1. DNA和mRNA
中心法则（genetic central dogma）是分子生物学最基础的理论之一：遗传信息可通过复制（Replication）从DNA传递至DNA，可通过转录（Tranion）从DNA传递至RNA，可通过翻译（Translation）从RNA传递至蛋白质。蛋白质反过来协助上述过程（图1）。
图1：中心法则
其中DNA是存储人体遗传信息的载体。人体内绝大部分细胞都带有DNA。DNA需要转化为蛋白质才能够将遗传信息表达出来。整个DNA转化为蛋白质的过程分为两大步：第一步：DNA传递至mRNA，这一步骤称为转录（tranion），发生在细胞核内；第二步：mRNA转化为蛋白质，这一步骤称为翻译（translation），发生在细胞质中。
mRNA（信使RNA）是一种单链长核糖核酸，能够传递DNA中的遗传信息，经过翻译合成蛋白质。mRNA是DNA转化为蛋白质的中间体，mRNA相当于指令，能够指导自身细胞生产出特定的蛋白（图2）。
图2：mRNA产生特定蛋白
2.mRNA药物介绍
mRNA药物进入体内后，可以由自体细胞表达出特定的蛋白质，避免了体外因素影响；可以通过内源表达功能蛋白调节人体免疫系统，并消除包括癌细胞在内的自体威胁。相比于传统治疗，mRNA疗法具有靶向性更强，合成更简单，适应范围更广，可替代蛋白质治疗等多种优势。目前mRNA药物主要有三大应用方向，包括感染性疾病疫苗（预防性疫苗）、肿瘤治疗（治疗性疫苗）、蛋白替代疗法（治疗性药物）。
目前mRNA技术在预防性疫苗应用上较为突出，其开发速度快，应对突发性流行病学危机优势明显，同时产能爬坡速度极快，批次产量。与传统疫苗相比，mRNA疫苗具有优异的免疫激活能力，通过内源性表达抗原蛋白，可以诱导更为广泛有效的细胞免疫及体液免疫反应，产生更高的保护率。mRNA技术优势明显，将成为新型疫苗开发的重要选择。
3. mRNA的结构成分
图3：mRNA结构组成
与DNA一样，mRNA中的遗传信息包含在核苷酸序列中，这些核苷酸排列成密码子，每个密码子由三个核糖核苷酸组成。因此，通过刺激真核细胞mRNA合成机制来完成体外RNA转录，能够确保mRNA在体内的表达。所以mRNA的优化对于成功的mRNA治疗至关重要。(图4)
图4. 体外转录(IVT) mRNA及翻译起始
4. mRNA翻译和衰变
真核mRNA翻译起始是一个精细调控的过程，涉及到组装一个多蛋白及RNA复合物，指导核糖体到起始密码子。而mRNA在核糖体中会被解码，产生特定的氨基酸链。研究发现翻译过程和mRNA衰变过程之间存在一种平衡（图5）。
图5. mRNA衰变的机制
先前的研究表明，结构元件与mRNA的衰变密切相关，尤其是5 'CAP和poly(A)尾。基于这些功能元件的重要性，有大量研究集聚焦于mRNA结构的优化，如开发一系列5 '帽类似物、改变poly(a)尾长度等。
5. mRNA设计与CAP介绍
这一部对mRNA设计进行了介绍。首先介绍的是5 'CAP。mRNA 的 5' 端称为CAP的甲基化结构组成。帽决定了蛋白质合成的速率，因为没有帽的 mRNA 与核糖体的结合很差。5 '帽位于mRNA的5 '端，甲基化程度不同（图6），许多mRNA结构优化策略致力于优化帽类似物。接着介绍的是poly(A)尾。Poly(A)尾通常由10-250个腺嘌呤核糖核苷酸组成。Poly(A)尾是mRNA的动态添加物，其的长度对mRNA翻译效果和蛋白表达起着至关重要的调控作用。
介绍5′-UTRs和3′-UTRs，mRNA 3′和5′末端的UTRs不编码蛋白但在调控mRNA翻译和蛋白表达中起重要作用。UTRs参与mRNA的亚细胞定位，调节mRNA的翻译效率和稳定性。5′-UTRs和3′-UTRs共同调控蛋白质的表达水平，5′-UTRs主要参与启动翻译过程，而3′-UTRs主要影响mRNA的稳定性和半衰期。对开放阅读框（ORF）进行了介绍，ORF的设计主要集中在密码子的优化和功能肽的引入以及复制过程。
图6. 商业化和常用的Cap
5' Cap保护大部分真核细胞mRNA的5'端都有一个反式7-甲基鸟嘌呤-三磷酸核苷（m7Gppp)的起始结构，称为5'-帽结构，原核生物mRNA没有这种结构。5'-CAP结构对稳定mRNA及其翻译具有重要意义，它将5'端封闭起来，可免遭核酸外切酶水解；还可作为蛋白合成系统的辨认信号，被一种帽子结合蛋白识别并结合，促使mRNA与核糖体小亚基结合，进而启动翻译过程。mRNA不被外切酶降解，与3'端的poly A尾、poly A结合蛋白（PAPB）和翻译起始因子蛋白协同作用，起始蛋白质的翻译。体外转录（In Vitro Tranion，IVT）的加帽是常用的加帽方式，可以在IVT时加帽（即共转录加帽），也可以在IVT结束后加帽（即酶法加帽）。
应当注意mRNA可以被反向加帽，从而导致快速地降解和较低的翻译效率。为了避免反向加帽，抗反向盖帽类似物（anti-reverse cap analogs，ARCA）被开发和使用，从而确保加帽的正确性。过去的几年时间，更多的核苷酸修饰致力于使用ARCA，如新开发的Clean Cap类似物。所以，稳定的、正确方向的帽子结构应当被考虑到高效的mRNA疫苗中。
CAP结构有一个固定的组成示意图（保护基团、修饰基团、碱基序列可调整）：（图7）
图7：mRNA CAP type
m7G+5',5'-triphosphate chain+the first transcirbed nucleotide
帽子结构对于mRNA来说，就像是一定钢盔，既可以保护mRNA免遭荼毒，又能够通过化学修饰在钢盔上加上烙印，便于被其他成员识别。mRNA疫苗研发中，通过共转录方式加帽，能够更加迅速提升mRNA疫苗产能。
6. 合成CAP的工艺介绍：
合成CAP的工艺路线多种，但大体路线基本一致（图8）。
图8：合成CAP工艺路线示意图
7. 所用到的基础原料（瑞博奥医药科技）
因mRNA制备中修饰基团、保护基团、序列、后期脱保护等原因，会有多种变体。以下只列出部分基础原料（图9），都可大规模提供。可继续二次组装，多次组装。
图9：CAP的部分基础原料
8.关于瑞博奥科技：
瑞博奥是专注精细化工领域，是集研发、生产和销售为一体的综合性公司，为药厂及创新药物研发机构提供产品开发、供应以及技术服务。
