賓大醫學院教授Katalin Kariko和Drew Weissman。

美國輝瑞mRNA疫苗最近的好消息，讓我們把注意力都集中在土耳其裔德國夫婦所創辦的小生物技術公司BioNtech，以及他們對新冠mRNA疫苗的貢獻，他們無論從金錢和榮譽上都得到了豐厚的回報。BioNtech總裁Ugur Sahin的野心很足，他要將自己創辦的德國公司變成類似美國Amgen或Genentech這樣的生物科技公司。那他還有很長的路需要走，因為德國缺乏美國這種鼓勵創新的土壤。

實施這些mRNA疫苗是科學的應用階段，新冠疫苗將mRNA治療提前了好多年，BioNtech以前的mRNA技術是為了癌症治療的，做新冠幾乎他們連夜的轉向。他們長久的課題是通過生物信息學的努力找到與MHC結合的癌細胞抗原，然後通過mRNA去合成這些抗原，注入到機體希望產生抗癌免疫力，也就是所謂腫瘤疫苗的概念。

但是無論是癌症mRNA的治療也好，還是mRNA新冠疫苗也罷，它們都是需要很原始的科學創新才能推動的，而這些基礎原創性科學來源於美國常春藤盟校之一的賓大醫學院的Katalin Karikó 和Drew Weissman，一個匈牙利裔科學家和一個美國猶太醫生的工作。我們可以毫不誇張地說，他們奠定了mRNA疫苗的科學基礎，沒有他們的貢獻就沒有BioNtech和Moderna的mRNA疫苗。我在以前博文中隻提過一句這些背景就被讀者問及，當時沒有展開，今天過節在家可以花點時間多聊聊。

mRNA應用到大鼠裏在1990年就在威斯康辛大學通過實驗完成，而應用到體內表達蛋白質則可追溯到1992年，但是mRNA遭遇免疫排斥的挑戰始終困擾著科學家。

我們可以追查到他們在2005年的革命性的Immunity論文，當時50歲的Katalin Kariko作為第一作者，Weissman為資深作者。為了便於大家閱讀理解，我特別對有意義的部分標出了紅線。為避免機體的免疫排斥反應，他們在轉錄過程中加入堿基甲基化或其他修飾後的核苷酸，然後測試發現mRNA的免疫原性消失了，這些稍微修飾的mRNA不能刺激機體產生細胞因子和活化樹突狀細胞。這是人類第一次實現了注射mRNA不刺激免疫反應而遭遇排斥的後果，這是所有mRNA治療和mRNA疫苗的起點。

她們做這個實驗的前提是，如果DNA含有沒有甲基化的堿基能夠刺激機體的TLR9受體產生免疫反應，但是如果DNA被甲基化了它就不能刺激機體產生抗體。眾多科學家包括我涉及的工作在內，認為TLR9的缺陷與自身免疫性疾病相關。她們也知道雙鏈和單鏈RNA分別能活化TLR3和TLR7，以此自然想到將mRNA人為地甲基化能夠防止它們被免疫係統排斥掉。這裏又出現了進化壓力在人體免疫中的效應，因為人體自身RNA的甲基化程度比細菌的RNA要高十倍，這樣TLR便有效地擁有二個生物學功能：有效地幫助免疫係統識別那些低甲基化的細菌，對自己身體內的高甲基化的RNA則無反應，這樣可以避免自身免疫性疾病的產生。

Katalin Kariko在30歲才從匈牙利到美國尋求職業的機會，帶著幼年的女兒，也像我們當年那樣隻有幾百塊錢來美國打天下。這女兒後來也讀了賓大，參加賓大的皮滑艇隊，並且代表美國得過北京和倫敦奧運會的兩枚金牌。Kariko在美國的首站是費城的Temple大學，後來轉到了賓大。當時她在賓大的教授職位不能提升，因為拿不到資助，老公在匈牙利的簽證也成問題，自己好像還有癌症問題。她完全拿不到資助，這種情況在美國名牌大學所麵臨的隻有兩個命運，要麽離開，要麽降職，她選擇了後者。她很幸運的是找到與猶太醫生Drew Weissman合作的機會，醫生科學家往往比較容易弄到研究經費，但是Weissman對她的課題感興趣。

他們後麵還有係列文章研究這些修佈的mRNA在體內的命運，發現它們不能刺激機體產生細胞因子等免疫反應外，這些mRNA在進入機體後仍然保留合成蛋白質的功能。當然後麵也有人應用HPLC等別的方法以避免mRNA的免疫原性。Moderna公司的創辦人哈佛教授Derrick Rossi稱Katalin Kariko和Drew Weissman應該分享諾貝爾化學獎，Rossi被這個工作折服的最重要的原因是他應用修佈後的RNA能夠使體細胞重新編程為幹細胞，這也是他和Tim Springer，Ken Chien和Robert Langer共同創辦Moderna的原始動機。Rossi最後被排擠出了Moderna，這故事有點複雜，我們這裏從略，喬布什也有被蘋果踢出去的經曆。雖然Katalin Kariko現在是德國BioNtech的SVP，但是別忘了這玩意是在美國發明的，她在賓大的25年時光還為女兒收獲兩枚奧運會金牌創造了條件。

免疫係統有DNA和RNA的識別感應器，授予過諾貝爾獎的TLR為其中之一，Kariko和Weissman在文中正是應用的TLR識別外源性mRNA的功能。Toll-like receptors (TLRs)作為受體能識別機體的構建磚塊，像核酸片段和小脂質成份，從這些小磚塊進而識別誰是外源或內源的，為免疫係統預警或誘發免疫反應。這個在學術上叫pattern-recognizing receptors, 為耶魯教授Charlie Janeway 從腦袋裏想出來的，他認為人體中存在固有的這些受體隨時準備迎接這些廣泛的外源性抗原，後來他們共同發現了TLRs。生物醫學不像物理學那樣存在理論生物學，如果有的話，Charlie Janeway就是罕見的一位。生物醫學的任何事情都必須有牢固可靠的證據，但是Janeway在1989年的冷泉港評述論文中，硬是假設出了免疫係統擁有識別內外源Patterns的蛋白，像Paul Ehrlich創立抗體側鏈學說那般，堪稱天才。

Janeway為哈佛畢業生，出身於醫學世家。他當時從NIH完成受訓後專選耶魯去做教授，因為他覺得那裏的免疫學薄弱，現在耶魯與哈佛和聖路易斯華大列為美國最厲害的三大免疫學重鎮。十分可惜的是，Charlie Janeway於2003年在60歲的事業黃金時段英年早逝。如果他活到頒發TLR諾貝爾獎的2011年，諾貝爾委員會再怎麽也不會錯過他的。

這裏簡單談談為什麽耶魯大牌免疫學教授Ruslan Metzhitov與TLR的諾貝爾獎無緣？為什麽諾貝爾獎公布後引來耶魯眾多世界級別的免疫學家聯合署名在Nature發表文章抗議？

與TLR相關的現象是在與德國交界的法國Strasbourg發現的，Jules Hoffmann實驗室。Strasbourg為德國名字的法國城市，從中可以看出法國和普魯士多次在此城市上的易手，現在為歐盟的議會所在地。雖然後來那篇1996年的Cell論文的第一作者出來公開翻臉，稱Hoffman僅是實驗室的老板，他其實沒有太多的貢獻。他們發現果蠅中的有些Toll突變型特別容易被細菌和真菌感染，所以他們推測Toll可能與固有的免疫防禦功能有關。Toll這個專業單詞來自一位德國女性諾貝爾獎胚胎學家，為德文裏驚歎的意思。

Ruslan Metzhitov來自前蘇聯加盟共和國烏茲別克，他在莫斯科讀博士時就受到了Janeway文章的鼓舞。當時他在莫斯科大學的所在係每月的預算隻有$20美元。在1990年，Ruslan仍然使用400位教職員工和學生共享的電郵係統與Janeway通訊，為了節約經費，每人隻能寫300個字。Ruslan Metzhitov麵對的挑戰遠勝過我們當時的中國，當時隻有蘇聯國家自然科學院有原版的Nature和Science, 每期傳閱後回圖書館都被磨損得厲害。他們還不讓普通人員隨便進入外文圖書館，Ruslan隻有靠嘴甜才能混進去。當時他為了複印Janeway的文章，耗去他每月二美元生活費用的一半，這就是我通常說的對科學的Passion。Janeway跟太太說：“有位十分聰明的俄羅斯人想入我的實驗室”，他太太開始完全不相信這種可能性的存在。Ruslan最終抵達美國，他在UCSD短暫停留後前往耶魯。受Janeway假設的鼓舞，Metzhitov和Janeway在1997年在Nature上發現了首個Toll-like receptor-TLR4, 他們後續還克隆了好幾種TLRs。Janeway去世後，Metzhitov是世界範圍內在TLR領域貢獻最大的科學家。

西南醫學中心的Bruce Beutler在1998年的Science文章中發現，TLR4就是我們熟知的革蘭氏陰性細菌的細胞壁上存在的內毒素（LPS）的受體。他們在動物實驗中非常漂亮地證明，TLR4缺陷的老鼠能夠扺抗大劑量LPS誘導的休克。LPS為一種脂多糖，因為它是強大的免疫刺激劑而讓做生物藥物的人經常頭痛。

在TLR諾貝爾獎頒發的2011年, Ruslan Metzhitov早己不是博後，而是HHMI研究員和耶魯教授，譽滿全球的免疫學家。當然Ruslan與Janeway發現係列TLRs時還隻是博後，這裏可看我以前提出的導師與學生分享諾貝爾獎的三項原則之一：應該是隻有自己研究組的原創，沒有來自外校的競爭。這裏Ruslan Metzhitov的氣憤可想而知，他曾經在一個報告會議上控訴，有人為了榮譽甚至不惜更改Charlie Janeway的Wiki網頁，這是不點名的指控Bruce Beutler。耶魯與西南兩邊基本鬧翻了，TLR4是耶魯人發現的，西南人發現它是LPS的受體，誰重誰輕大家自己看吧。

Ruslan的妻子是日裔美國院士Akiko Iwasaki，現在病毒免疫領域如日中天的人物。前不久北大羅金才教授領導的研究組發表的關於腦淋巴係統與癌症關係的論文，與Akiko Iwasaki形成了直接的競爭，相互重複了各自的結果。

那次諾貝爾獎如果僅授予TLR會最公平，讓Jules Hoffmann，Ruslan Metzhitov和Bruce Beutler分享，應該皆大歡喜。但是諾貝爾委員會硬要在那年加入發現DC的Ralph Steinman, 這位洛克菲勒教授在頒獎前三天去世了。他的發現也是在博後期間完成的，更老的猶太導師早就去世幾十年了。Steinman是阿肯森在麻省總院時的總住院生，阿肯森的直接上級醫生，他們一起結伴訪問過日本，Steinman也是神童Bruce Beutler的博後導師。

總之，2011年的諾貝爾醫學獎充滿傳奇，法國和美國的研究組都出現了指名道姓的發現權之爭。諾貝爾獎也開創了授予去世者的先例，他們是否應該為牛頓、伽利略和達爾文補發諾貝爾獎呢？

mRNA的根基是在美國奠定的，通過純的科學興趣所驅動，當然需要匈牙利裔科學家的頑強和烏茲別克裔科學家的智慧。造就這些科學創造的主要原因是因為美國自由的研究環境，這是很多世界大國無法企及的東西。你如果禁固了人們的思想，就別奢望什麽科學的創造。美國仍然像一塊磁鐵石般，吸引著來自世界各個角落的才子佳人。

Katalin Kariko和Drew Weissman的那篇革命性的Immunity文章，第一作者是唯一的通訊作者。

順時針的四位與mRNA疫苗相關的科學家：Katalin Kariko, Derrick Rossi, Ozlem Tureci, and Ugur Sahin。照片來自波士頓環球報。
Katalin Kariko, 她的丈夫和他們的女兒Susan Francia。匈牙利移民代表美國參加奧運會奪取金牌。
Charlie Janeway和他的第二任妻子免疫學家Kim Bottomly，以及年輕時的Ruslan Metzhitov。Charlie回憶自己因為工作而忽視了第一段婚姻，Kim Bottomly後來離開耶魯免疫係去衛斯理學院做院長, 她和Janeway所生的三個女兒全部是MD。
Ruslan Metzhitov和他的日裔太太Akiko Iwasaki，他們育有兩個女兒。Metzhitov來自前蘇聯的加盟共和國烏茲別克的Tashkent，找到日裔妻子多少為他帶回一些西亞或中亞的文化。