新药研发第三次浪潮——小核酸药物(一)

小核酸药物简介

小核酸药物主要包括反义寡核苷酸 (ASO)、小干扰RNA (siRNA)、微小RNA (miRNA)、小激活RNA (saRNA)、信使RNA (mRNA)、RNA适配 (Aptamer)等。

核酸药物分类^[1]

反义寡核苷酸 (ASO) 技术原理：ASO 分子量较小 (约 18-30 个核苷酸)，是合成的单链核酸聚合物，可通过多种机制调节基因表达。ASO 调控基因表达的途径有3种：第1种：ASO 与 mRNA 结合后，形成空间位阻，使 mRNA 不能再进入核糖体进行蛋白质翻译，使得这种 mRNA 所携带的基因信息表达下调。第二种：ASO 通过碱基互补配对，与靶标 mRNA 结合后，招募 RNA 酶将 mRNA 降解，同样使得基因表达下调。第三种：主要是针对 pre-mRNA 在形成 mRNA 的过程中，ASO 结合于 Pre-mRNA 的某个外显子区域，使得这段外显子被剪切掉，在最终生成的 mRNA 中不包含这段外显子。

ASO作用机制^[2]

RNA干扰 (RNA interfering; RNAi) 技术原理：反义 RNA 与靶基因的 mRNA 以碱基互补配对的形式结合而导致的序列特异性基因沉默现象。长链双 RNA (dsRNA) 被剪切为siRNA (小干扰 RNA) 后，与蛋白质结合形成 siRNA 诱导干扰复合体 (RISC)，RISC再与互补的 mRNA (信使 RNA) 结合，使靶基因 mRNA 降解，最终沉默特定基因表达，从而实现对患者体内特定靶基因表达进行调控的基因治疗。

RNAi作用机制^[3]

小核酸药物发展史

1978 年，哈佛大学科学家Paul Zamecnik 等人首次报道了反义寡核苷酸 (antisense oligodeoxynucleotides) 可抑制肉瘤病毒的复制；

1998 年，全球首款 ASO 药物 (反义寡核苷酸药物) Vitravene批准上市；

1998 年，Andrew Fire 和 Craig Mello 在线虫中首次揭示了RNAi现象，并凭借这一发现于 2006 年获得了诺贝尔生理学与医学奖；

2001 年，RNAi 技术被 Science 杂志评为 2001 年的十大科学进展之一；

2004 年，OPKO 公司用于老年性黄斑变病的第一个 siRNA 药物 Bevasiranib 进入临床试验；

2005-2016 年，由于小核酸技术领域的技术瓶颈迟迟没有获得突破，药物本身的特性以及商业化进程中的种种问题导致该领域进入了一段低谷期；

2016 年，SareptaTherapeutics 和 Ionis 研发的 2 款 ASO 药物先后被 FDA 批准上市；

2018 年， 全球首款 siRNA 药物即 Alnylam 公司的 Onpattro 由 FDA 批准上市，用于由 hATTR 引起的多发性神经病患者的治疗；

目前，全球有超过 20 余款 siRNA 药物，50 余款 ASO 药物处于临床研究阶段，治疗领域覆盖中枢神经系统、心血管、抗感染和抗肿瘤等。

全球小核酸药物发展现状

国外小核酸药物研发概况：目前全球上市的小核酸药物共有 15 款，约 85% 是 2015 年以后上市。Ionis、Alnylam、Sarepta 是小核酸药物领域的三巨头。

FDA/EMA批准的核酸药物 (截至2021年6月30日)^[1]

国内小核酸药物研发概况：与国外相比，国内目前还暂无获批的小核酸药物，国内的小核酸药企业目前都还处于发展初期或者上升期。国内企业中小核酸药物的领先企业包括苏州瑞博生物、苏州圣诺制药、中美瑞康等。

小核酸药物特点及优势

❖ 特异性强：小核酸药物是根据目标RNA人工设计的，所以目标明确，靶点特异性强。

❖ 设计简便、研发周期短：小核酸药物临床前研发首先通过测定基因序列，针对疾病基因进行合理设计，使基因靶向沉默，所以能避免盲目开发，很大程度上节省研发时间。

❖ 靶点丰富：小核酸药物从转录后水平进行治疗，能针对一些蛋白靶点能有疗效的特殊靶点进行突破，有望攻克尚无药物的遗传疾病。

小核酸药物开发挑战和策略

小核酸药物开发过程中最大的难题是避免快速被降解并进入靶向细胞发挥治疗功能。目前国内外均有相当成熟的技术，随着基因测序技术的发展，测序成本降低，为小核酸药物产业化提供了可能。在小核酸药物的开发过程中最大的难点是向患者注射小核酸药物后，药物如何在体内存留足够长的时间、并精准进入靶向细胞发挥治疗功能，同时最大程度的避免误伤正常细胞。

核酸药物递送壁垒^[4]

小核酸原料药生产使用固相合成技术，在工艺开发、工艺放大和质量控制上存在较高壁垒，小核酸原料药固相合成配套设备、洁净环境等前期投入非常大，同时生产需符合 GMP要求。因此，国内有能力生产小核酸原料药的企业较少，相关产业配套尚不完善，随着市场需求的增加，能否保证小核酸药物的及时供应成为产品开发和商业化成功的重要挑战。目前，美迪西在mRNA，siRNA等小核酸药物方面的多个FTE项目以及CMC服务项目已启动。

小核酸药物在体内不稳定，进入血液之后极易被核酸酶降解，且易通过肾脏清除，半衰期短，同时外源的核酸分子具有免疫原性，容易引起人体的免疫反应。此外，如果不能进入细胞实现胞吞，小核酸药物将无法发挥作用。通过化学修饰和递送系统可以解决这些问题。随着技术突破，部分难题目前得到较好的解决办法，其中化学修饰 (如：磷酸骨架、核糖、核糖五元环改造、碱基、核苷酸练末端改造等)  可以避免核酸药物被核酸酶降解并延长半衰期，高效安全的递送系统 (如：环糊精纳米聚合物、脂质纳米颗粒、缀合物递送系统、乙酰半乳糖胺系统等) 可以使核酸药物精准的靶向目标细胞并提高细胞摄取效率，使核酸药物发挥治疗功能。

小核酸药物从转录后水平进行治疗，能针对难以成药的特殊蛋白靶点实现突破，有望攻克尚无药物治疗的疾病包括遗传性疾病和其他难治性疾病。

小核酸药物未来发展趋势

未来，随着小核酸药物的应用领域和技术领域不断突破创新，技术的更新将有助于小核酸药物的发展。市场需求和市场规模将持续扩大，小核酸药物的适应症范围广，包括肿瘤、罕见病、病毒性疾病、肾脏疾病、心血管疾病、炎症类疾病、代谢类疾病等。因此，小核酸药物潜在适应人群基数大，随着技术的发展和生产的成熟，小核酸药物市场在未来将有更广阔的发展空间。

小核酸药物相比现有的小分子和抗体药物具有靶点筛选快、研发成功率高、不易产生耐药性、更广泛的治疗领域和长效性等优点，具有较大发展潜力。伴随着技术的持续进步，小核酸药物有望形成继小分子药物、抗体之后的现代新药第三次浪潮。

参考文献

[1] Yoji Yamada.NucleicAcid Drugs-Current Status, Issues, and Expectations for Exosomes. Cancers(Basel). 2021 Oct5;13(19):5002.

[2] Thomas C Roberts, et al. Advances in oligonucleotidedrug delivery. Nat Rev Drug Discov. 2020. Oct;19(10):673-694.

[3] David Bumcrot, et al. RNAi therapeutics: a potential new class of pharmaceutical drugs. Nat Chem Biol. 2006 Dec;2(12):711-9.

[4] Xuyu Tan, etal. Nucleic acid-based drug delivery strategies. JControl Release. 2020 Jul 10;323:240-252.