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2023 年诺贝尔生理学或医学奖
（热点背景
· 考点提炼
· 热点小测）
2023 年诺贝尔生理学或医学奖授予Katalin Karikó 和Drew Weissman，以表彰他们在核苷碱基修饰方
面的发现，这些发现促使开发出有效的mRNA 疫苗来对抗COVID-19。
表：各类疫苗的特点
灭活病毒疫苗一般只能引起体液免疫，因此防护力大约在70~80%，而mRNA 疫苗由于能够和病毒一
样可以进入人体细胞，能够更加充分的利用体液免疫和细胞免疫，产生的防护力会更高，双重作用机制，
因此可以使有效率达到95%以上。
mRNA 疫苗制备的科学探索史：
早在1990 年代，科学家将体外转录的mRNA 注射到小鼠体内，发现其可在小鼠体内表达，产生相关
蛋白且具有剂量依赖性，并能够诱导免疫反应，这也就是mRNA 疫苗的雏形。因此当编码抗原蛋白的
mRNA 被注射进人体后，能够在体内合成抗原蛋白，从而引起人体免疫反应对抗病原体感染，即为mRNA
疫苗。
虽然mRNA 可以发挥疫苗的作用在1990 年代就被发现，但是随后的发展并不顺利。遇到的第一个障
碍就是人体对外源RNA 的防御措施：在我们的血液、汗水和眼泪中存在着一种叫做“RNA 酶”的物质，
这种酶可以迅速分解细胞外发现的任何 RNA。不列颠哥伦比亚大学的生物工程专家Anna Blakney 这样形
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容：“在不断的进化中，人类的身体已经学会使用各种手段来检测和防御 RNA 病毒。”以至于它们还未
来得及表达所需的蛋白质就被破坏了，那我们想要得到的抵御病毒的免疫反应也就无从说起了。关键突破：
体外产生的 mRNA 会引起炎症反应。Karikó 和 Weissman 注意到，树突细胞会把于体外环境转录的
mRNA 识别为外源物质，进而导致树突细胞的激活和炎症信号因子的释放。他们惊讶于为何体外环境转录
的 mRNA 会被树突细胞识别，而哺乳动物细胞转录的 mRNA 则并不会引发同样的反应。Karikó 和
Weissman 意识到，树突细胞一定是靠某些重要特征区分了不同类型的 mRNA。Karikó 和 Weissman 探知，
哺乳动物细胞中的 RNA 核苷酸碱基常存在化学修饰，而体外环境转录的 mRNA 并非如此。体外环境转
录的 mRNA 中碱基修饰的缺失可以解释非预期炎症反应的发生。在不断的研究中Katalin Karikó 惊喜发
现mRNA 的胞兄tRNA 能成功躲过免疫系统的追踪。反复比对mRNA 和tRNA 后，其中端倪慢慢浮出水面：
原来tRNA 携带一种反免疫侦查功能的分子，名为伪尿苷。
mRNA 包含四种不同碱基，缩写分别为 A、U、G、C。诺贝尔奖获得者发现了核苷碱基修饰后的
mRNA 可以用来阻断炎症反应的激活（信号分子的分泌），并增加 mRNA 传送至细胞时的蛋白质合成。
在2005 年，宾夕法尼亚大学的Katalin Karikó 和Drew Weissman 成功对mRNA 进行化学修饰，使其可以
躲避细胞内的免疫检测：将伪尿苷添加到mRNA 中，修饰过的mRNA 就可潜伏进入细胞，逃逸免疫系统
攻击。由于被细胞防御机制破坏的mRNA 数目大大减少，蛋白质产量增加了近1000 倍。卡里科和魏斯曼
发表了论文的同时申请了专利。（这一个核心技术专利也是我国以后科研要面临的一个挑战）
今年诺贝尔奖遗忘的另一项关键技术—脂质体包裹
mRNA 是一种极为脆弱的分子，人体环境中的酶会很快将它切碎。而且从其性质上看，mRNA 分子带
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有大量负电荷，很难直接进入细胞。就算这些mRNA 再怎么能减少免疫反应，再怎么能产生更多蛋白，如
果不能进入细胞，那也是白搭。
一个潜在的解决思路是往脂质体中添加带有正电荷的脂类，这正好可以与带有负电荷的核酸形成稳定
平衡。但这个思路的短板也很明显——自然界中没有带有阳离子的脂质。
如果使用永久带有正电荷的人造脂质，则会带来巨大的毒性，因为这些脂质会破坏细胞膜结构。
MacLachlan 博士等科学家的策略是使用可电离的脂质。它们在正常的血液中呈现中性，减少其毒性。而在
酸性环境下，这些脂质又能带上正电荷。
此外，这支团队还开发了一种全新的生产技术。他们将脂质溶解在乙醇里，核酸溶解在酸性缓冲液里，
再用微流体技术进行混合。当两种液体一接触，就会自发产生纳米脂质颗粒。与脂质体不同，这种纳米脂
质颗粒里富含用脂质包裹起来的核酸，十分适合作为递送的载体。这一简洁而优雅的方法，也成了纳米脂
质颗粒技术的核心。当然这还没有完全解决问题。第一代可电离的脂质依旧有着不小的毒性，且这些纳米
脂质颗粒的降解速度较慢。如果反复注射，就会在体内富集，引起潜在副作用。于是，来自多家公司的科
学家们进行了一系列的后续优化工作。
▲一个脂质纳米颗粒的示意图，内含四种不同的脂类，以及核酸分子（图片来源：参考资料[5]；
Credit: Genevant Sciences）
如今，这些用于mRNA 疫苗的脂质纳米颗粒包含四种成分：首先是在特定环境下产生正电荷的可电离
脂质，能与带有负电荷的mRNA 紧密结合；其次是一类聚乙二醇化的脂质，负责稳定纳米颗粒的结构；最
后两种分别是磷脂和胆固醇分子，填充纳米颗粒的结构。这四种简单的成分将mRNA 包裹起来，不让它们
进行降解，并将它们送到细胞之内。
在细胞里，脂质纳米颗粒通过内吞途径，会进入到一种叫做“内体”（类似溶酶体）的细胞器中。在
那里，酸性环境会让可电离的脂质带上正电荷。这些正电荷也会改变脂质纳米颗粒的形状，让mRNA 能够
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离开内体，最终进入细胞质，指导蛋白质的合成。
该论文还被选为当期封面论文。
1. 考察RNA。
①RNA 的种类：信使RNA（mRNA）、核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）
②mRNA 可作为信使的原因：RNA 是另一类核酸，它的分子组成与DNA 的很相似:它也是由基本单位核苷
酸连接而成的，核苷酸也含有4 种碱基，这些特点使得RNA 具备准确传递遗传信息的可能。与DNA 不同
的是，组成RNA 的五碳糖是核糖而不是脱氧核糖;RNA 的碱基组成中没有碱基T(胸腺嘧啶)，而替换成碱
基U(尿嘧啶);RNA 一般是单链，而且比DNA 短，因此能够通过核孔，从细胞核转移到细胞质中。
2. 考察疫苗。
①疫苗的相关知识点
概念
通常是用灭活的或减毒的病原体制成的生物制品
作用机理
当人体接种疫苗后会引起免疫反应，产生记忆T 细胞和记忆B 细胞;当人体再次接
触同种抗原时，这两种细胞迅速增殖分化产生细胞毒性T 细胞和浆细胞，迅速清除
抗原
实质;浆细胞产生抗体,抗体与抗原结合;细胞毒性T 细胞和靶细胞密切接触,使靶细胞
裂解杀死它
免疫应答的特点
A.特异性——针对特定病原体
B.具有一定的免疫期——不同疫苗免疫保护期限不同，从数月至数年，甚至终身
C.免疫记忆——产生相应的记忆细胞
种类
活疫苗——基因工程活载体疫苗等弱(减)毒疫苗、基因缺失疫苗、
死疫苗——如完整病原体灭活疫苗
核酸疫苗——DNA 疫苗，mRNA 疫苗
②病毒的防治——以新型冠状病毒为例(新冠病毒疫苗的种类)
灭活疫苗
腺病毒载体疫
苗
DNA 疫苗
RNA 疫苗
重组蛋白疫苗
主要过程
a.在细胞中培养新
型冠状病毒(比如：
Vero 细胞)；b.对病
毒进行化学灭活
以腺病毒作为
载体，导入新
型冠状病毒抗
原基因，通过
生物反应器制
成活载体疫苗
是指将含有编
码某种抗原蛋
白的外源基因
与质粒重组后
直接导入动物
细胞，并通过
宿主细胞的转
录和翻译合成
抗原蛋白，诱
导宿主产生对
该抗原蛋白的
免疫反应
将编码病原体
蛋白的mRNA
包裹在脂质体
中，当疫苗注
射到体内时，
即可通过该
mRNA 合成大
量的病原体蛋
白，并诱导免
疫系统识别该
蛋白从而产生
对病原体的免
疫记忆以抵抗
病毒感染
将编码病原体
有效免疫抗原
的基因插入载
体(非质粒，主
要是减毒的病
毒或细菌)基因
组中，接种
后，随载体增
殖，大量所需
的抗原得以表
达
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特点
疫苗的成分和天然
病毒的结构相似，
免疫反应也比较
强，具有良好的安
全性。疫苗比较稳
定
疫苗能很好地
诱导抗体产
生，增强细胞
免疫
DNA 在细胞中
可以持续表达
相应的疫苗抗
原
mRNA
不
稳
定，在细胞中
存留时间有限
目前使用最广
泛的载体：腺
病毒、痘苗病
毒等
接种次数
多次
一次
一次
多次
多次
1．研究发现，FTO 蛋白可擦除N 基因mRNA 的甲基化修饰，避免mRNA 被Y 蛋白识别并降解，从而提高
了鱼类的抗病能力。下列分析正确的是（ ）
A．mRNA 的甲基化不会改变自身碱基序列和相应的表型
B．N 基因mRNA 的甲基化水平升高会抑制N 基因的转录
C．增强Y 基因表达会导致细胞中N 基因mRNA 的数量减少
D．给鱼类饲喂适量的FTO 蛋白抑制剂有助于提高其抗病能力
2．图为某基因结构示意图，长度以千碱基对( kb)表示，但未按比例画出。基因长度共8kb，转录直接生成
的mRNA 中d 区间所对应的区域（包含2.0 和5.2 位点本身）会被加工切除，成为成熟的mRNA。下列分
析错误的是（ ）
A．图中成熟mRNA 的长度是3100 个碱基
B．转录起点位于基因上游，是RNA 聚合酶识别和结合部位
C．能编码蛋白质的mRNA 长度为900 个碱基，可编码299 个氨基酸
D．mRNA 上某一特定位点需要的氨基酸由特定的tRNA 将它转运到核糖体上
3．下图表示NAT10 蛋白介导的mRNA 乙酰化修饰参与癌症进展的机制，相关叙述错误的是（
）
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A．与过程①相比，过程③特有的碱基互补配对方式是U-A
B．在肿瘤组织中NAT10 蛋白的表达水平与COL5A1 蛋白的表达水平呈负相关
C．过程②中的mRNA 乙酰化修饰，可以提高mRNA 的稳定性
D．靶向干预NAT10 蛋白介导的mRNA 乙酰化修饰，可抑制癌细胞转移
4．选择性剪接是指一个基因的转录产物可通过不同的拼接方式形成不同的mRNA 的过程。如图表示鼠的
降钙素基因的表达过程，下列叙述正确的是（ ）
A．当RNA 聚合酶移动到终止密码子时，过程①停止
B．过程②中，被转运的氨基酸与tRNA 的5'端结合
C．题中鼠降钙素基因表达的调控属于转录后水平的调控
D．一种基因表达只能得到一种相同的产物
5．2023 年诺贝尔生理学或医学奖授予美国两位科学家，因为他们发现了核苷酸基修饰，从而开发出有效
的mRNA 疫苗，该疫苗控制合成的产物能高效地引起免疫反应。下列分析正确的是（ ）
A．在mRNA 疫苗中含有5 种碱基，8 种核苷酸
B．接种mRNA 疫苗可产生针对多种病毒的抗体
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C．可以对mRNA 中的碱基进行修饰后制成疫苗
D．mRNA 疫苗直接刺激B 细胞而引起免疫反应
6．mRNA 疫苗的研发和应用存在两大问题，一是mRNA 分子带负电荷，很难直接进入细胞：二是mRNA
不稳定，注入人体后会被RNA 酶快速水解，从而无法翻译出相应蛋白质，不能引发相应的免疫反应。科
学家分别借助脂质纳米粒包裹技术和核苷碱基修饰技术解决了上述两个问题。下列有关叙述，错误的是（
）
A．脂质纳米粒协助mRNA 疫苗进入人体细胞体现了细胞膜的流动性
B．mRNA 疫苗能整合到人体基因组中并持续作用
C．mRNA 疫苗翻译的蛋白质，其合成场所是细胞的核糖体
D．mRNA 疫苗翻译的蛋白质，能诱发机体产生特异性免疫反应
7．伤寒沙门氏菌的致病毒素是其细胞壁外的脂多糖(LPS)。在研发伤寒沙门氏菌IPS 疫苗的过程中常利用
多肽模拟LPS，相似程度越高，其与IPS 竞争抗体的结合位点能力越强。研究人员利用抗LPS 单克隆抗体
进行检测，鉴定多肽A、B 模拟LPS 抗原特征的相似程度，部分实验步骤如图甲所示，实验结果如图乙所
示。下列叙述不正确的是（ ）
A．单克隆抗体的制备过程中体现了细胞膜的流动性
B．步骤c 中与LPS 结合的抗体会被保留，与多肽结合的抗体会被洗脱
C．b 过程利用的原理是抗原和抗体的特异性结合
D．由图乙可知，B 抗原模拟LPS 的效果较好
8．卡介苗是用减毒的结核分枝杆菌制成的活疫苗，该疫苗的保护作用一般可以持续10~15 年。下列叙述正
确的是（ ）
A．接种卡介苗后，结核分枝杆菌在人体内没有生长繁殖能力
B．接种过卡介苗的人，再次接触结核分枝杆菌时会出现过敏反应
C．接种卡介苗后，记忆细胞可以在10～15 年内保持对抗原的记忆
D．接种卡介苗可预防所有传染病，故我国规定所有新生儿均需接种
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9．2023 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了在 mRNA 疫苗上有开创性研究的两位科学家。疫苗可以促进对
机体有利的免疫反应，从而维护人体健康。按计划接种疫苗是预防传染病的重要措施。下列有关叙述错误
的是（ ）
A．相比注射免疫血清，接种疫苗可获得更长时间的免疫力
B．接种脊髓灰质炎疫苗可产生针对脊髓灰质炎病毒的抗体
C．注射某种流感疫苗后不会感染各种流感病毒
D．疫苗的预防效果与诱导机体产生的抗体浓度、记忆细胞数量等有关
10．科学家研发了多种RNA 药物用于疾病治疗和预防，下图中①~④表示4 种RNA 药物的作用机制。下
列有关叙述错误的是（ ）
A．前体mRNA 需加工为成熟的mRNA 才能转运到细胞质中发挥作用
B．药物③和药物④均需包裹在脂质体中以防止mRNA 被核酸酶分解
C．图示说明生物体性状改变可以通过基因修饰、RNA 加工或翻译水平调控实现
D．与DNA 疫苗相比，通常mRNA 疫苗发挥作用更快且安全性较高
二、非选择题
11．2023 年诺贝尔生理医学奖授予“在核苷碱基（构成核酸的基本单元）修饰方面的发现及在mRNA 疫
苗开发”上的应用；纳米脂质颗粒LNP 能使mRNA 疫苗在体内进行靶向递送抗原，过程如图2 所示。图1
是新冠病毒引起人体免疫应答的过程，请回答下列问题。
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(1)图1 中，当新冠病毒侵入机体后，被APC 摄取并将抗原 ，才能将抗原信息传递给[细
胞a]，一方面通过体液免疫使[细胞b]增殖分化为 并产生抗体发挥作用；另一方面通过细胞免疫
最终形成 使靶细胞裂解，释放抗原。
(2)图2 中编码新冠病毒抗原蛋白的mRNA 封装在LNP 中进入细胞，体现了细胞膜具有 ，
若内体小泡中的mRNA 未实现逃逸，则会被 识别，使该外来mRNA 降解；若逃逸成功也需逃避
识别，以免被降解。
(3)请根据图2 信息可知，mRNA 疫苗引起机体免疫应答的机理是 ，从而激活宿主细胞的
免疫应答，产生相应的抗体和记忆细胞，从而获得对新冠病毒的免疫力。
(4)与灭活病毒疫苗相比，RNA 疫苗的优点有 （至少答两点）。
12．防治新冠肺炎疫情，疫苗可能是实现群体免疫力最有力的终极武器之一、如图为制备病毒疫苗的三种
途径，请回答下列有关问题：
(1)想要获得大量的病毒 （填“可以”或“不可以”）直接通过牛肉膏蛋白胨培养基培养。通过减毒
或灭活病毒制备的第一代疫苗，其特点是容易制备，但成分较复杂，可能产生的安全隐患是 ，因此
第一代疫苗必须经过多次试验，才可应用于生产。
(2)制备第二代疫苗时，外衣壳蛋白基因A 进入酵母菌细胞内，并在细胞内维持稳定和表达的过程，称为
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。我国在新冠病毒第二代疫苗研发中利用改造过的复制缺陷型腺病毒作为载体能提高疫苗的安全性，理由
是 。
(3)制备第三代疫苗时，为获得大量的外衣壳蛋白基因A，可采用 技术，其原理是 。
(4)健康人接种疫苗后，疫苗的有效性可以通过检测 来判断。
13．新冠疫苗能有效预防新冠肺炎。目前中国已经上市的疫苗中有重组蛋白疫苗和重组腺病毒载体疫苗等。
科研人员选择了SARS－CoV－2 的S 蛋白基因通过转基因技术制备了重组蛋白疫苗和腺病毒载体疫苗（如
图所示）。回答下列问题：
(1)据图1 可得到含有多个限制酶切位点的S 蛋白基因序列，若要在短时间内获得大量的S 蛋白基因，可采
取的方法是 ，该方法的实质是进行 。该过程需要人工合成部分核苷酸片段，合成的
该片段具有的特点是 （答两点）；若合成的该部分核苷酸片段过短，可能带来的影响是
。
(2)获得足够量的S 蛋白基因后须构建基因表达载体，其目的是 。如图2 是相关的质
粒，要保证S 蛋白基因的正确表达，需选用 和HindⅢ酶进行切割，且不破坏标记基因
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