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在過去的 25 年里，RNA 藥物逐步走向臨床。最初，RNA 并不是理想的藥物，因為 RNA 分子易降解，在體內(nèi)半衰期相對較短。然而，通過改善化學穩(wěn)定性使得 RNA 的半衰期得以延長，發(fā)展成了藥物研發(fā)的新星。 事實上，RNA 分子擁有許多的屬性使得它可以作為治療藥物。它們能夠折疊形成復雜的構(gòu)象，以讓它們可以與蛋白質(zhì)、小分子或者其他核酸相互結(jié)合，有些甚至可以形成 RNA 的催化中心。編碼的 mRNA 是從 DNA 到核糖體的遺傳信息載體，許多類型的非編碼 RNA 通過各種機制協(xié)同遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯，大量參與機制的發(fā)現(xiàn)大大拓寬了 RNA 的生物學應用及延展。 目前有三類 RNA 療法受到廣泛關注：1）編碼治療性蛋白或疫苗抗原（mRNA）；2）抑制致病性 RNA 活性：小干擾 RNA（small interfering RNA，siRNA）、微小 RNA(microRNA，miRNA)、反義 RNA(antisense RNA，ASO）；3)調(diào)控蛋白活性的 RNA 適配體（RNA aptamer）。 遞送系統(tǒng)是 mRNA 藥物的關鍵 1990 年，威斯康辛大學科學家首次證明，在動物上直接注射體外轉(zhuǎn)錄的 mRNA 可以表達蛋白。1992 年，美國 Scripps 研究所的一項工作展現(xiàn)了 mRNA 治療疾病的潛力，他們通過腦內(nèi)注射編碼加壓素（Vasopressin ）的mRNA，以增強加壓素的表達，成功緩解了大鼠的尿崩癥。 直接注射編碼原的 RNA 分子疫苗并被抗原遞呈細胞吸收后可誘發(fā)免疫應答。通常情況下，mRNA 疫苗由酶工程生產(chǎn)，并能嚴格控制免疫原性、藥物動力學及劑量，且通過優(yōu)化 mRNA 的密碼子，可同時保持免疫原性及疫苗的穩(wěn)定性。 臨床試驗表明，mRNA 的直接遞送（在脂質(zhì)體中）可產(chǎn)生明顯的保護性免疫反應，mRNA 還可作為一種輔助劑來刺激先天性免疫反應。RNA-Base 疫苗（RNA 為基礎開發(fā)的疫苗）可在幾周內(nèi)研發(fā)、制造和管理，也是解除未來流行病威脅的潛在武器。 根據(jù) Nature review drug discovery 上發(fā)布論文 RNA therapeutics on the rise 中的統(tǒng)計說數(shù)據(jù)顯示，2015-2020 年，上市寡核苷酸公司市值增長 94.2%，自 2015 年以來，三家具有代表性的 mRNA 治療公司（Moderna theraputics、BioNtech 和 CureVac）吸引了 28 億美元的私人投資。其中，Moderna 創(chuàng)下了生物科技 IPO 規(guī)模最大的紀錄，其價值在 2018 年約為 76 億美元，備受投資者青睞。 圖丨 RNA 療法領域的投資重點（來源：上述論文） 同時，RNA 技術在快速開發(fā)疫苗發(fā)面的潛力在 COVID-19 流行期間展露無遺：第一批臨床 mRNA 疫苗 (mRNA - 1273， Moderna) 在新型冠狀病毒的基因序列發(fā)布后一個月內(nèi)就設計并合成出來，現(xiàn)在處于 Ⅰ 期臨床試驗。另外還在其他的在研的 COVID-19 候選疫苗。 但 mRNA 技術的發(fā)展目前仍然處于早期。分子量大，以及蛋白翻譯機器對于去免疫原性和增加穩(wěn)定性所必須的化學修飾容忍度低等原因，讓 mRNA 藥物的發(fā)展滯后于小核酸藥物 ASO 和 siRNA。 首先，核酸藥物想要進入體內(nèi)，主要有一下 3 個難關：1）核酸的分子量和負電荷使其不能自由通過生物膜；2）RNA 容易被血漿和組織中 RNase 酶降解，被肝臟和腎臟快速清除和被免疫系統(tǒng)識別；3）進入細胞后 “卡” 在內(nèi)吞小體中無法發(fā)揮功能。 以上幾點讓 RNA 藥物發(fā)展面臨的技術障礙一直沒有變，那就是藥物遞送。目前，解決遞送問題主要有兩個方法：一個是改造核酸分子，讓其穩(wěn)定并躲避免疫系統(tǒng)的識別；另外一個就是利用藥物傳輸系統(tǒng)，比如說脂質(zhì)納米顆粒（LNP）和 GalNAc（N - 乙?；陌肴樘前?/span>）偶聯(lián)技術。 為了保證 mRNA 疫苗的代謝穩(wěn)定性和免疫活性，除了慎重評估給藥方式外，還需要對 mRNA 疫苗的劑型進行特殊設計。mRNA 進入體內(nèi)后，首先面臨周圍組中（如：血液）核酸酶的降解，另外還需要穿過具有磷脂雙分子層細胞膜。因此，mRNA 疫苗的制劑系統(tǒng)需要保護 mRNA 不被核酸酶降解，而且還需要促進 mRNA 被細胞（APC、B 細胞和 T 細胞等免疫細胞）攝取。 已經(jīng)有大量的 mRNA 制劑系統(tǒng)見諸報道，其中的很多已經(jīng)進入臨床試驗階段。這些制劑技術都是通過形成特殊的 mRNA 載體，來實現(xiàn) mRNA 疫苗的遞送，這些載體技術包括：魚精蛋白載體技術、納米顆粒脂質(zhì)體載體技術、多聚體載體技術等。 魚精蛋白是一種天然的陽離子蛋白，可以把帶負電的 mRNA 分子絡合成納米級別的核酸顆粒，從而保護 mRNA 不被血清中的 RNA 酶降解；但是由于魚精蛋白和 mRNA 的結(jié)合太緊密，因此采用這種制劑的 mRNA 疫苗的蛋白表達效率會受限，另外抗原的表達很大程度上也受到魚精蛋白和 mRNA 比例的影響。德國 CureVac 公司開發(fā)的 RNActive 平臺成功解決了這個問題，通過 RNActive 平臺得到的魚精蛋白 - mRNA 復合物其中，魚精蛋白作為 TLR7/8 拮抗劑可以誘發(fā) Th1 細胞反應，mRNA 可以表達目的蛋白誘導特異的免疫反應。 納米顆粒脂質(zhì)體（Lipid nanoparticles，LNPs）載體遞送 RNA 的原理目前還不完全清楚，但是通常認為，LNP 通過非共價親和力和細胞膜結(jié)合并通過內(nèi)吞作用被攝取，進入細胞后 mRNA 逃離內(nèi)吞小泡，被釋放到細胞質(zhì)中表達靶蛋白。LNP 還可以通過相反的胞吐作用被排出細胞外，這也是通過 LNP 進行 mRNA 給藥需要注意的點。 多聚體載體技術在臨床上的應用并沒有脂質(zhì)體類載體廣泛，但是作為核酸藥物的載體也表現(xiàn)了優(yōu)異特性。在進行多聚體載體設計的時候需要額外考慮多聚體載體的分子量以及帶電荷量，過大的載體分子和過多的載電量通常導致載體和 mRNA 分子結(jié)合太過穩(wěn)定，而導致 mRNA 的表達效率過低。 可見，遞送技術平臺是 mRNA 藥物的關鍵之一。目前 mRNA 還是需要依靠納米制劑遞送，所以肝臟、脾臟以外的組織還是難以靶向，同時，mRNA 藥物過膜性低也導致出現(xiàn)懸殊的個體差異，如果藥物過膜性是 1%，那么 1% 的個體差異會導致兩倍有效藥物濃度差異，但如果過膜性是 50%，那么 1% 的個體差異則無關緊要。現(xiàn)在業(yè)界的策略是首先選擇疫苗這樣安全窗口較大的項目，但如果擴大到更復雜靶點，業(yè)界需要找到可監(jiān)測藥物應答的生物標記。 小核酸藥物日漸成熟，遞送仍是瓶頸 目前狹義的小核酸是指介導 RNAi 的短雙鏈 RNA 片段（siRNA），主要涵蓋了 siRNA、miRNA 和反義核酸等。由于 siRNA 藥物療效較好且技術取得突破，現(xiàn)已成為最受關注的一類技術。 其中，反義核酸發(fā)現(xiàn)最早，獲批的藥物最多，發(fā)展較成熟，但反義核酸藥物不及 siRNA 藥物高效，siRNA 藥物在組織細胞遞送上尚有一定的瓶頸，2018 年上市的首個 siRNA 藥物已經(jīng)可以有效遞送到器官和組織，隨著藥物遞送系統(tǒng)的進一步突破，siRNA 藥物將逐漸替代反義核酸藥物，成為主流 RNAi 藥物。 而 miRNA 與 siRNA 通過 21 個核苷酸完全配對的作用機理不同，只需要 2-8 位核苷酸的配對就能起作用。因此 miRNA 通常是作用于一個面，而非一個點，作用于一個協(xié)同的網(wǎng)絡而非單條通路，相關技術還待進一步突破。 2005 年至 2009 年，RNAi 領域吸引了數(shù)十億美元的資金投入，催生了眾多小型生物技術 公司，但行業(yè)發(fā)展遭遇瓶頸。2006 年默沙東以 11 億美金收購專門開發(fā) RNAi 藥物的 Sirna 公司；2007 年，羅氏與 Alnylam 制藥公司簽訂了一項價值高達 10 億美元的協(xié)議，獲得該公司 RNAi 技術。但 RNAi 藥物治療的效果遠不及預期，系統(tǒng)給藥效果差和脫靶造成的嚴重副作用成為最大障礙，藥物嚴重的副反應始終無法克服，研發(fā)陷入了困境。第一輪資本的進入雖然沒有取得預期的回報，但卻在一定程度上推動了行業(yè)的發(fā)展，使得 Alnylam、Quark 和 Arrowhead 等公司成長起來。 小核酸藥物領域的研發(fā)有以下方向，一方面，基因測序技術的發(fā)展，測序成本降低，為小核酸藥物產(chǎn)業(yè)化提供了可能；另一方面，RNA 修飾技術使得 RNA 在血液中的穩(wěn)定性增加，給藥系統(tǒng)突破使得藥物更高效安全。 2013 年—2016 年，陸續(xù)有反義核酸藥物獲批上市。2014 年賽諾菲（Sanofi）以 7 億美元收購了 Alnylam12% 的股份，但研發(fā)也是困難重重；Arrowhead 公司功能性治愈乙肝的 RNAi 藥物 ARC-520 因動物實驗發(fā)生動物死亡而停止 II 期研發(fā)；2016 年，Alnylam 的 RNAi 藥物 Revusiran 在三期臨床階段失敗，造成 18 名患者死亡，使得其當時股價被腰斬，遭受重挫。 直到 2016 年底，技術的突破、新產(chǎn)品的獲批掀起了新一輪的投資合作熱潮。百健 / Ionis 治療脊髓性肌萎縮癥（SMA）的反義寡核苷酸 Nusinersen 被 FDA 批準上市，2017 年即取得 8.82 億美元銷售，業(yè)內(nèi)普遍給出銷售峰值達 20 億美元的預估。2017 年，Patisiran 臨床三期結(jié)果超出預期，標志核酸干擾藥物的重大突破，行業(yè)重拾信心。2018 年，Ionis 和 Alnylam 的治療由 hATTR 引起的多發(fā)性神經(jīng)病的兩款孤兒藥陸續(xù)獲批，其中 Patisiran 成為全球第一個獲批的 siRNA 類的小核酸藥物，對整個領域有巨大的振奮作用。與此同時，資本紛紛回歸 RNAi 領域，掀起了第二次的投資熱潮。 小核酸藥物的適應癥涵蓋范圍廣，包括腫瘤、罕見病（肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化、杜氏肌營養(yǎng)不良、脊髓性肌萎縮）、病毒性疾病、腎臟疾病、心血管疾?。δ懿蛔?、血脂異常等）、炎癥類疾?。ㄏ?、關節(jié)炎、結(jié)腸炎）、代謝類疾?。ㄌ悄虿?、非酒精性脂肪性肝炎）等，其潛在市場規(guī)模十分廣闊。 其中，罕見病和腫瘤是小核酸藥物應用最廣的領域。截至目前，已經(jīng)有 9 款小核酸藥物獲批上市，其中有 5 個藥物為孤兒藥，同時也是該疾病領域的首個藥物，一定程度上滿足了此前尚無治療手段的罕見病人的需求。 生命科學商業(yè)資訊機構(gòu) EvaluatePharma（EP）在世界罕見病日發(fā)布的一份報告（EvaluatePharma Orphan Drug 2017 Report）表明：2016 年罕見病藥的總銷售額為 1140 億美元，占全球非仿制藥市場的 16.4％。至 2022 年，這一數(shù)字將上升為 2090 億美元，罕見病藥銷售將占整個市場的 21.4％。RNAi 技術能夠針對已知的罕見病基因發(fā)揮作用，克服了某些靶點蛋白難以成藥的缺點，能較快取得突破。報告預計 2025 年，小核酸藥物市場規(guī)模將遠超 100 億美元。 圖丨已經(jīng)上市和正在申請上市的 RNA 療法（來源：上述論文） 而發(fā)展火熱的小核算藥物并非沒有缺點，例如，2009 年，首個開展 siRNA 臨床試驗的藥物 Bevasiranib，因為效果欠佳而在 III 期臨床試驗終止測試。靶向性差，脫靶效應及穩(wěn)定性問題是影響 siRNA 藥物療效的最主要因素。1）靶向性差：siRNA 是帶負電荷的生物活性大分子，不具備對組織或細胞的靶向能力，穿透細胞膜的能力極差。2）脫靶效應嚴重：除了 siRNA 分子的反義鏈能夠介導同源基因的表達沉默外，反義鏈能通過 miRNA 通路引起一些非同源基因的抑制，正義鏈介導其同源基因的表達沉默，引起由正義鏈介導的脫靶效應；同時未修飾的雙鏈 RNA 也會引起一些先天免疫機制的激活。而在小核酸制藥中，這些都會產(chǎn)生藥物的毒副作用，嚴重地影響了 RNAi 技術的應用。3）穩(wěn)定性差：RNA 在人體循環(huán)系統(tǒng)中容易被血液核酸酶降解，穩(wěn)定性較差。 因此，與 mRNA 類似，遞送平臺開發(fā)是整個鏈條的重點，目前，為了解決這一問題，國內(nèi)外藥物遞送系統(tǒng)技術的研發(fā)如火如荼，重點聚焦在脂質(zhì)納米顆粒（LNP）和 GalNAc（N - 乙?；陌肴樘前罚┡悸?lián)技術的研發(fā)和應用上。 RNA 適配體暫居產(chǎn)業(yè)邊緣 1990 年 8 月份，美國 Colorado 大學和麻省總醫(yī)院的科學家（L. Gold 和 J. Szostak）分別在 Science 和 Nature 發(fā)表文章，顯示通過體外進化和篩選，可以得到與目標分子緊密結(jié)合的 RNA 分子，親合力和特異性與單抗相當。他們把這個篩選過程叫做”Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment（SELEX）”。而 Aptamer 這個名字則是來自拉丁文字“aptus”，意思是“to fix”，中文翻譯為“適配體”。 Gold 和 Szostak 的這一突破性研究證實核酸分子能夠借助氫鍵、范德華力、疏水作用等分子間作用力形成與分子靶標相作用的結(jié)合口袋和裂隙(binding pockets and clefts)，借助這些特殊的三維立體結(jié)構(gòu)，高親和力和特異性的識別并結(jié)合靶分子。 SELEX 符合適者生存的進化原理，RNA 文庫與靶標孵育一定時間后，未結(jié)合的分子被移除，而結(jié)合的分子洗脫后經(jīng) RT-PCR 擴增形成新的化合物庫，重復上述過程，經(jīng)過 8-20 輪篩選，一般能得到高特異性和高親和力的適配體，目前學術報道的用于治療和診斷的適配體超過 1000 個。 業(yè)內(nèi)常將核酸適配體和抗體進行比較，是因為兩者具有很多相似之處。兩者都具有親和性和特異性，都可與靶向目標特異性結(jié)合，并因此特性應用于生物醫(yī)學領域。但隨著篩選技術研究的發(fā)展，越來越多的靶分子獲得高親和力的、高特異性的適配體，具有廣泛的應用前景，特別是分子識別檢查的領域。但與成熟的抗體實驗相比，目前適配體可以補充抗體性能的不足，但是不能完全取代抗體。 雖然核酸適配體發(fā)展將近 30 年的時間，但仍有很多問題阻礙了其實際應用的腳步。例如體內(nèi)表現(xiàn)很差，在血液中易被降解；核酸分子結(jié)構(gòu)太小，腎清除速度快，作為藥物時藥物動力學性能差；核酸適配體作為核酸分子探針，化學作用力非常有限，增加了不易被結(jié)合的靶標分子的時候篩選難度，且靈敏度不夠高；利用適配體發(fā)現(xiàn)靶標時，缺乏高通量篩選及鑒定的方法；作免疫組化應用時，可用的特異性適配體還較少，臨床應用不受認可，亟待推廣等等問題，讓適配體應為范圍較小，處在產(chǎn)業(yè)邊緣。 結(jié)語 RNA 世界隱藏著眾多具有治療潛能的分子。然而，除 RNA 藥物設計階段的障礙，如免疫原性外，最核心的難題，如遞送、脫靶副作用、一般毒性等問題，在之后的臨床試驗中難以避免。目前，雖然以納米級非病毒顆粒為代表的遞送系統(tǒng)不斷發(fā)展，但效率低、缺乏靶向性機制等問題仍沒有取得突破性進展。 生輝認為，RNA 藥物的研發(fā)誰執(zhí)牛耳，其核心仍在于技術，能在關鍵技術上有所突破者才能成為真正的冠軍公司。 參考： https://www.ncbi.nlm./pubmed/25196947 https://www./publication/21464693_Direct_gene_transfer_into_mouse_muscle_in_vivo https://www.ncbi.nlm./pubmed/1546298 https://www.ingentaconnect.com/content/ben/cmc/2005/00000012/00000015/art00005 https://www.ncbi.nlm./pubmed/2200121 https://www.ncbi.nlm./pubmed/1697402 https://www./articles/d41573-020-00078-0 -End- |
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