医药生物行业深度报告：商业化时代来临，mRNA技术有望迎来黄金十年

中心思想

mRNA技术商业化浪潮与市场潜力展望

本报告核心观点指出，随着2020年两款mRNA疫苗的成功上市，mRNA技术已正式迈入商业化时代，预示着未来十年将是其快速发展的“黄金十年”。该技术凭借其独特的优势和广泛的应用潜力，正迅速拓展其市场边界。根据权威预测，到2035年，全球mRNA市场总规模有望达到230亿美元，其中非新冠产品将占据主导地位，预计贡献180亿美元，并在2025年至2035年间实现高达68%的复合年增长率（GAGR），展现出巨大的市场增长潜力和投资价值。

核心技术壁垒与产业链价值聚焦

报告深入分析了mRNA技术发展所面临的核心壁垒，主要集中在递送系统、序列优化和生产工艺三大方面。这些壁垒不仅涉及复杂的科学原理，更与专利保护和精密的工艺参数紧密相关，构成了行业进入的较高门槛。同时，报告对mRNA产业链的价值分布进行了详细拆解，明确指出在疫苗生产成本中，帽子类似物和工具酶作为关键上游原材料，占据了最高的价值量。这为投资者识别产业链中的核心环节和潜在投资机会提供了清晰的指引。

主要内容

mRNA技术概览与市场展望

mRNA技术：通用型技术平台，正处于快速发展期

基础概念：mRNA是什么？

mRNA（信使核糖核酸）在细胞生物学中扮演着连接DNA遗传信息与蛋白质合成的桥梁角色。它由DNA模板转录而来，携带特定的遗传指令，随后在细胞质中通过核糖体进行“翻译”，指导细胞精确地生产所需的胞内蛋白、膜蛋白及胞外蛋白。以mRNA疫苗为例，其核心作用原理在于将编码特定抗原的mRNA分子，通过先进的递送系统有效地导入人体细胞内。一旦进入细胞，这些mRNA分子便会利用细胞自身的翻译机制，合成出相应的抗原蛋白。这些抗原蛋白随后被免疫系统识别，从而有效激发起机体的细胞免疫和体液免疫反应，为人体提供针对病原体的保护。

mRNA技术因其独特的优势而具有广泛的应用前景。相较于传统的灭活/减毒疫苗、亚单位疫苗和基因工程疫苗，mRNA疫苗具有研发周期短、生产工艺简单、扩产容易、无需佐剂、有效性高以及不进入细胞核、安全性较好等显著优点。例如，在应对病毒变异时，mRNA疫苗仅需在成熟技术平台上更换抗原序列，可在4-6周内实现更新换代。理论上，mRNA能够表达任何蛋白质，因此可以作为一种极具潜力的通用技术平台，广泛应用于传染病预防、肿瘤免疫治疗、蛋白替代、CAR-T、基因编辑等多个领域，主要可分为预防疫苗、治疗疫苗和治疗药物三大类。目前，预防疫苗领域的布局最为丰富，其次是治疗药物领域。

发展历程：分子修饰、递送等关键技术实现突破，商业化时代开启

mRNA技术从1961年mRNA的发现到其作为商品首次上市，经历了约60年的发展历程，期间关键技术不断突破。在1961年至1990年间，mRNA从理论概念逐渐走向现实，明确了其具体机制和作为“指挥官”的发展潜力。1990年至2009年，分子修饰等关键技术的进步使得mRNA在人体上的应用成为可能，例如2005年发现化学修饰可降低mRNA免疫原性，2009年首次在人体上应用于癌症免疫治疗。2009年至2020年，递送技术的显著进展，特别是脂质纳米颗粒（LNP）递送系统专利的申请和Moderna等mRNA领导企业的成立，推动了mRNA人体临床试验的大规模开展。2015年首个LNP递送的mRNA疫苗进入临床，LNP递送技术和序列修饰技术的成熟为mRNA行业发展注入了强大动力。

2020年至今，随着全球首个mRNA商业化产品mRNA-1273的上市，mRNA技术正式开启了商业化时代，并迅速获得了资本市场的青睐。中国mRNA技术行业也随之蓬勃发展，在前期技术积累和资本市场助力的双重驱动下，mRNA技术有望进入快速发展的黄金十年。

市场规模：预计2035年mRNA领域市场有望达230亿美元

根据PubMed的预测数据，mRNA技术市场展现出巨大的增长潜力。预计到2035年，全球mRNA市场总规模将达到230亿美元。值得注意的是，其中非新冠产品有望贡献180亿美元，这表明mRNA技术的应用范围和市场价值正超越新冠疫情的特定需求。在2025年至2035年间，mRNA市场的复合年增长率（GAGR）预计将高达68%，预示着一个高速增长的时期。

具体到细分市场：

• 预防疫苗领域：预计到2035年市场规模将达到120-150亿美元。其中，新冠疫苗在2021年贡献了约570亿美元（辉瑞/BioNTech/复星约400亿美元，Moderna约170亿美元），但考虑到加强针接种和降价趋势，预计到2035年其贡献将稳定在50亿美元左右。其他疫苗品种预计在2024-2025年开始进入市场销售，随着市场的开拓和放量，假设平均每个在研管线的销售峰值为8亿美元，预计到2035年销售额将达到70-100亿美元。
• 治疗疫苗领域：预计到2035年市场规模将达到70-100亿美元。报告假设个性化肿瘤疫苗的销售峰值为50亿美元，单一肿瘤疫苗的销售峰值为13亿美元。
• 治疗药物领域：预计到2035年市场规模将达到40-50亿美元。报告假设肿瘤、呼吸系统、罕见病等管线的销售峰值分别为11亿美元、18亿美元和5亿美元。

核心技术壁垒与产业链价值分析

关键壁垒：递送系统、序列优化、生产工艺

mRNA疫苗的生产过程涉及分子结构设计、递送系统优化、生产工艺放大等多个复杂环节，每个环节都存在独特的技术壁垒和工艺难点。由于mRNA分子固有的脆弱性，目前尚未完全实现裸露mRNA药物直接注射入人体并发挥作用，因此，开发和优化合适的递送系统成为最关键的部分，也是衡量企业技术实力和核心壁垒的重要体现。此外，在找到合适的递送系统后，如何通过序列优化最大化mRNA的翻译效率，以及如何将实验室中试工艺成功放大并实现稳定生产，形成可靠的供货体系，都是企业需要持续攻克的技术难题。

递送系统：专利保护和工艺参数铸就递送系统的高壁垒

mRNA的脆弱性是其递送成为关键挑战的核心原因。mRNA分子因其较大的尺寸、带电荷特性以及易降解性，难以直接穿透细胞膜并有效进入细胞质。因此，如何将mRNA安全、高效地递送至细胞质中，并及时指导蛋白质生产，是mRNA技术的核心难题。一个优异的递送系统必须能够解决胞外屏障、内体逃逸和胞内免疫这三大挑战。

目前，脂质纳米颗粒（LNP）是mRNA递送系统的主流选择，国际上如Moderna、BioNTech、CureVac以及国内多数mRNA公司均采用LNP系统。LNP主要由阳离子脂质、中性脂质、PEG修饰脂质和胆固醇等四种组分构成，不同分子及其构成比例是各家LNP系统的主要差异所在。阳离子脂质负责与带负电的mRNA结合并促进内涵体逃逸；中性脂质和胆固醇则稳定粒子结构并调节膜流动性；PEG修饰脂质则提高粒子稳定性，延长体循环时间。

LNP递送系统的核心壁垒体现在专利保护和工艺参数的掌握上。

1. 专利壁垒：尽管BioNTech和Moderna的mRNA疫苗均使用了LNP递送系统，但两家公司或多或少都面临着专利纠纷。例如，Arbutus公司拥有LNP递送系统的关键专利所有权（US8058069B2），其专利范围涵盖核酸、阳离子脂质、非阳离子脂质、缀合脂质以及各成分的比例，预计将于2029年到期。这些广泛的专利保护使得其他企业难以绕开。
2. 工艺参数：尽管LNP递送系统的组分及配方已部分公开，但大量的工艺参数仍属于商业秘密。这意味着即使企业了解原材料配比，也可能面临LNP粒径均一性、杂质残留、阳离子脂质导致的细胞毒性、LNP的靶向性以及如何可控地释放包封药物等稳定性问题。

破解这些壁垒的途径包括：一方面，通过购买专利进行合作开发，以技术引进的方式享受mRNA技术带来的红利；另一方面，则需要投入更多时间、资本和技术积累，通过对主流LNP递送系统进行局部优化（如使用降低速度更快的可离子脂质以解决毒性问题），或研发出更好的、可替代LNP的其他高效递送系统（如斯微生物的LPP系统、宾大某课题组的IAJD系统、张锋团队的SEND系统），从而形成自主知识产权。

序列优化：分子修饰专利+高效率加帽构成较大难度

mRNA的基因序列一般由5’-cap（5’端帽子）、5’ UTR（5’端非编码区）、ORF（编码区）、3’ UTR（3’端非编码区）以及Poly(A) tail（多聚腺苷酸尾）组成。通过对mRNA分子序列的精细优化，可以显著提高mRNA分子的稳定性、翻译效率、表达量和半衰期，从而进一步增强mRNA疫苗/药物的安全性和有效性。例如，已上市的两款mRNA疫苗（辉瑞/BioNTech的BNT162b2和Moderna的mRNA-1273）均对mRNA分子序列和结构进行了设计和优化，如均使用假尿嘧啶（ψ）替换尿嘧啶（U）。然而，即使是这些领先产品，也仍存在优化空间。例如，CureVac开发的mRNA疫苗CVnCoV在2b/3期临床试验中保护力仅为47%，其失败原因可能就包括未对编码区的核苷酸进行修饰。

序列优化的核心壁垒在于分子修饰专利和高效率加帽技术。

1. 分子修饰专利：分子修饰的关键专利所有权（US8278036B2）属于宾夕法尼亚大学，预计将于2025年到期。该专利已独家授权给一家mRNA疗法企业，并通过二次授权给了BioNTech和Moderna。该专利的保护范围极广，包括假尿苷、Poly(A)尾、m7GpppG帽/3'-O-甲基-m7GpppG帽、不依赖帽的翻译增强子以及增强翻译的5'和3'非翻译区，其中假尿苷修饰尤为关键。目前，该专利几乎无法绕开，企业通常需要购买该专利授权或开发更合适的分子修饰策略，但后者难度极大。
2. 高效率加帽：在不考虑专利壁垒的情况下，体外转录合成mRNA分子的最关键环节在于如何实现高效率加帽。加帽途径主要分为一步法（共转录加帽）和两步法（转录后加帽）。共转录加帽（如第一代mCap）加帽率较低，且方向易出错；转录后加帽（如第二代ARCA）加帽率有所提高；而第三代CleanCap技术则能实现高达95%的加帽率，且帽子结构正确，mRNA产量高，成本更具优势，工艺更稳定，但其专利壁垒和加帽酶产能受限是挑战。

生产工艺：关键是将mRNA更好地搭载至递送载体上

在mRNA疫苗的生产过程中，如何将mRNA分子高效且稳定地包裹进递送载体中，是核心的生产工艺环节。这一过程通常涉及将含有脂质的乙醇相和含有mRNA的水相进行混合，使其形成脂质超饱和状态，并在毫秒级的时间内自组装成纳米颗粒。目前，可通过微流控、射流等方式实现这一过程。然而，各家企业的生产秘密往往在于其独特的工艺参数。无论是选择Y型微流控、T型微流控还是冲击射流，企业都需要在实际生产过程中不断摸索和优化具体的工艺参数，以形成可用于规模放大的稳定工艺体系。

此外，纯化工艺在整个mRNA生产流程中贯穿始终，高效的纯化策略至关重要。mRNA疫苗生产过程中会产生多种杂质，无论是在质粒生产、质粒纯化与线性化，还是在体外转录、加帽等环节，均会涉及多步纯化与超滤。如何确保上一步工艺不影响下一步工艺，并在纯化过程中保证mRNA和递送系统的稳定性，是生产中的关键挑战。

最后，冷冻等后处理工艺也仍需不断摸索和完善。在大规模生产中，除了LNP粒径均一性、杂质残留等问题外，如何在保持组分活性不下降的情况下，实现更便捷高效的冷冻/干燥，从而保持更长时间的稳定性，也是重要的生产工艺课题。

产业链的核心价值量？帽子类似物、工具酶

以mRNA疫苗为例剖析产业链环节

mRNA技术流程涵盖多个关键步骤，包括mRNA序列克隆至DNA质粒、DNA质粒繁殖、切割出DNA模板、IVT（体外转录）合成mRNA、mRNA修饰、mRNA纯化、微流控组装以及最终的灌装等。根据《新型冠状病毒预防用mRNA疫苗药学研究技术指导原则（试行）》，mRNA疫苗的整体生产流程可划分为三个主要阶段：

1. DNA质粒模板的制备及线性化：mRNA的合成始于质粒DNA（pDNA）的制备。通过电流等方式将环状pDNA导入大肠杆菌进行繁殖扩增，随后裂解菌体、提取并纯化pDNA。利用限制性内切酶将纯化后的环状pDNA切开，形成线性化pDNA，并再次进行纯化以备后续使用。
2. 体外转录、加帽加尾、纯化形成mRNA原液：将线性化pDNA模板与重组RNA聚合酶（如T7、T3或SP6）和核苷酸（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶）等多种物质在无细胞的生物反应器内混合，进行化学酶促反应以生产mRNA。随后，通过多种纯化方式获得mRNA原液，并进行加帽加尾修饰以提高稳定性和翻译效率。
3. 制剂的生产：利用微流控设备精确控制mRNA原液和脂质流速，将它们混合并自组装成脂质纳米颗粒（LNP）。最后，进行成品的灌装及质量控制，贴签形成最终产品。

价值量最大环节在于帽子类似物和工具酶

对mRNA疫苗生产成本的详细拆解显示，产业链中不同环节的价值量分布存在显著差异。单剂mRNA疫苗的售价通常在15-20美元，毛利率约为85%，这意味着其生产成本大约在1-3美元之间。在总生产成本中，原材料占比最高，达到41.70%-55.90%，其次是设备/耗材，占比为23.90%-31.70%。

进一步细分原材料成本构成，可以发现帽子类似物和工具酶占据了核心价值量：

• 帽子类似物：在原材料成本中占比高达46%，是单一价值量最大的组分。
• 工具酶：包括T7 RNA聚合酶、无机焦磷酸酶、RNA酶抑制剂等，合计占比29%，是仅次于帽子类似物的关键高价值组分。
• 核苷酸/修饰核苷酸（NTP）：占比7%。
• DNA模板：占比4%。
• LNP四种组分：合计占比5%。
• 其他原材料：占比10%。

这表明，在mRNA产业链中，上游的帽子类似物和各种工具酶是价值量最高的环节，对于控制生产成本和保障供应链稳定具有至关重要的作用。

建议关注标的

鉴于mRNA技术商业化前景无限，有望迎来黄金十年，报告建议关注提前布局mRNA技术相关标的及产业链企业：

• mRNA疫苗研发企业：目前疫苗企业正积极布局mRNA技术平台，建议关注新冠mRNA疫苗进度靠前的沃森生物/艾博生物/蓝鹊生物、复星医药、艾美疫苗/丽凡达生物等。同时，康希诺、石药集团、康泰生物/嘉晨西海、智飞生物/深信生物、瑞科生物/瑞吉生物、安科生物、斯微生物、厚存纳米等也积极布局，处于临床早期阶段。
• 上游原料企业：诺唯赞、近岸蛋白、上海兆维等。
• 上游设备/耗材企业：东富龙、楚天科技、纳微科技、迈安纳等。
• 质粒CDMO企业：金斯瑞、博腾股份等。

风险提示

投资者在关注mRNA技术发展和相关投资机会时，需警惕以下风险：

• 研发进度不及预期：由于病毒变异过快导致流行毒株迅速变化，或研究方案设计等复杂因素影响，可能导致研发进度推迟或停滞。
• 临床推进不及预期：临床方案设计、人群入组等复杂因素可能导致临床推进速度过缓、停滞，甚至临床开发失败。
• 产品销售不及预期：上市产品可能因效价、GMP合规性以及副作用等问题，导致疫苗产品在国内或国际订单减少甚至没有，产品销售停滞。
• 研报使用信息更新不及时的风险：报告中引用的信息可能存在更新不及时的情况。
• 报告中关于各家公司mRNA技术及其进展等信息是根据公开资料梳理、翻译得到，存在与实际情况有偏差的风险。

总结

mRNA技术已正式进入商业化“黄金十年”，凭借其研发周期短、生产工艺简单、有效性高和安全性好等显著优势，正迅速拓展其在预防疫苗、治疗疫苗和治疗药物等领域的应用。市场潜力巨大，预计到2035年全球市场规模将达到230亿美元，其中非新冠产品将贡献180亿美元，并在2025-2035年间实现68%的复合年增长率。

然而，mRNA技术的发展并非没有挑战。递送系统、序列优化和生产工艺是其核心技术壁垒，尤其体现在专利保护和精密的工艺参数掌握上。LNP作为主流递送系统，其专利纠纷和工艺稳定性是企业需要攻克的难题。序列优化中的分子修饰专利和高效率加帽技术也构成了显著的技术门槛。在生产工艺方面，如何高效地将mRNA包裹进递送载体、贯穿始终的纯化策略以及冷冻稳定性等都是关键。

在产业链价值分布上，单剂mRNA疫苗生产成本中，