隨著mRNA新冠疫苗的成功開發(fā)以及多種基于RNA的新型藥物獲批，RNA已躍居藥物研究前沿。除了mRNA在產(chǎn)生抗原或治療性蛋白中的作用外，不同類型的RNA還具有多種功能，并在細(xì)胞和組織中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。這些RNA具有作為新療法的潛力，而RNA本身既可作為藥物，也可作為靶點(diǎn)。

近日，一篇發(fā)表在Journal of Medicinal Chemistry上的綜述文章，基于對(duì)CAS內(nèi)容合集（CAS Content Collection）的分析，評(píng)估了不同類型RNA在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)、挑戰(zhàn)。同時(shí)也對(duì)RNA療法和疫苗的開發(fā)管線、RNA化學(xué)修飾和遞送機(jī)制進(jìn)行了概述。本文中，藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)將與各位讀者分享其中精彩內(nèi)容。點(diǎn)擊文末“閱讀原文/Read more”，即可訪問原始論文頁(yè)面。

RNA的類型及其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

RNA是一種具有多功能的生物大分子，可以廣義地定義為編碼RNA和非編碼RNA（ncRNA）。ncRNA有多種類型，包括tRNA、lncRNA、miRNA、小干擾RNA（siRNA）、saRNA、circRNA、和外泌體RNA等多種類型。不同RNA類型在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用不盡相同。mRNA可以作為療法、診斷生物標(biāo)志物或治療靶標(biāo)。細(xì)胞中mRNA可以翻譯產(chǎn)生治療性蛋白來替代有缺陷或缺失的蛋白。mRNA也可作為反義寡核苷酸（ASO）、siRNA、miRNA、適配體和抑制性tRNA的治療靶點(diǎn)。

▲多種不同類型的RNA（圖片來源：參考資料[1]，點(diǎn)擊可見大圖）

siRNA通過與mRNA編碼區(qū)的特定序列結(jié)合，導(dǎo)致mRNA的降解。這種靶向特異性增加了其作為潛在藥物的可能性。ASO識(shí)別并結(jié)合互補(bǔ)的DNA或RNA序列，它可以促進(jìn)正常的mRNA剪接，防止功能失常蛋白的表達(dá)，或者靶向降解RNA。此外，適配體是構(gòu)成特定3維結(jié)構(gòu)的寡核苷酸序列。適配體可以結(jié)合廣泛的靶標(biāo)，包括蛋白質(zhì)、細(xì)胞、微生物、化合物和其他核酸。它與蛋白的結(jié)合可以抑制蛋白之間的相互作用，從而產(chǎn)生治療效果。

RNA療法的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

RNA療法具有幾方面的重要優(yōu)勢(shì)，包括對(duì)靶標(biāo)具有高度特異性，通過替換RNA的序列可以進(jìn)行模塊化的開發(fā)，在藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)方面的可預(yù)測(cè)性，以及相對(duì)安全（它們中的大多數(shù)不會(huì)改變基因組）。然而，該療法也存在一些挑戰(zhàn)：盡管RNA治療藥物設(shè)計(jì)可以使用“即插即用”的模塊化設(shè)計(jì)概念，但它們?nèi)匀恍枰ㄟ^測(cè)試來確定其療效和安全性；由于RNA很容易降解，因此如何實(shí)現(xiàn)細(xì)胞遞送面對(duì)重大挑戰(zhàn)。

研發(fā)管線中RNA類型及其靶向疾病

回顧既往關(guān)于RNA的研究，許多關(guān)鍵的臨床發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了RNA療法的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。目前主要的RNA療法包括mRNA，反義寡核苷酸以及小干擾RNA等。

自1960年對(duì)核酸進(jìn)行早期研究繼而發(fā)現(xiàn)mRNA以來，歷經(jīng)約六十年的時(shí)間，人類才終于通過對(duì)mRNA的改造將其應(yīng)用于臨床——研發(fā)出新冠mRNA疫苗。目前已有2款新冠mRNA疫苗獲得美國(guó)FDA的上市批準(zhǔn)。相較于傳統(tǒng)疫苗，mRNA疫苗合成和生產(chǎn)工藝相對(duì)便捷，具有強(qiáng)大的免疫原性，不需要傳統(tǒng)疫苗必需的附加佐劑。

就siRNA來說，2006年Andrew Fire博士和Craig Mello博士發(fā)現(xiàn)RNA干擾機(jī)制獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。2010年的一項(xiàng)關(guān)鍵人類臨床試驗(yàn)表明siRNA可以靶向特定的人類基因，隨后的臨床前研究和開發(fā)促使第一種siRNA療法——Onpattro（patisiran）在2018年獲批，用于治療由遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性（hATTR）引起的周圍神經(jīng)疾病成人患者。目前獲批的siRNA療法還有Givlaari（givosiran）、Oxlumo（lumasiran）和Leqvio（inclisiran）。

而使用反義寡核苷酸（ASO）作為療法的概念在1978年就已經(jīng)被提出，20年后首款A(yù)SO藥物Vitravene（fomivirsen）獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)。現(xiàn)今，已有多款A(yù)SO藥物獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)。

▲RNA關(guān)鍵研究和開發(fā)里程碑（圖片來源：參考資料[1]，點(diǎn)擊可見大圖）

RNA技術(shù)為開發(fā)罕見或難治疾病的新藥提供了一種創(chuàng)新方法。目前，多款在研RNA療法處于不同的臨床前和臨床期開發(fā)階段，治療包括癌癥、肝腎疾病、心臟疾病、代謝性疾病、血液疾病、呼吸系統(tǒng)疾病和自身免疫性疾病等多種疾病。

▲治療不同疾病的在研管線開發(fā)階段分布（圖片來源：參考資料[1]）

與其他生物分子相比，RNA分子是不穩(wěn)定的。外源RNA分子引入人體后，細(xì)胞中的蛋白表達(dá)水平有限，往往會(huì)引發(fā)體內(nèi)的免疫反應(yīng)。這些問題可以通過對(duì)RNA分子進(jìn)行各種優(yōu)化（包括化學(xué)修飾等）來緩解。

通過化學(xué)修飾可提高RNA穩(wěn)定性和靶向特異性

化學(xué)修飾可以保護(hù)治療性RNA免受核酸外切酶、核酸內(nèi)切酶和細(xì)胞環(huán)境的影響，并增強(qiáng)藥物活性。骨架的選擇決定了ASO是阻斷翻譯、轉(zhuǎn)錄或剪接等細(xì)胞過程，還是靶向RNA進(jìn)行核酸酶消化。對(duì)siRNA中核糖的修飾可以通過降低siRNA的熱穩(wěn)定性來減輕脫靶效應(yīng)，從而增強(qiáng)與靶標(biāo)的特異性結(jié)合。1-甲基假尿嘧啶核苷可提高治療性mRNA的穩(wěn)定性和翻譯。

▲獲批RNA療法中的化學(xué)修飾（圖片來源：參考資料[1]，點(diǎn)擊可見大圖）

RNA遞送系統(tǒng)

親水性和帶負(fù)電荷的RNA治療藥物不能穿過細(xì)胞膜，因此，它們需要遞送載體和/或化學(xué)修飾才能達(dá)到其靶標(biāo)。雖然免疫原性和核酸酶等生物障礙通?？梢酝ㄟ^對(duì)RNA進(jìn)行化學(xué)修飾來解決，但將RNA包裹到納米載體中既可以保護(hù)RNA，也可以將其遞送到細(xì)胞中。具有生物降解性、生物相容性、低毒性的納米材料也可以作為RNA載體。其中包括脂質(zhì)、殼聚糖、環(huán)糊精、聚乙烯亞胺（PEI）、聚乳酸-乙醇酸、樹狀大分子、磁性納米顆粒、碳納米管、金納米顆粒、二氧化硅納米顆粒等。

▲遞送RNA的載體類型（圖片來源：參考資料[1]）

脂質(zhì)納米顆粒是目前應(yīng)用最廣泛的核酸藥物和疫苗的非病毒遞送系統(tǒng)之一。其優(yōu)點(diǎn)包括易于生產(chǎn)、可生物降解、保護(hù)包埋的核酸免受核酸酶降解和腎臟清除、促進(jìn)細(xì)胞攝取和內(nèi)體逃逸。最近，脂質(zhì)納米顆粒作為mRNA新冠疫苗的重要組成部分受到全球關(guān)注，在有效保護(hù)和轉(zhuǎn)運(yùn)mRNA進(jìn)入細(xì)胞中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

聚合物是僅次于脂質(zhì)的第二大類核酸遞送載體。陽(yáng)離子聚合物與陰離子核酸形成穩(wěn)定的復(fù)合物，提供了一種通用、可擴(kuò)展和易于調(diào)整的平臺(tái)，用于高效的核酸遞送，同時(shí)將免疫應(yīng)答和細(xì)胞毒性降至最低。線性陽(yáng)離子聚合物也是研究最廣泛的載體之一。此外，多肽在結(jié)構(gòu)和功能上具有多樣性、生物相容性，可以用于靶向細(xì)胞。

▲不同RNA遞送載體在CAS內(nèi)容合集中的出現(xiàn)比例（圖片來源：參考資料[1]，點(diǎn)擊可見大圖）

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，RNA藥物已經(jīng)被批準(zhǔn)用于治療心血管、代謝、肝臟、感染、神經(jīng)、神經(jīng)肌肉、腎臟和眼部疾病，還有更多處于研究階段。RNA載體在克服靶向RNA藥物遞送面對(duì)的挑戰(zhàn)方面具有重要意義。作者表示，隨著我們對(duì)RNA的多種類型和功能的進(jìn)一步理解，生成穩(wěn)定性和藥物活性更高的修飾RNA的能力逐步提高，以及基于納米技術(shù)的載體能夠?qū)⑦@些RNA靶向遞送到細(xì)胞中，具有多重特異性的靶向RNA治療選擇正在出現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，它具有徹底改變?nèi)祟惣膊≈委煹臐摿Α?/p>

參考資料

[1] Sasso JM et al., (2022), The Progress and Promise of RNA Medicine─An Arsenal of Targeted Treatments. J Med Chem, https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.2c00024

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