致病基因“猎手”——RNAi药物从发现到临床应用

自1998年RNA干扰（RNAi）现象的发现以来，25年里这一技术已从发现走向了临床应用，为遗传性疾病治疗提供了新的可能性。

突破：RNAi药物从发现到临床应用

1998年，RNA干扰（RNA interference，RNAi）现象首次被发现。这是一种转录后水平的基因表达调控技术，能够使与之同源的靶基因mRNA特异性降解或翻译受阻，从而达到基因沉默的效果。RNAi技术的发现为基因表达调控提供了新的机制，特别是在治疗遗传性疾病方面，被授予了2006年诺贝尔生理学或医学奖。

小干扰RNA(small interference RNA, siRNA）药物正是基于RNAi技术的一种新型治疗方法，具有特异性沉默几乎任何治疗靶点的潜力，拥有前所未有的效力和持久性。

2018年，FDA批准了首款siRNA药物——Onpattro（Patisiran），由Alnylam公司开发用于治疗hATTR患者，代表了一种治疗疾病的全新方法。该药基于脂质纳米颗粒（LNPs）递送，这也是目前市场上唯一利用这一技术平台的siRNA药物。

此后，肝脏递送的主要平台由更有效的GalNAc偶联技术取代。目前，全球已有6个siRNA药物获批上市。

表1. 全球已上市的6个siRNA药物

资料来源：FDA官网、博药整理
图1：Patisiran (Onpattro)结构式（2018年）

然而，siRNA药物仍面临诸多挑战，尤其是递送问题。目前已获批上市的siRNA药物全部都靶向肝内组织，治疗肝外疾病的效用仍然有限，还需要持续的创新。

挑战与创新：影响siRNA药物疗效的因素

尽管siRNA药物展现出巨大潜力，但其在体内的稳定性和生物利用度仍是主要挑战。化学修饰、计算机辅助设计和生物筛选、优化递送策略等方面的创新，为siRNA药物研发带来了新的希望和突破点。

化学修饰

由于siRNA药物是基于RNA结构进行设计的，而人体内又存在很多水解RNA的酶，因此在人的循环系统中，siRNA药物非常容易被水解掉，其表现为稳定性不足；另外一方面，siRNA药物是带有负电荷的核酸大分子，原则上很难通过细胞膜进入细胞内部发生作用；并且，siRNA还可以触发先天免疫反应并引起脱靶效应。

对 siRNA 进行化学修饰，可以提高其在血液中的化学稳定性、增加半衰期、降低免疫效应和脱靶效应。还可以在药物上连接一些配体，当配体与特定组织上的受体结合时，会引起特定细胞的内吞作用，使得 RNAi 药物具有靶向运输能力。

• 磷酸修饰：裸siRNA的核苷酸之间通过3',5'-磷酸二酯键连接，带有负电荷，容易被血液中的磷酸酶降解。最常见的修饰是将易被水解的磷酸二酯（phosphodiester，PO）替换为硫代磷酸酯（phosphorothioate，PS），可以显著地稳定 RNA 对核酸酶的降解，但过多的 PS 修饰可能导致毒性增加。除此之外，还可以将硼酸磷酸酯（BP）取代 ，效力更高，但目前缺乏大规模合成的优化方法。
  
  

• 核糖修饰：最常见的核糖修饰位点为核苷酸的 2'位，包括 2'-O-Me 和 2'-F，可以提高核酸酶抗性和结合亲和力，延长半衰期，使 siRNA 稳定性增强。此外，还可以引入锁核酸（LNA）修饰，即核糖的 2'-O 与 4'-C 之间形成共价键。将 LNA 插入 siRNA 序列可以增加生物稳定性和靶标结合亲和力。
  
  

• 碱基修饰：siRNA与mRNA 通过碱基互补形成氢键发挥作用，因此对碱基进行修饰会对 siRNA 的性能产生影响。常见的碱基修饰方法是用 5'-溴尿嘧啶、假尿嘧啶、2'-硫尿嘧啶、5'-碘尿嘧啶取代碱基，可以促进核苷酸之间氢键的形成，一定程度上提高稳定性。
  
  

综合考虑不同方面的化学结构调整，可以优化siRNA的靶向性和安全性，为其在治疗应用中的应用提供更广阔的前景。


图1. siRNA结构修饰策略

图片来源：参考资料1

计算机辅助设计和生物筛选

siRNA的设计和生物筛选对疗效和安全性至关重要。通过计算机辅助设计，研究人员可以利用算法预测siRNA序列的功效和特异性。这些算法综合考虑了目标mRNA的可及性、热力学稳定性和非靶效应等因素。随后，潜在的siRNA候选序列还需要通过生物筛选来验证其活性和选择性。

siRNA的修饰策略对其体内功能性具有显著影响。但目前大多数公开可用的siRNA预测算法是基于未修饰的siRNA数据集，这限制了它们对修饰siRNA的预测能力。

在体外识别siRNA的活性较为简单，但体外效力并不总是能够直接转化为体内活性。因此，需要综合考虑体外和体内效力，并持续创新以提高预测准确性。

靶点特异性是设计siRNA时需要考虑的另一个关键因素。由于脱靶而产生的毒性在体内与体外仍然存在差异，这也是需要考虑的因素。

跨物种的siRNA设计可以简化临床前开发过程，但需要对人类和其他物种的靶序列同源性进行分析。在跨物种活性差异方面，仍然缺乏深入的生物学机制解释，需要更多的研究和创新。

递送策略

递送siRNA至目标细胞是RNAi疗法中不可忽视的一关。

为了克服siRNA递送的挑战，科学家们开发了各种递送方法，主要可分为病毒载体和非病毒载体；前者通常使用逆转录病毒、腺病毒等作为递送载体，具有较高的递送效率，但免疫反应风险和毒性等问题，限制了其临床应用。

相比之下，非病毒载体以其低毒性而具有更大的开发潜力，比如基于脂质体的纳米递送系统 和偶联介导的递送系统。

目前，LNP（脂质纳米颗粒）平台与GalNAc共轭连接递送系统平台已有产品获批上市。另外，Dicerna公司（已被诺和诺德收购）肝脏靶向的GalXC™递送平台可实现RNAi疗法的皮下给药，基于该平台开发的Nedosiran (Rivfloza）已于2023年获批上市，用于原发性高草酸尿症（PH）。

在肝外递送方面，Alnylam公司开发了十六烷基C16偶联技术，以鞘内给药方式尝试向中枢神经系统和眼部的递送，以及IKARIA™平台，对肺部、肌肉和脂肪组织的siRNA递送方法进行了改进。Codiak公司开发了外泌体递送平台。

此外，近年来无载体递送系统成为一种具有潜力的递送策略，将纳米药物递送与自组装技术相结合，在不借助载体材料的情况下，siRNA 之间自组装或与其他药物共组装，形成均匀稳定的纳米粒，这些纳米粒具有自递送能力，即同时作为递送载体和被递送的对象，包括脂质 siRNA 偶联物、抗体-siRNA 偶联物、多肽 siRNA 偶联物、核酸适配体-siRNA 结合物以及siRNA 与其他药物的共组装。

随着新材料、新技术和新策略的不断发展，siRNA的递送将会更加高效和安全，以实现siRNA药物的广泛应用。

未来：siRNA药物前景辽阔

siRNA药物具有明显的优势，包括“不可成药”的靶点、相对较短的开发周期以及长期稳定的临床疗效，这些优势使其已成为药物研发领域的一大亮点。展望未来，siRNA药物的应用范围预计将实现大幅扩展。

目前，多项使用脂质和抗体-蛋白质共轭物递送siRNA的临床项目已展现出显著的疾病治疗效果，这一进步可能预示着下一轮siRNA药物批准的浪潮即将到来。

图2. 临床适应症和靶标选择
图片来源：参考资料1

在治疗肝病领域，siRNA药物已被视为一种首选的治疗策略，并已经获得临床验证。siRNA药物因其较低的用药频率和便利性，有望取代某些传统药物siRNA药物的持久性和安全性可能基因编辑方法获得临床接受的先决条件。例如，针对乙型肝炎的siRNA药物已进入了临床验证阶段。

此外，siRNA还可以作为长非编码RNA的治疗靶点，为治疗特定疾病提供新的选择。尽管目前对于针对长非编码RNA的药物研发仍处于初级阶段，但siRNA和其他寡核苷酸为基础的治疗方法在这一领域展现出了极高的潜力，未来有望在这一领域取得突破。

最后，siRNA与其他药物模式结合可能产生协同效应，为治疗复杂疾病带来新的可能性。例如，Alnylam的靶向C5补体siRNA药物cemdisiran与Regeneron的C5补体抑制剂pozelimab联合疗法在治疗阵发性夜间血红蛋白尿（PNH）显示出潜力。

未来，siRNA药物在临床应用中的潜力将继续被挖掘和拓展，我们有望看到更多具有广泛应用前景的RNAi药物问世。

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