mRNA疫苗科学研究态势与前沿热点分析☆

孙轶楠; 李永洁; 王德超; 唐小利

doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.20241001

科学观察 ›› 2025, Vol. 20 ›› Issue (2) :28-35 DOI: 10.15978/j.cnki.1673-5668.20241001

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mRNA疫苗科学研究态势与前沿热点分析^☆

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Analysis of the Scientific Research Trend and Frontier Hotspots of mRNA Vaccines

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摘要

[目的/意义] mRNA疫苗的一鸣惊人使其相关技术成为新一代疫苗的候选者。mRNA疫苗属于第三代疫苗,具有细胞内表达速度快、制备工艺简单、研发周期短等优势。通过文献分析揭示mRNA疫苗领域的全球发展态势,明确其在科学研究中的研究热点与创新前沿。[方法/过程] 基于2015—2024年mRNA疫苗相关科学论文，利用文献计量学方法揭示mRNA疫苗领域科学研究态势，且利用文本挖掘对比新型冠状病毒肺炎暴发前后mRNA疫苗领域的研究热点。此外，构建论文与专利的引用关系网络，识别mRNA疫苗领域创新前沿。[结果/结论] 新型冠状病毒肺炎的暴发,推动了mRNA疫苗的快速发展。目前，发现mRNA疫苗的创新前沿仍聚焦在目标靶点的序列选择、mRNA的设计优化、递送载体封装、生产质控和大规模产业化，以期为mRNA疫苗科学研究与技术研发提供参考依据。

Abstract

[Objective/Significance] The breakthrough of mRNA vaccines has made their related technologies a candidate for the next generation of vaccines. mRNA vaccines belong to the third generation of vaccines and have advantages such as fast intracellular expression, simple preparation process, and short research and development cycle. Through literature analysis, reveal the global development trend of the mRNA vaccine field and clarify its research hotspots and innovative frontiers in scientific research. [Method/Process] Based on the scientific papers related to mRNA vaccines from 2015 to 2024, the bibliometric method was used to reveal the scientific research trend in the field of mRNA vaccines, and text mining was used to compare the research hotspots in the field of mRNA vaccines before and after the COVID-19 outbreak. In addition, constructing a citation relationship network between papers and patents to identify the forefront of innovation in the field of mRNA vaccines. [Results/Conclusions] The outbreak of novel coronavirus pneumonia has promoted the rapid development of mRNA vaccines. At present, it was found that the innovation frontier of mRNA vaccines still focuses on sequence selection of target sites, optimization of mRNA design, encapsulation of delivery vectors, production quality control, and large-scale industrialization, in order to provide reference for scientific research and technological development of mRNA vaccines.

Graphical abstract

关键词

mRNA疫苗 / 文献计量 / 发展态势 / 研究热点 / 创新前沿

Key words

mRNA vaccine / bibliometrics / development trend / research hotspots / innovation frontier

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孙轶楠, 李永洁, 王德超, 唐小利. mRNA疫苗科学研究态势与前沿热点分析^☆[J]. 科学观察, 2025, 20(2): 28-35 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20241001

Sun Yinan, Li Yongjie, Wang Dechao, Tang Xiaoli. Analysis of the Scientific Research Trend and Frontier Hotspots of mRNA Vaccines[J]. Science Focus, 2025, 20(2): 28-35 DOI:10.15978/j.cnki.1673-5668.20241001

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0 引言

近年来,mRNA疫苗技术取得了革命性进展,它为迅速应对新出现的病原体提供了一个灵活高效的开发平台,使得疫苗研制工作更为快速和精准。mRNA（信使核糖核酸）是生物体内的一种重要分子，它的主要功能是传递DNA中的遗传信息，在细胞质中的核糖体上将DNA遗传信息翻译合成蛋白质^[1]。mRNA疫苗是基于mRNA指导蛋白合成的特性，在体外设计合成含有编码特定抗原的mRNA序列，经过必要的修饰和纯化等加工，通过不同的方式递送至人体细胞内，直接表达翻译刺激细胞产生抗原蛋白，通过模拟病毒感染，引发机体体液和细胞产生特异性免疫反应，从而产生免疫保护的疫苗产品^[2]。1990年，科学家将体外合成的mRNA注射到小鼠体内，发现可以在骨骼肌细胞中成功观察到相应蛋白的表达，从而验证了体外合成的mRNA能够在细胞中正常表达，为此后mRNA疫苗的研究和发展奠定了基础^[3]。

当新型冠状病毒肺炎在全球范围暴发时，mRNA技术的优势显现出来。传统的疫苗开发需要对病毒进行灭活处理或使用腺病毒载体，研发周期长且风险大。而mRNA疫苗的无细胞生产方式不仅加快了疫苗的研发周期，还提高了生产效率和规模化生产的可能性^[4]。2021年，《麻省理工科技评论》（MIT Technology Review）发布 “全球十大突破性技术”榜单，mRNA新冠疫苗位列榜首^[5]。2023 年诺贝尔生理学或医学奖授予医学家卡塔林·卡里科（Katalin Karikó）和德鲁·魏斯曼（Drew Weissman），以表彰2人在核苷碱基修饰方面的发现，这些发现使得针对新型冠状病毒肺炎的有效mRNA疫苗得以开发^[6]。mRNA疫苗的出现，不仅为全球抗击新冠病毒提供了有力武器，也引发了全球范围内对mRNA技术的关注和研究。mRNA技术主要被应用在传染病和肿瘤防治中，流感疫苗、呼吸道合胞病毒（RSV）疫苗、狂犬疫苗等mRNA疫苗均有在研或上市产品。

鉴于此，本文利用文献计量学方法，从论文发表年度趋势、国家、机构、期刊等角度揭示mRNA疫苗领域科学研究态势。采用关键词共现、文本聚类的方法，对比新型冠状病毒肺炎疫情暴发前后mRNA疫苗领域的研究热点与趋势。利用论文-专利之间的引用关系，构建论文-专利的引用关系网络，识别mRNA疫苗领域创新前沿，以期为mRNA疫苗的基础研究、技术研发提供参考依据。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

科学论文可以反映mRNA疫苗领域基础研究发展态势。以科睿唯安公司Web of Science平台核心合集数据库为数据源，通过文献调研与专家咨询构建mRNA疫苗检索式，检索并获得2015—2024年mRNA疫苗相关科学论文12450篇，检索时间为2024年9月16日。

1.2 分析方法

文献计量学是利用数学和统计学的方法，定量分析某领域相关文献并揭示其发展态势的一种方法。基于文献计量学，本研究利用Web of Science核心合集数据库和Incites数据库，以及Derwent Data Analyzer（DDA）软件统计该领域年度发文数量，国家、机构、期刊的分布情况，分析mRNA疫苗领域的基础研究现状。同时，利用VOSviewer软件对数据进行处理和分析，通过文献关键词共现绘制知识图谱，对比分析不同时间窗下mRNA疫苗领域的研究重点和热点动态。最后，基于论文被专利引用的关系构建引用网络，绘制创新前沿图谱，识别mRNA疫苗领域技术创新前沿。

2 科学研究态势

2.1 mRNA疫苗领域论文发表趋势分析

统计2015—2024年近10年mRNA疫苗领域全球、中国、美国、德国、日本论文发表数量，并分析其趋势（图1）。美国、德国、日本发文量年度变化趋势与全球情况大致相同，2020—2022年论文数量呈直线增长趋势，2022年达到峰值。中国的论文发表数量也从2020年开始增长，2023年达到峰值，相比全球、美国、德国、日本晚一年。整体而言，2020年，受新型冠状病毒肺炎疫情暴发的影响，mRNA疫苗的研究进入快速发展期。

2.2 mRNA疫苗领域论文发表主要国家及其影响力分析

基于Incites数据库，统计、分析2015—2024年近10年mRNA疫苗领域发表论文数量最多的前20个国家的篇均被引频次、学科规范化的引文影响力（CNCI）、相对于全球平均水平的影响力3个指标（表1）。“学科规范化的引文影响力（CNCI）”与“相对于全球平均水平的影响力” 均可以表征某组论文与全球总体出版物的引文影响力比值。全球平均值为1，当该指标大于1时，则表明某组论文的学术影响力已高于全球平均水平。

美国、德国、英国、加拿大论文发表数量较多，且论文影响力也很高，拥有高质量高水平的论文；中国、日本、意大利虽然论文发表数量排名位于第2、3和5，但其论文影响力均低于全球水平；法国、以色列、荷兰、比利时、瑞典等国家论文数量虽然不多，但论文影响力指标均很高，已超过全球平均水平。

2.3 mRNA疫苗领域论文发表主要研究机构分析

统计全球mRNA疫苗领域的主要研究机构，前10位如表2所示，排名前3位的分别是哈佛大学、加州大学系统、美国国立卫生研究院。10家研究机构有6家来自美国、2家来自法国、1家来自以色列、1家来自英国，以科研院所为主。中国的主要研究机构Top10均为大学、科研院所等。

2.4 mRNA疫苗领域论文刊载期刊分析

作为传播科学知识的载体，期刊在促进学科发展与学术交流中起重要作用。期刊刊载论文数量统计结果表明，2015—2024年，mRNA疫苗领域12450篇论文发表在1894种期刊上，发文量排名前10的期刊如表3所示。发文量前3的期刊分别是Vaccines、Frontiers In Immunology、Vaccine。

3 研究热点与创新前沿

3.1 研究热点

VOSviewer是荷兰莱顿大学科技研究中心的NeesJanvanEck和LudoWaltman于2009年开发的一款基于JAVA的免费软件^[7]。为探索该领域的热点，本研究通过VOSviewer软件绘制高频关键词共现网络，并进行聚类可视化。考虑到2020年新型冠状病毒肺炎疫情暴发，因此将论文按照2015—2019年、2020—2024年2个时间窗进行划分，分别进行论文关键词聚类，得到论文主题，以揭示并对比该领域可能的一些新的研究趋势。

2015—2019年，mRNA疫苗领域论文主题聚类可分为7类（图2），不同颜色代表不同的类别，每个类别经过文献调研与专家判读，主要内容为：基于机体免疫效应机制的mRNA疫苗研发（红色）、基于中心法则的病毒理化特性研究（绿色）、疫苗和药物载体递送系统研究（深蓝色）、疫苗应用后机体免疫应答研究（黄色）、实体肿瘤的mRNA疫苗研发（紫色）、疫苗上市前的安全性及应用挑战（浅蓝色）、不同种类病毒感染后诱导机体的免疫应答类型（橘色）。

同样，2020—2024年，mRNA疫苗领域论文主题聚类可分为5类（图3），不同颜色代表不同的类别，每个类别经过文献调研与专家判读，主要内容为：复杂系统下基于多组学的病毒感染和免疫应答研究（红色）、COVID-19感染引起的机体多器官损伤及其mRNA疫苗研发（绿色）、多维度mRNA疫苗递送系统的优化研究（蓝色）、冠状病毒引起的机体免疫应答和损伤（黄色）、高危易感人群当中的COVID-9致病机制研究（橘色）。

3.2 创新前沿

专利文献对科学论文的引用在一定程度上可表征科学与技术的关联,即科学研究对技术研发的影响或推动。笔者团队曾提出，从科学与技术的交叉交互中可以识别创新前沿，重大创新突破的启动点往往源于科学与技术的交叉处，始于科学与技术的交互中。创新前沿应该是离技术或产品更近的突破性、前瞻性研究领域^[8]。因此，本研究从科学与技术的交叉处出发，以论文表征科学、专利表征技术为基础，利用论文被专利引用的关系，构建论文-专利的引用关系网络，通过聚类算法以识别出创新前沿，揭示出建立在科学知识基础上的核心技术。

Lens.org平台是由Cambia（独立的非营利性机构）和昆士兰理工大学联合开发的，把全球所有的专利族和它们引用的科技论文的PMID号、DOI号进行映射,可以检索一篇论文被专利引用的情况,建立专利和学术的关联^[9]。Lens.org平台上检索结果表明，2015—2024年mRNA疫苗相关科学论文12450篇中有992篇论文被专利引用，施引专利2939件。利用论文被专利引用的关系，构建论文-专利的引用关系网络，网络中包含3931个节点(992个论文节点、2938个专利节点)与6171条边，将论文节点入度与专利节点出度的阈值均设置为5筛选节点，通过Gephi软件提供的基于Modularity的社团划分算法对节点进行聚类，最终得到包含11个类别的聚类结果，11个颜色不同的区域代表不同的类别，结果如图4所示。经过领域专家解读每个类别的论文、专利，给创新前沿主题进行命名，经过筛选与合并，得到8个创新前沿主题，结果如表4所示。

4 总结

本文利用文献计量学的方法，从论文发表年度趋势、国家、机构、期刊等角度揭示mRNA疫苗领域科学研究态势。采用关键词共现、文本聚类的方法，对比新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情暴发前后mRNA疫苗领域的研究热点与趋势。利用论文-专利之间的引用关系，构建论文-专利的引用关系网络，识别mRNA疫苗领域创新前沿，以期为mRNA疫苗领域未来基础研究、技术研发提供参考依据。

美国、德国、日本、中国发文量年度变化趋势与全球情况大致相同。2020年受新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情暴发的影响，推动mRNA疫苗的研究进入快速发展期，论文发表数量在2022—2023年达到峰值。美国、德国、英国、加拿大论文发表数量较多，且论文影响力也很高；中国、日本、意大利虽然论文发表数量排名位于第2、3和5，但其论文影响力均低于全球水平；法国、以色列、荷兰等国家论文数量虽然不多，但论文影响力指标均很高，已超过全球平均水平。中美的研发机构均以大学、科研院所为主。

对比2015—2019年、2020—2024年mRNA疫苗领域论文主题变化，可以发现以下特点：1）在COVID-19暴发初期，关于各类冠状病毒的对比研究比较多；2）高通量测序技术、基因组学、蛋白质组学等先进技术逐步应用在mRNA疫苗的研发中；3）mRNA疫苗正式进入临床试验阶段，通过引入脂质纳米颗粒改进mRNA递送，是改善整体mRNA质量的关键技术创新；4）高危易感人群（老年人、孕妇、婴儿等）以及长期使用免疫抑制剂这类特殊人群的COVID-19致病机制研究成为重点。

通过对mRNA疫苗领域8个创新前沿的解读可以发现：近年来，mRNA技术在COVID-19疫苗的研发中取得了重大突破，mRNA疫苗作为一种新型疾病治疗手段，其在肿瘤、罕见病、慢性疾病、新型病原体的防治产品开发上具有特异性高、生产快速、简便经济等优势。技术创新是推动mRNA疗法发展的关键因素。纳米粒子技术,mRNA的化学修饰、自动化mRNA合成套件和生物平台技术，利用脂质纳米颗粒递送策略，结合基因编辑系统等新兴技术正在不断优化mRNA药物的递送效率和稳定性，从而达到有效、安全的应用价值。

mRNA技术已经取得了实质性的进步，重点技术环节是目标靶点的序列选择、mRNA 的设计优化、递送载体封装、生产质控和大规模产业化。mRNA技术在癌症免疫治疗、基因治疗等应用中具有很大的前景。相信mRNA技术的进步将继续推动新一代高效、靶向性更好的mRNA治疗平台的发展，为更多疾病带来革命性的干预措施。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

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基金资助

^☆ 中国医学科学院医学与健康科技创新工程重大协同创新项目“生物医学文献信息保障与集成服务平台”(2021-I2M-1-033)

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Published
2025-04-15
Online Date
2025-04-29

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