小核酸藥物在RNA 治療中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的藥物主要作用于相應(yīng)的分子靶點(diǎn) (如激酶、受體、離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)體等蛋白質(zhì)靶標(biāo))、生物學(xué)途徑或細(xì)胞過程，從而達(dá)到治療疾病的藥理作用。小分子化合物和抗體是當(dāng)前醫(yī)療用藥的主要形式和藥物開發(fā)的首選方式。但是只有 10-14% 的蛋白質(zhì)可以成為小分子化合物或抗體的作用靶點(diǎn)。這限制了小分子化合物和抗體在藥物開發(fā)中的可能性。 

 

圖 1. 小核酸藥物的發(fā)展歷程

 
   
 
 
然而 RNA 治療有望擴(kuò)大藥物靶點(diǎn)的范圍，包括傳統(tǒng)蛋白質(zhì)和以前無法成為藥物靶點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄本和基因。與其他傳統(tǒng)藥物相比，核酸藥物表現(xiàn)出一些獨(dú)特的特征 (見圖 2)。例如，核酸藥物通常以注射的方式給藥，而且在體內(nèi)多次循環(huán)使用使得給藥頻次更低。此外，核酸藥物還具有生產(chǎn)制備工藝相對簡單和研發(fā)周期短 (不需要大規(guī)模的藥物篩選過程) 的優(yōu)勢。

 

圖 2. 小分子化合物、抗體、蛋白質(zhì)替代治療和 RNA 治療的特征

 

 
   
 
 
RNA 治療包括使用可編碼 RNA (如 mRNA) 和非編碼 RNA (如小干擾 RNA (siRNA)、microRNA (miRNA)、反義寡核苷酸 (ASO)、核酸適配體 (aptamer)、核酶 (ribozyme) 和引導(dǎo) RNA (guide RNA (gRNA) 等)。這些核酸具有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用機(jī)制。

 

圖 3. 不同類型核酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用機(jī)制

 

ASO、siRNA 和 miRNA 通過堿基互補(bǔ)配對原則靶向 mRNA 或 pre-mRNA，通過基因沉默抑制靶蛋白的表達(dá)從而實(shí)現(xiàn)治療疾病的目的。mRNA 分子進(jìn)入細(xì)胞然后翻譯成目標(biāo)蛋白質(zhì)，可以用于蛋白質(zhì)替代治療或疫苗接種。

 

核酸適配體通過其獨(dú)特的三級(jí)結(jié)構(gòu)而不是其序列與靶蛋白結(jié)合。

CRISPR/Cas9 系統(tǒng)由 Cas9 蛋白和引導(dǎo) RNA 兩種分子組成 (“魔剪” CRISPR/Cas9，你 get 到了嗎?)。Cas9 蛋白被引導(dǎo) RNA 分子所激活，發(fā)揮識(shí)別和切割基因組 DNA 的功能。核酶是具有催化活性的 RNA，可降解特異的 mRNA 序列。

 

ASOs 可以調(diào)節(jié) RNA 拼接，抑制 mRNA 翻譯。miRNA 和 siRNA 抑制翻譯導(dǎo)致 mRNA 降解。RNA適配體抑制蛋白質(zhì)活性。IVT mRNA被翻譯成宿主蛋白，在細(xì)胞內(nèi)充當(dāng)抗原或替代蛋白。

 

   
 
 
 
利用具有特定序列的核酸作為藥物打破了傳統(tǒng)藥物治療方法只能作用于靶蛋白的方式。這些核酸藥物的候選靶點(diǎn)豐富，適應(yīng)癥分布廣。
 
目前，已獲批上市的核酸藥物的適應(yīng)癥大多集中于罕見病 (如用于治療脊髓性肌萎縮癥的 Nusinersen (修飾 SMN2 基因的前信使 RNA 剪接，從而促進(jìn)全長 SMN 蛋白的生成，用于治療脊髓性肌萎縮癥) 。用于治療急性間歇性卟啉癥的 Givosiran，用于治療 1 型原發(fā)性高草酸尿癥的 Lumasiran 和用于治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥的 Viltolarsen (這幾個(gè)是已經(jīng) FDA 批準(zhǔn)的么？
 
 
其他用于罕見病治療的核酸藥物在我們之前的文章 “罕見病，其實(shí)并不罕見” 中有詳細(xì)的介紹)，后續(xù)有望逐漸向腫瘤、神經(jīng)疾病和代謝疾病等治病領(lǐng)域拓展 (見圖 5)。
 

 

 圖 5. 處于研發(fā)階段的核酸藥物

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除了將核酸作為藥物用于治療疾病，科研人員也在嘗試開發(fā)靶向 RNA 的小分子化合物。RNA 可以被折疊成二級(jí) (如螺旋、莖、環(huán)和凸起)、三級(jí) (如結(jié)、假結(jié)和基序) 和四級(jí) (如復(fù)合體) 結(jié)構(gòu)，因此，小分子化合物有可能直接與 RNA 獨(dú)特的高級(jí)結(jié)構(gòu)而不是序列相互作用。以 rRNA 為靶點(diǎn)的新型合成抗生素 (如酮內(nèi)酯 Telithromycin)，靶向核糖體的 Ataluren (用于杜氏肌營養(yǎng)不良治療)，以及靶向 SMN2 pre-mRNA 的 Risdiplam (用于治療脊髓性肌肉萎縮癥) 等藥物都已獲批用于治療。

 

盡管核酸藥物具有很好的治療，但也面臨一些挑戰(zhàn)。由于核酸通常分子量較大 (單鏈ASOs ~4 - 10kda，雙鏈siRNA ~ 14kda)，且攜帶負(fù)電荷，所以很難有效地進(jìn)入細(xì)胞。此外，裸的核酸在血液中容易被核酸酶降解，還能激活一些免疫識(shí)別受體如TLR3/7/8。這些因素限制了核酸藥物的的治療潛力。

 

為了克服核酸遞送的障礙，科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)了基于病毒載體和非病毒載體的傳遞系統(tǒng)(脂質(zhì)體)，以保護(hù)寡核苷酸不被降解，最大限度地傳遞到靶細(xì)胞。脂質(zhì)納米顆粒通常由陽離子脂質(zhì)、膽固醇、PEG化脂質(zhì)和磷脂組成，有助于掩蓋核酸攜帶的電荷，保護(hù)其不被核酸酶降解。化學(xué)修飾同樣可以幫助提高核酸遞送的遞送效率。2'化學(xué)修飾（2'-F、2'-OMe和2'-MOE等）的摻入大大提高了核酸的穩(wěn)定性和整體半衰期。

 

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不過值得注意的是，與蛋白質(zhì)不同，RNA 與 DNA 密切相關(guān)。
許多最初設(shè)計(jì)和識(shí)別的 RNA 的化合物后來被知道會(huì)作用于其他靶點(diǎn) (例如，直接與 DNA 結(jié)合)。因此，在開發(fā) RNA 靶向的小分子化合物時(shí)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是必要的，以提高對 RNA 靶點(diǎn)的選擇性。‍‍‍‍
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相關(guān)產(chǎn)品

Risdiplam Risdiplam 是一種 SMN2 剪接調(diào)節(jié)劑，可提高全長 SMN 蛋白的產(chǎn)生水平。

AB-729 AB-729 是一種 siRNA，抑制 HBV 病毒復(fù)制。

Cobomarsen Cobomarsen 是 miRNA-155 的寡核苷酸抑制劑，抑制與細(xì)胞存活相關(guān)的多種基因通路 (JAK/STAT，MAPK/ERK 和 PI3K/AKT)。

Fitusiran Fitusiran 是一種靶向抗凝血酶 mRNA 的 siRNA，降低肝臟中抗凝血酶的產(chǎn)生，可用于血友病的研究。

IONIS-DNM2-2.5Rx IONIS-DNM2-2.5Rx 是一種以 dynamin 2 為靶點(diǎn)的反義藥物，可用于中樞透明肌病變 (CNM) 的研究。

IONIS-MAPTRx IONIS-MAPTRx 是第一個(gè)降低 Tau 蛋白的反義寡核苷酸，可用于阿爾茨海默病的研究。

Lademirsen Lademirsen 是一種靶向 miRNA-21 的反義寡核苷酸，具有用于 Alport 腎病研究的潛力。

Miravirsen Miravirsen 是一種靶向 miRNA-122 的反義寡核苷酸，用于 HCV 感染的研究。

Nedosiran Nedosiran 是一種靶向乳酸脫氫酶 (LDH) 的 siRNA，可用于研究并發(fā)終末期腎病 (ESRD) 的原發(fā)性高草酸尿癥。

SLN124 SLN124 是一種靶向跨膜絲氨酸蛋白酶 6 (Tmprss6) 的 siRNA，可恢復(fù)鐵調(diào)素表達(dá)和使 β-地貧中鐵穩(wěn)態(tài)正�；�。

Teprasiran Teprasiran 是一種小干擾 RNA，可抑制急性腎損傷中 p53 介導(dǎo)的細(xì)胞死亡。

Tivanisiran Tivanisiran 是一種靶向 TRPV1 的 siRNA，可用于干眼癥的研究。

Tofersen Tofersen 是一種靶向超氧化物歧化酶 1 (SOD1) mRNA 的反義寡核苷酸，可用于肌萎縮側(cè)索硬化 (ALS) 的研究。

Tominersen Tominersen 是一種靶向亨廷蛋白 (HTT) mRNA 的反義寡核苷酸，可用于亨廷頓病的研究。

Cemdisiran Cemdisiran 是一種 GalNAc 偶聯(lián)的 siRNA，通過抑制肝臟補(bǔ)體 5 (C5) 蛋白的產(chǎn)生來治療補(bǔ)體介導(dǎo)的疾病。

Alicaforsen Alicaforsen 是一種 20 個(gè)堿基長度的反義寡核苷酸，抑制 ICAM-1 (黏附分子) 的產(chǎn)生。

Danvantisen Danvantisen 是一種靶向 STAT3 的反義寡核苷酸，具有潛在的抗腫瘤活性。

Ataluren 是一種可口服的 CFTR-G542X 無義等位基因抑制劑。

Telithromycin 是一種酮內(nèi)酯，是一種用于治療呼吸道感染的新型抗生素。

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參考文獻(xiàn)

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