灭活病毒疫苗称为传统疫苗，这是相对RNA疫苗和DNA疫苗等的新型疫苗而言的。[2]
图3：传统疫苗/mRNA疫苗/DNA疫苗比较，图片来源
除了灭活病毒以外，在新冠病毒疫苗中，还有一个被广泛关注的新型疫苗----mRNA疫苗。mRNA疫苗的原理是：注射一段病毒蛋白的mRNA序列并使之进入细胞，在此mRNA序列的引导下，细胞合成分泌病毒蛋白。人体免疫系统将此病毒蛋白视为抗原(antigen, Ag)，引发免疫反应，产生抗体(antibody，Ab)和记忆细胞，预防疾病。[3]
mRNA是核酸单链，在体外非常脆弱，很容易被无处不在的RNA酶（RNase)）水解为核苷酸小分子。因此mRNA疫苗面临一个大问题，那就是怎样将RNA保护好，安全的进入细胞。
那么，mRNA疫苗中的mRNA是如何进入细胞的呢？
2.磷脂分子的结构与脂质体
我们先来看一下磷脂分子的结构[4]。
图4：磷脂分子，图片来源[4]
磷脂的一端为亲水的头，两个脂肪酸一端为疏水的尾，多个脂质分子在水中总式自发地形成双分子层。1961年英国科学家将磷脂和水混合后，施加超声波处理，获得了由磷脂双分子层包被的封闭型囊泡状结构----脂质体（Liposome）。[5]
图5：脂质体的形成，图片来源[5]
脂质体可采用多种天然或合成脂质制备，能有效的将药物与外界有效的隔开，可用于输送药物，在临床治疗和基础研究等领域得以应用。[6]
图6：脂质体示意图，图片来源[6]
脂质纳米颗粒 （Lipid Nanoparticle，LNP）是运送核酸最先进的输送系统。脂质纳米颗粒具有核酸包封率高，能够有效转染，组织穿透性增强，细胞毒性和免疫原性低等特点，这些特性使脂质纳米颗粒成为出色的核酸输送载体。
图7：脂质纳米颗粒示意图，图片来源[6]
3.小结
无论是以脂质体还是以脂质纳米颗粒运送RNA进入细胞，都利用了磷脂分子的亲水疏水特性。脂质小泡与细胞膜接触后发生融合，小泡中的水溶性药物得以进入细胞内部，这体现了生物膜具有一定的流动性的结构特点。
图片来源见参考。
参考
- ^高中生物学教材，必修Ⅰ，人民教育出版社，2019新版
- ^mRNA Vaccines: Disruptive Innovation in Vaccination https://www.modernatx.com/sites/default/files/RNA_Vaccines_White_Paper_Moderna_050317_v8_4.pdf
- ^Pardi N , Hogan M J , Porter F W , et al. mRNA vaccines — a new era in vaccinology[J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2018.
- ^Reece, Jane B. Campbell biology, 11th edition. 2017.
- ^高中生物学，分子与细胞，上海科学技术出版社，2019
- ^https://www.precisionnanosystems.com
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