全球RNAi藥物“誕生”花了20年 未來10年將“爆發(fā)”

       1998年，美國科學(xué)家Andrew Fire和Craig Mello在Nature[1]雜志上發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的論文，確定了雙鏈RNA（dsRNA）是線蟲中轉(zhuǎn)錄后基因沉默（PTGS）的誘因。他們將這種現(xiàn)象稱為RNA干擾（RNAi）。

       RNAi的發(fā)現(xiàn)解釋了植物和真菌中令人困惑的基因沉默現(xiàn)象，并引發(fā)了生物學(xué)上的一場革命，最終，研究證明，非編碼RNAs是多細(xì)胞生物中基因表達(dá)的主要調(diào)控因子。RNAi通路在幾乎所有人類細(xì)胞中調(diào)控著mRNA的穩(wěn)定性和翻譯。

       2001年，Sayda M.Elbashir等發(fā)表的一篇Nature[2]，以及Natasha J. Caplen等發(fā)表的1篇PNAS[3]證實(shí)，由21和22個(gè)核苷酸組成的dsRNAs能夠在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中誘導(dǎo)RNAi沉默，且不會(huì)引起非特異性干擾素反應(yīng)。這些小干擾RNA（siRNAs）很快就成為生物學(xué)研究中無處不在的工具，因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^一段堿基序列輕易地抑制任何基因。

       對(duì)藥物開發(fā)人員來說，siRNAs的效力和多功能性、抑制編碼蛋白質(zhì)的基因的前景以及有望成為“可編程”藥物的潛力都非常“誘人”。到2003年，已有很多家公司布局RNAi療法。

       不幸的是，第一次使用未經(jīng)修飾的siRNAs進(jìn)行的臨床試驗(yàn)產(chǎn)生了與免疫相關(guān)的**，以及可疑（不確定）的RNAi效應(yīng)。第二波臨床試驗(yàn)使用了系統(tǒng)給藥的siRNA納米顆粒制劑，盡管取得了重要進(jìn)展（如，首次證實(shí)，siRNA納米顆粒系統(tǒng)給藥可在人體內(nèi)產(chǎn)生RNAi效應(yīng)），但依然表現(xiàn)出了顯著的劑量限制**以及療效不足。這些研發(fā)中暴露的問題使得大部分制藥公司在2010年代早期退出了RNAi領(lǐng)域，這給RNAi藥物的研發(fā)帶來了資金危機(jī)。

       不過，盡管面臨這些挑戰(zhàn)，一些小型RNAi公司和學(xué)術(shù)研究人員并沒有就此放棄。他們吸取了以往臨床試驗(yàn)失敗的慘痛教訓(xùn)，堅(jiān)持對(duì)觸發(fā)器設(shè)計(jì)、序列選擇、化學(xué)修飾和遞送機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)。在這些方面取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，結(jié)合更加明智的疾病適應(yīng)癥選擇、更好的驗(yàn)證干預(yù)途徑、更成熟的臨床開發(fā)過程以及改善的生產(chǎn)制造能力，創(chuàng)造出了一條更加安全、有效的候選RNAi藥物管線。

       2018年8月10日，美國FDA批準(zhǔn)Alnylam公司作用于肝 臟的siRNA藥物——ONPATTRO (patisiran)，用于治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR）引起的神經(jīng)損傷。

       hATTR是一種罕見的、遺傳性、危及生命的神經(jīng)退行性疾病，由周圍神經(jīng)系統(tǒng)、心臟、胃腸道和其它器官中轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白（transthyretin, TTR）淀粉樣蛋白沉積引起。患者患有進(jìn)行性神經(jīng)病、心肌病、行走障礙和各種其它衰弱癥狀，診斷后中位生存期為5-15年。

       大多數(shù)TTR在肝 臟中產(chǎn)生。TTR中有>120個(gè)突變就能導(dǎo)致hATTR。Patisiran通過沉默肝細(xì)胞中野生型和突變型TTR mRNAs來降低血清中TTR蛋白的水平（圖2）。Patisiran的批準(zhǔn)給hATTR患者帶來了新的希望，讓RNAi藥物系統(tǒng)性遞送到肝 臟組織在臨床上成為現(xiàn)實(shí)，預(yù)示著RNAi治療領(lǐng)域進(jìn)入了新時(shí)代。

       3月7日，來自美國Beckman研究所的3位科學(xué)家就“RNAi藥物設(shè)計(jì)和研發(fā)方面的關(guān)鍵進(jìn)展、目前臨床管線的狀態(tài)以及未來的發(fā)展前景”在Nature Reviews Drug Discovery[4]雜志上發(fā)表了一篇深度綜述。

       文章介紹了RNAi的機(jī)制以及早期發(fā)現(xiàn)歷史，總結(jié)了目前在合成RNAi觸發(fā)器中使用到的基序、設(shè)計(jì)規(guī)則和化學(xué)修飾，討論了多種藥物遞送途徑，評(píng)估了RNAi藥物管線的當(dāng)前臨床狀態(tài)，對(duì)比了patisiran和后續(xù)候選藥物，并分析了RNAi領(lǐng)域未來的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

       藥物設(shè)計(jì)與開發(fā)

       為了利用哺乳動(dòng)物的RNAi通路對(duì)假定的治療靶點(diǎn)進(jìn)行有效的特異性抑制，RNAi藥物制劑必須克服與藥效學(xué)相關(guān)的挑戰(zhàn)（包括靶向特異性、脫靶RNAi活性、免疫傳感器介導(dǎo)的細(xì)胞**）以及與藥物動(dòng)力學(xué)相關(guān)的、在系統(tǒng)循環(huán)、細(xì)胞攝取和內(nèi)涵體逃逸（siRNA從內(nèi)涵體逃逸到細(xì)胞質(zhì)中可增強(qiáng)RNAi效果[5]）方面的挑戰(zhàn)。而這些挑戰(zhàn)是通過RNAi觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)基序、序列選擇和化學(xué)修飾以及遞送途徑和賦形劑（輔料）的選擇和設(shè)計(jì)來解決的。

       結(jié)構(gòu)基序

       雖然RNAi通路酶對(duì)dsRNA分子的相容性有限制性的結(jié)構(gòu)要求，但科學(xué)家們已開發(fā)出了一系列具有不同結(jié)構(gòu)基序和功能特性的合成RNAi觸發(fā)器。合成RNAi觸發(fā)器通常是完全堿基配對(duì)的dsRNAs或短發(fā)夾RNA（shRNAs），總長度在15到30bp之間。短于15bp的dsRNAs會(huì)失去參與RNAi機(jī)制的能力，而長于30bp的dsRNAs則能夠通過激活PKR通路誘導(dǎo)非特異性細(xì)胞**。

       序列選擇

       2016年，1篇發(fā)表在Cancer Gene Therapy[6]上的綜述提供了用于siRNA設(shè)計(jì)的軟件包列表，并推薦了使用protocols。通過對(duì)其中涉及的一些問題的討論，綜述指出，未來，RNAi藥物的開發(fā)人員可能需要在合理的靶點(diǎn)周圍進(jìn)行廣泛的靶點(diǎn)序列篩選，以確定候選藥物。

       化學(xué)修飾

       對(duì)RNAi藥物來說，化學(xué)修飾(組織靶向配體除外)有兩個(gè)基本功能。首先，它們通過削弱檢測(cè)dsRNA的內(nèi)源性免疫傳感器的激活，大大提高了安全性；其次，它們通過增強(qiáng)dsRNA觸發(fā)器抵抗內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶和外切酶降解的能力，大大提高了效力。除了這些功能外，化學(xué)修飾還可以改善序列選擇性以降低脫靶RNAi活性，以及改變物理和化學(xué)性質(zhì)以增強(qiáng)遞送。

       遞送賦形劑

       dsRNA觸發(fā)器的化學(xué)修飾、大小、親水性和電荷都對(duì)系統(tǒng)循環(huán)、外滲、組織滲透、細(xì)胞攝取以及內(nèi)涵體逃逸構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。許多化學(xué)賦形劑（輔料）已被開發(fā)出來以克服這些障礙，包括納米顆粒、脂質(zhì)納米顆粒(LNPs)、聚合物、樹狀大分子、核酸納米結(jié)構(gòu)、外泌體和GalNAc偶聯(lián)蜂毒素樣肽（NAGMLPs）。siRNA常見的靶向配體包括適配體、抗體、多肽和小分子（如GalNAc）。

       給藥位置

       除賦形劑外，給藥方法和給藥部位對(duì)RNAi藥物的生物利用度和生物分布也有深遠(yuǎn)的影響。臨床開發(fā)中的RNAi藥物涉及的給藥方式包括通過靜脈注射和皮下注射進(jìn)行系統(tǒng)給藥、通過吸入（肺中）或特定位置注射（如眼內(nèi)、腦脊液）等方式進(jìn)行局部給藥。

       臨床產(chǎn)品

       目前，除已被批準(zhǔn)上市的patisiran外，針對(duì)肝 臟、腎 臟和眼部適應(yīng)癥的多種候選藥物正在進(jìn)行I、II和III期臨床試驗(yàn)(表2）；此外，在接下來的兩年里，一些靶向中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）和其它非肝 臟組織的IND申請(qǐng)“迫在眉睫”。此外，用于RNAi有效載荷（特異性增強(qiáng)）和賦形劑的新技術(shù)有望在未來5年內(nèi)帶來新的適應(yīng)癥突破。

       當(dāng)然，需要指出的是，RNAi藥物的藥物動(dòng)力學(xué)、藥效學(xué)和**限制策略方面仍有很大的改進(jìn)空間。一些新技術(shù)的出現(xiàn)有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，如改善內(nèi)涵體逃逸的技術(shù)、增加RNAi療法有效性和安全性的抗體偶聯(lián)技術(shù)、降低LNPs**的技術(shù)、改善遞送方式的技術(shù)、快速逆轉(zhuǎn)RNAi活性的技術(shù)（許多RNAi藥物一次給藥后療效持續(xù)數(shù)周，可能會(huì)引發(fā)毒副作用）、限制RNAi藥物在特定細(xì)胞中發(fā)揮作用的技術(shù)、豐富臨床前動(dòng)物模型的技術(shù)等。

       但綜合來說，目前的進(jìn)展表明，未來10年，RNAi療法有非常多值得期待的地方。

       總結(jié)

       從1998年發(fā)現(xiàn)RNAi現(xiàn)象，到2006年兩位發(fā)現(xiàn)者共同獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，再到2018年全球首款RNAi藥物獲批，這20年的開發(fā)歷史證明了堅(jiān)持的力量。毫無疑問的是，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來RNAi療法會(huì)取得更多的突破。

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