mRNA 治療（mRNA therapeutics）的崛起：從遺傳訊使到顛覆醫療的技術平台
- Jason Lu
- 1月9日
- 讀畢需時 6 分鐘
前言
信使核醣核酸（messenger RNA，mRNA）曾經只是分子生物學實驗室中的研究主題，但在近十年間，已成為現代醫療中最具顛覆性的技術之一。COVID-19 疫情讓 mRNA 疫苗走入大眾視野，但這並非一夕之間的奇蹟，而是數十年基礎研究、工程突破，以及對 RNA 脆弱特性的持續克服所累積的成果。
如今，mRNA 治療（mRNA therapeutics） 已不再只是「傳遞遺傳訊息的分子」，而被視為一種可程式化的醫療平台，能夠應用於感染性疾病、癌症、罕見疾病，以及再生醫學等多個領域。mRNA 不再只是單一用途的藥物，而更像是一段生物軟體，指示細胞在特定時間、以可控方式製造治療性蛋白質。
本文將深入解析 mRNA 治療背後的科學與工程原理，涵蓋其分子結構、合成製造方式、新興 RNA 模態，以及臨床應用版圖。無論你是生醫研究人員、正在學習 RNA 生物學的學生，或希望從系統層級理解技術趨勢的產業工作者，這篇文章都將說明為何 mRNA 治療正在重塑未來醫療。
什麼是 mRNA 治療（mRNA therapeutics）？
mRNA 是一種單股核酸，負責將 DNA 中的遺傳資訊傳遞至核糖體，進而合成蛋白質。在治療應用中，合成 mRNA 被設計來表現特定蛋白質，以達到預防疾病、補充缺失功能，或啟動免疫反應的目的。
mRNA 治療最重要的特點之一，是其暫時性（transient）。與 DNA 基因治療不同，mRNA 不會整合進基因體，也不會長期存在於細胞內。在完成蛋白質翻譯後，mRNA 會被細胞自然分解。這種短暫但可控的表現特性，使 mRNA 治療在安全性上具有顯著優勢，特別適合需要精準、非永久性蛋白表現的應用場景。
mRNA 治療的結構：安全且有效表現的藍圖
一條成熟、可用於 mRNA 治療的 mRNA 分子，包含數個關鍵結構元件：
5′ Cap：修飾過的鳥嘌呤結構（m⁷GpppN），可提升穩定性並促進核糖體辨識
5′ 非轉譯區（5′ UTR）：調控轉譯起始效率
開放閱讀框（ORF）：編碼目標治療蛋白
3′ 非轉譯區（3′ UTR）：影響 mRNA 穩定性與轉譯動態
Poly(A) Tail：透過 poly(A) 結合蛋白提升穩定性與轉譯效率
這些結構並非隨意組合。現代 mRNA 治療仰賴對 cap 結構、UTR 序列、密碼子使用，以及 poly(A) 長度的精密設計，以在表現效率、免疫反應與製造可行性之間取得平衡。
mRNA 治療的製造：從 DNA 模板到藥物成品
目前大多數 mRNA 治療產品，皆透過**體外轉錄（in vitro transcription, IVT）**製造。此為一種無細胞的酵素反應，利用如 T7 噬菌體 RNA 聚合酶，將線性 DNA 模板轉錄為 RNA。
為降低先天免疫系統的活化並提升蛋白表現，製程中常以修飾核苷取代尿嘧啶，例如假尿苷（pseudouridine, Ψ）或 N1-甲基假尿苷（m¹Ψ）。這些修飾可降低免疫感知，同時提升轉譯效率。
在製造層面，雜質控制是關鍵挑戰之一，尤其是雙股 RNA（dsRNA），其可能引發非預期的免疫反應。隨著酵素改良、反應條件優化，以及下游純化技術的進步，目前已能生產出高完整性、適用於臨床與商業化的 mRNA 產品。
mRNA therapeutics 的臨床應用
mRNA 治療的核心優勢，在於其幾乎能編碼任何蛋白質，使單一平台得以支援多元治療策略。
疫苗
COVID-19 疫苗展現了 mRNA 平台前所未有的速度與可擴展性。相較於傳統疫苗，mRNA 疫苗不具感染性、無需細胞培養，也能快速因應病原變異進行重新設計。
癌症免疫治療
在腫瘤領域，mRNA 可用於表現腫瘤相關抗原或病人專屬的新生抗原（neoantigens），以誘發精準的免疫反應。個人化癌症疫苗與免疫調節型 mRNA 治療正快速發展中。
蛋白質替代治療
對於因基因缺陷導致蛋白質缺失或功能異常的疾病，mRNA 治療提供一種不整合基因體的替代方案。透過暫時性蛋白表現，可在降低長期風險的同時達到治療效果。
再生醫學
mRNA 也廣泛應用於細胞重編程與再生醫學。利用 mRNA 暫時表現轉錄因子，可生成誘導型多能幹細胞（iPSCs），或引導分化，而無需使用病毒載體，提升安全性。
環狀 RNA 與自我擴增 RNA：擴展 mRNA 治療工具箱
環狀 RNA（circRNA）
環狀 RNA 為首尾共價連結的 RNA 分子，缺乏自由的 5′ 與 3′ 端，使其對酵素降解具有高度抗性。工程化的 circRNA 可支持更長時間的蛋白表現，具備成為長效型 mRNA 治療的潛力，但仍面臨轉譯效率、量產與法規定義等挑戰。
自我擴增 RNA（saRNA）
自我擴增 RNA 內含病毒複製子系統，可在細胞內進行 RNA 複製，大幅放大表現量。此特性使 saRNA 在疫苗開發中極具吸引力，尤其適合劑量節省需求高的應用。
mRNA 治療的遞送系統
有效遞送仍是 mRNA 治療的核心瓶頸之一。脂質奈米粒子（LNP） 目前為主流遞送技術，能保護 mRNA、促進細胞攝取，並協助內涵體逃脫。
同時，次世代遞送系統也持續發展中，包括具靶向性的 LNP、聚合物奈米粒子，以及 RNA 載體外泌體，目標在於提升組織專一性與重複給藥可行性。
mRNA 治療與其他治療模態的比較
相較於 DNA 基因治療，mRNA 治療不需進入細胞核，也不具基因整合風險；相較於重組蛋白藥物，mRNA 治療能直接利用細胞自身的蛋白製造系統，加快設計與迭代速度。
因此，mRNA 治療被視為一種以資訊為核心的藥物形式，介於傳統生物製劑與基因治療之間。
結語：為何 mRNA 治療代表未來醫療
mRNA 治療徹底改變了藥物開發的思維方式。藥物不再只是固定的化學分子，而是可被設計、調整與快速部署的生物指令。
隨著 RNA 化學、遞送技術與製造能力的持續進步，mRNA 治療正從疫情時代的解方，轉變為現代醫療的長期基石。這場轉變，才正要開始。
mRNA 技術顧問服務（mRNA Technical Consulting Services）
當 mRNA 治療從概念走向實際開發，許多團隊會發現，最大的挑戰往往不在科學想像，而在技術與執行層面。RNA 設計、遞送策略、製造可行性，以及跨部門溝通的早期決策，往往決定了一個專案是否能順利推進至臨床。
我提供mRNA 技術顧問服務，協助生技新創、學研衍生公司，以及早期治療計畫，將複雜的 mRNA 科學轉化為可開發、可落地的技術策略。
憑藉在 mRNA 設計、遞送平台、體內外評估，以及早期 CMC 視角的實務經驗，我專注於協助團隊在生物、製劑與製造交界處，釐清風險、做出正確的技術選擇。
服務內容可能包括：
mRNA 治療專案的技術策略評估
平台與模態選擇（線性 mRNA、saRNA、circRNA）
從開發與 CMC 角度進行的早期技術風險分析
遞送與製劑策略討論
跨領域技術溝通與決策支援
若你正在建立或評估 mRNA 治療專案，並希望與一位真正理解科學與下游開發影響的技術夥伴討論，歡迎與我聯繫。
References
Kwon H, et al. (2018). Emergence of synthetic mRNA: In vitro synthesis of mRNA and its applications in regenerative medicine. Biomaterials, 156, 172–193.
Tran T. (2011). Enhancing mRNA Stability through the Addition of Stabilizing Untranslated Regions. MIT Undergraduate Thesis.
Karikó K, et al. (2008). Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity. Molecular Therapy, 16(11), 1833–1840.
Liu C-X, Chen L-L. (2022). Circular RNAs: Characterization, cellular roles, and applications. Cell, 185(12), 2016–2034.
Mumtaz PT, et al. (2020). Deep Insights in Circular RNAs: From Biogenesis to Therapeutics. Biological Procedures Online, 22:10.
He W, et al. (2024). Effective Synthesis of High-Integrity mRNA Using In Vitro Transcription. Molecules, 29(11), 2461.
Harries LW. (2019). RNA Biology Provides New Therapeutic Targets for Human Disease. Frontiers in Genetics, 10:205.
Liu M, et al. (2024). Rational Design of Untranslated Regions to Enhance Gene Expression. Journal of Molecular Biology, 436, 168804.
留言