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。

近日，一篇發(fā)表在Journal of Medicinal Chemistry上的綜述文章，基于對CAS內(nèi)容合集（CAS Content Collection）的分析，評估了不同類型RNA在醫(yī)學應用中的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)。同時也對RNA療法和疫苗的開發(fā)管線、RNA化學修飾和遞送機制進行了概述。本文中，藥明康德內(nèi)容團隊將與各位讀者分享其中精彩內(nèi)容。點擊文末“閱讀原文/Read more”，即可訪問原始論文頁面。

RNA的類型及其在醫(yī)學上的應用

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)學上的應用不盡相同。mRNA可以作為療法、診斷生物標志物或治療靶標。細胞中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。

▲多種不同類型的RNA（圖片來源：參考資料[1]，點擊可見大圖）

siRNA通過與mRNA編碼區(qū)的特定序列結合，導致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識別并結合互補的DNA或RNA序列，它可以促進正常的mRNA剪接，防止功能失常蛋白的表達，或者靶向降解RNA。此外，適配體是構成特定3維結構的寡核苷酸序列。適配體可以結合廣泛的靶標，包括蛋白質、細胞、微生物、化合物和其他核酸。它與蛋白的結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)勢和挑戰(zhàn)

RNA療法具有幾方面的重要優(yōu)勢，包括對靶標具有高度特異性，通過替換RNA的序列可以進行模塊化的開發(fā)，在藥代動力學和藥效學方面的可預測性，以及相對安全（它們中的大多數(shù)不會改變基因組）。然而，該療法也存在一些挑戰(zhàn)：盡管RNA治療藥物設計可以使用“即插即用”的模塊化設計概念，但它們?nèi)匀恍枰ㄟ^測試來確定其療效和安全性；由于RNA很容易降解，因此如何實現(xiàn)細胞遞送面對重大挑戰(zhàn)。

研發(fā)管線中RNA類型及其靶向疾病

回顧既往關于RNA的研究，許多關鍵的臨床發(fā)現(xiàn)推動了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年對核酸進行早期研究繼而發(fā)現(xiàn)mRNA以來，歷經(jīng)約六十年的時間，人類才終于通過對mRNA的改造將其應用于臨床——研發(fā)出新冠mRNA疫苗。目前已有2款新冠mRNA疫苗獲得美國FDA的上市批準。相較于傳統(tǒng)疫苗，mRNA疫苗合成和生產(chǎn)工藝相對便捷，具有強大的免疫原性，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干擾機制獲得諾貝爾醫(yī)學或生理學獎。2010年的一項關鍵人類臨床試驗表明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ASO藥物Vitravene（fomivirsen）獲得美國FDA批準。現(xiàn)今，已有多款ASO藥物獲得美國FDA批準。

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

RNA技術為開發(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，細胞中的蛋白表達水平有限，往往會引發(fā)體內(nèi)的免疫反應。這些問題可以通過對RNA分子進行各種優(yōu)化（包括化學修飾等）來緩解。

通過化學修飾可提高RNA穩(wěn)定性和靶向特異性

化學修飾可以保護治療性RNA免受核酸外切酶、核酸內(nèi)切酶和細胞環(huán)境的影響，并增強藥物活性。骨架的選擇決定了ASO是阻斷翻譯、轉錄或剪接等細胞過程，還是靶向RNA進行核酸酶消化。對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，從而增強與靶標的特異性結合。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療法中的化學修飾（圖片來源：參考資料[1]，點擊可見大圖）

RNA遞送系統(tǒng)

親水性和帶負電荷的RNA治療藥物不能穿過細胞膜，因此，它們需要遞送載體和/或化學修飾才能達到其靶標。雖然免疫原性和核酸酶等生物障礙通常可以通過對RNA進行化學修飾來解決，但將RNA包裹到納米載體中既可以保護RNA，也可以將其遞送到細胞中。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、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]）

脂質納米顆粒是目前應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)點包括易于生產(chǎn)、可生物降解、保護包埋的核酸免受核酸酶降解和腎臟清除、促進細胞攝取和內(nèi)體逃逸。最近，脂質納米顆粒作為mRNA新冠疫苗的重要組成部分受到全球關注，在有效保護和轉運mRNA進入細胞中發(fā)揮著關鍵作用。

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

▲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]，點擊可見大圖）

結語

綜上所述，RNA藥物已經(jīng)被批準用于治療心血管、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藥物遞送面對的挑戰(zhàn)方面具有重要意義。作者表示，隨著我們對RNA的多種類型和功能的進一步理解，生成穩(wěn)定性和藥物活性更高的修飾RNA的能力逐步提高，以及基于納米技術的載體能夠將這些RNA靶向遞送到細胞中，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，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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