靶向RNA的小分子藥物——羅氏Risdiplam（Evrysdi）治療脊髓性肌萎縮

       酶、受體和離子通道都是蛋白質(zhì)藥物靶點，整個制藥行業(yè)都是由蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)劑建立起來的。然而，我們在靶向RNA方面缺乏經(jīng)驗。不久前，用小分子選擇性靶向RNA的概念被認(rèn)為是一個巨大的科學(xué)挑戰(zhàn)。

       RNA作為治療靶點實際上很有吸引力。我們發(fā)現(xiàn)，只有1.5%的基因組最終被翻譯成蛋白質(zhì)，而70-90%被轉(zhuǎn)錄成RNA！然而，使用小分子來靶向RNA也有其自身的風(fēng)險。一方面，RNA本質(zhì)上是動態(tài)的，化學(xué)多樣性有限。另一方面，混亂的RNA結(jié)合配體經(jīng)常在篩選活動中被識別。不同于由22種蛋白質(zhì)組成的蛋白質(zhì)，RNA只由腺嘌呤（A）、尿嘧啶（U）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）四個初級核苷酸單體組成，這可能是市場上靶向RNA的小分子藥物稀少的原因。1

       碰巧的是，脊肌萎縮癥（SMA）是靶向RNA剪接的完 美候選對象。

       SMA是最常見的遺傳性神經(jīng)肌肉疾病之一，每1萬例活產(chǎn)兒中就有1例患有此病。SMA的主要病因是低水平的存活運動神經(jīng)元（SMN）蛋白，它是由SMN1基因編碼的。在RNA切片過程中，RNA可能有多個剪接異構(gòu)體。人類攜帶兩種普遍表達(dá)的同源SMN1和SMN2基因。SMN1全長mRNA編碼SMN蛋白，SMN蛋白是所有物種正常發(fā)育和功能穩(wěn)態(tài)的必要蛋白。SMN2基因幾乎與SMN1基因完全相同，除了一個胞嘧啶（C）到酪氨酸（T）的替換，導(dǎo)致在85%的轉(zhuǎn)錄本中剪接前體信使RNA （pre-mRNA）時排除了第7外顯子。

       從術(shù)語上講，外顯子是編碼序列，內(nèi)含子是RNA序列的非編碼延伸?；蚣艚邮且环N轉(zhuǎn)錄后的修飾，其中一個基因可以編碼多個蛋白質(zhì)。在mRNA翻譯之前，通過區(qū)分包含或排除pre-mRNA來完成。如果我們找到能增加外顯子7包含的SMN2剪接修飾藥物，這些藥物將是治療SMA很有前途的藥物。2

       20世紀(jì)50年代末，脫氧核糖核酸（DNA）雙螺旋結(jié)構(gòu)的共同發(fā)現(xiàn)者弗朗西斯?克里克（Francis Crick）提出了基因信息流的中心法則。中心法則描述了基因信息流在單向矢量的轉(zhuǎn)錄和翻譯兩步過程中:DNA→mRNA→蛋白質(zhì)。

       本質(zhì)上，DNA被轉(zhuǎn)錄成mRNA后，mRNA被翻譯成蛋白質(zhì)（在這種特殊情況下是SMN蛋白質(zhì)）。最近，輝瑞和Moderna的mRNA**已經(jīng)取得了巨大的成功，可以產(chǎn)生針對SAR-CoV-2的刺突蛋白?；赗NA的**在COVID-19大流行期間挽救了局面。

       由于SMA以SMN蛋白缺乏為特征，所有現(xiàn)有的治療方法都是通過提高SMN蛋白水平來發(fā)揮作用。這可以通過改變SMN2的剪接過程來增加外顯子7的包含或通過重新表達(dá)SMN1來實現(xiàn)。雖然SMN1基因的缺失是疾病的根本原因，但SMN2基因是SMA的主要疾病修飾基因。

       百健的nusinersen（Spinaraza）自2016年起上市，是一種反義寡核苷酸（ASO）。它調(diào)節(jié)SMN2基因的選擇性剪接，在功能上將其轉(zhuǎn)化為SMN1基因，從而增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）中SMN蛋白的水平。但nusinersen必須在鞘內(nèi)注射(直接注射入脊柱)。這需要**，有報道稱一些父母選擇讓患有SMA的孩子提前一個月離開學(xué)校，以防止任何可能影響手術(shù)的疾病。2

       另一種治療SMA的方法是諾華基于腺相關(guān)病毒9（AAV9）的基因療法onasemnogene（Zolgensma）。這是一種編碼全長SMN蛋白的重組腺病毒載體，于2019年獲得批準(zhǔn)。這種方法理論上并不依賴于SMN2基因。Onasemnogene是一次性靜脈注射至少兩個月的皮質(zhì)類固醇，以保護(hù)肝 臟。由于2019年每次治療的成本為215萬美元，Zolgensma贏得了世界上最昂貴藥物的榮譽！2

       2020年，小分子SMA2導(dǎo)向RNA剪切修飾劑risdiplam（Evrysdi, 1）獲得FDA批準(zhǔn)用于治療SMA。該藥物是由PTC Therapeutics與羅氏以及SMA基金會合作發(fā)現(xiàn)的。

       在SMN2 pre-mRNA剪接過程中，PTC通過與剪接機制的RNA成分相互作用，開展了表型高通量篩選（HTS）活動，以識別有利于包含外顯子7的小分子。香豆素2被認(rèn)為是一種很有前途的產(chǎn)品。遺憾的是，香豆素2及其異香豆素衍生物在Ames試驗中呈陽性，表明其具有潛在的致突變性。更糟糕的是，香豆素和異香豆素在血漿蛋白質(zhì)中都是不穩(wěn)定的，而且眾所周知，它們與光**有關(guān)。3

       在與羅氏和SMA基金會的合作中，PTC進(jìn)行了他們的領(lǐng) 先優(yōu)化。支架跳躍導(dǎo)致了核心結(jié)構(gòu)吡啶嘧啶-4-1的發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過廣泛的構(gòu)效關(guān)系（SAR）研究，RG7800（3）成為第一個進(jìn)入人類臨床試驗的小分子SMN2剪切修飾劑。4

       然而，RG7800（3）的臨床研究由于在食蟹猴的長期**研究中發(fā)現(xiàn)安全問題而暫時擱置，作為預(yù)防措施。此外，RG7800（3）由于是人ether-a-go-go（hERG）鉀離子通道的較弱底物，因此存在一些選擇性問題和潛在的心臟**問題。此外，該藥物還可能引起光**。5

       進(jìn)一步優(yōu)化RG7800（3）降低了對脫靶基因的活性，顯著提高了靶上的效價，從而減少了有效劑量，改善了治療窗口。最后，他們的成果是risdiplam（1）具有良好的藥代動力學(xué)特性和理想的全身組織分布。6

       這是藥物化學(xué)和藥物設(shè)計的一件漂亮的作品。

       risdiplam（1）是一種完全符合Lipinski?s rule of 5的小分子藥物，具有優(yōu)良的理化性質(zhì)。risdiplam（1）已被證明具有良好的生物利用度進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）和外周組織口服。risdiplam（1）是一種高效的SMN2剪接修飾劑，在體外檢測和SMA轉(zhuǎn)基因小鼠模型中增加SMN2 mRNA轉(zhuǎn)錄的外顯子7內(nèi)含物。在臨床試驗中，risdiplam（1）已被證明以劑量和時間一致的方式增加SMN蛋白。暴露一個月后，給予最大劑量的患者SMN蛋白的中位比值增加約2。6

       Risdiplam（Evrysdi, 1）是藥物發(fā)現(xiàn)的一個重要里程碑。隨著合法的概念驗證（PoC）的出現(xiàn)，越來越多以RNA為靶點的小分子藥物肯定會隨之而來，攻克許多我們迄今尚未攻克的藥物靶點。事實上，包括Skyhawk和Arrakis在內(nèi)的幾家公司已經(jīng)明確使用小分子作為RNA剪接修飾劑的平臺成立。2

       參考文獻(xiàn)

       1. Falese, J. P.; Donlic, A.; Hargrove, A. E. Targeting RNA with small molecules: from fundamental principles towards the clinic Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 2224–2243.

       2. Cormac, S. First small-molecule drug targeting RNA gains momentum Nat. Biotechnol. 2021, 39, 6–8.

       3. Woll, M. G.; Qi, H.; Turpoff, A.; Zhang, N.; Zhang, X.; Chen, G.; Li, C.; Huang, S.; Yang, T.; Moon, Y.-C.; et al. Discovery and Optimization of Small Molecule Splicing Modifiers of Survival Motor Neuron 2 as a Treatment for Spinal Muscular Atrophy J. Med. Chem. 2016, 59, 6070–6085.

       4. Ratni, H.; Karp, G. M.; Weetall, M.; Naryshkin, N. A.; Paushkin, S. V.; Chen, K. S.; McCarthy, K. D.; Qi, H.; Turpoff, A.; Woll, M. G.; et al. Specific Correction of Alternative Survival Motor Neuron 2 Splicing by Small Molecules: Discovery of a Potential Novel Medicine to Treat Spinal Muscular Atrophy J. Med. Chem. 2016, 59, 6086–6100.

       5. Pinard, E.; Green, L.; Reutlinger, M.; Weetall, M.; Naryshkin, N. A.; Baird, J.; Chen, K. S.; Paushkin, S. V.; Metzger, F.; Ratni, H. Discovery of a Novel Class of Survival Motor Neuron 2 Splicing Modifiers for the Treatment of Spinal Muscular Atrophy J. Med. Chem. 2017, 60, 4444–4457.

       6. Ratni, H.; Ebeling, M.; Baird, J.; Bendels, S.; Bylund, J.; Chen, K. S.; Denk, N.; Feng, Z.; Green, L.; Guerard, M. et al. Discovery of Risdiplam, a Selective Survival of Motor Neuron-2 (SMN2) Gene Splicing Modifier for the Treatment of Spinal Muscular Atrophy (SMA) J. Med. Chem. 2018, 61, 6501–6517.