文/胡瓏于 周琦凌

2018年8月10日，美國食品藥品管理局批準首款小干擾核糖核酸（small interfering ribonucleic acid，siRNA） 藥 物Patisiran， 用于治療患有遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性?。╤ereditary transthyretin-mediated amyloidosis，hATTR）的成年患者[1]，這使RNA藥物治療再次獲得廣泛關(guān)注。

其實，近幾年有多款反義寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）RNA藥物取得FDA上市批準， 如Nusinersen、Eteplirsen和Mipomersen等。Moderna公司作為mRNA藥物研發(fā)的代表也獲得了資本市場的密切關(guān)注，迄今已融資逾18億美金[2]。

可以說，RNA 治療正逐步走向市場，并承載厚望。本文將簡明介紹RNA治療（RNA-based therapeutics）的作用機制及產(chǎn)業(yè)前景。

什么是RNA治療？

RNA治療是指基于RNA的靶向治療手段，藥物最終的靶點通常是特定的RNA序列，或者藥物本身就基于RNA的分子。

常見的RNA治療手段按分子類型和作用方式的不同可分為小干擾核糖核酸（smallinterfering RNA，siRNA）、微小核糖核酸（microRNA，miRNA）、反義寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）、適體（aptamer）和合成信使核糖核酸（synthetic mRNA）[3]。

RNA治療可以作用于靶向人和病毒的轉(zhuǎn)錄組、調(diào)節(jié)基因表達、改變mRNA剪切、靶向參與轉(zhuǎn)錄、以及通過表觀遺傳學(xué)途徑調(diào)控非編碼RNA和mRNA等。

圖1 細胞中的各種RNA分子和作用（圖片來源[4]）

圖1（原圖及說明引用自[4]）中展示了細胞中多種多樣的RNA分子。這些RNA分子在細胞中有著重要而廣泛的作用。除了直接參與蛋白質(zhì)合成的三種傳統(tǒng)類型的RNA（rRNA，tRNA和mRNA）外，許多小型非編碼RNA（＜200 nt）也參與了各種生物過程。這些過程包括參與前體mRNA剪接（pre-mRNA splicing）的snRNA、參與rRNA加工和修飾的snoRNA，參與基因翻譯調(diào)節(jié)的miRNA，參與RNA沉默（RNA silencing）和表觀遺傳學(xué)的PIWI RNA以及其他參與tRNA和rRNA成熟過程的小ncRNA，如RNase P和MRP RNA。此外，最近還發(fā)現(xiàn)大量長ncRNA（＞ 200 nt）在多種細胞過程中發(fā)揮重要作用。這些過程包括染色質(zhì)重塑（如Xist，HOTAIR）、轉(zhuǎn)錄（如asRNA，eRNA）、從細胞核中的RNA加工（如NATS）到翻譯（如-Uchl1）再到蛋白質(zhì)修飾（如NKILA）。而有毒RNA（如三核苷酸重復(fù)）的表達或由RNA編輯等導(dǎo)致的RNA突變也可以通過不同的方式引起疾病。

多種的RNA治療方案中最常見的機制是通過與目標RNA進行精確配對（ASO，siRNA）或者非精確配對（miRNA），導(dǎo)致目標RNA的降解，剪切改變，或者無法正常翻譯，最終實現(xiàn)對致病蛋白的控制或者更改[4]。大部分的ASO、siRNA和miRNA本質(zhì)上都是這種作用方式。

文首提到的Nusinersen就是一款針對脊髓性肌萎縮癥患者的單鏈反義寡核苷酸──ASO藥物?；加屑顾栊约∥s癥的個體存在著突變或缺失的存活運動神經(jīng)元1（survival motor neuron 1，SMN1）基因，因而不能產(chǎn)生足夠的SMN蛋白來維持運動神經(jīng)元的存活。低水平的SMN蛋白最終導(dǎo)致進行性肌肉無力和消瘦（萎縮）。這種病一度無藥可救，直到Nusinersen的出現(xiàn)。Nusinersen調(diào)節(jié)SMN1的同族蛋白SMN2的剪切位點，在功能上將SMN2轉(zhuǎn)化為SMN1，從而提高SMN的蛋白水平，然后提高中樞神經(jīng)元的活力[5]。

除了調(diào)節(jié)RNA的剪切位點，更為常見的作用機制是通過RNA干擾的方式實現(xiàn)對目標mRNA的降解，或者阻斷其翻譯。RNA干擾是在細胞內(nèi)自然發(fā)生的過程，以阻斷某些基因的表達方式。幾乎所有的siRNA和miRNA以及RNA H介導(dǎo)型的ASO的作用機制都是基于RNA干擾[4]。如Alnylam公司的Patisiran、Lonis公司的Inotersen和Genzyme的Mipomersen。雖然這種作用機制很普遍，但這種機制只能用于調(diào)節(jié)（通常是降低）某個基因的表達量，在藥物開發(fā)的過程中比較受限。圖2（原圖及圖注引自[4]）展示了每個機制作用的具體方式。

圖2 常見調(diào)節(jié)基因表達的反義機制。（A-E）反義寡核苷酸雜交后通過兩種不同的機制調(diào)節(jié)基因表達：（1）酶促RNA降解和（2）占位機制。酶促RNA降解包括（A）類DNA反義寡核苷酸，其通過RNA酶H1觸發(fā)互補RNA的切割和（B）siRNA介導(dǎo)的通過Ago2-RISC通路減少互補RNA，和其他機制，如核酶降解。占位機制利用反義寡核苷酸與靶RNA堿基配對使得RNA不發(fā)生降解。這些作用包括但不限于：（C）用非DNA樣反義寡核苷酸調(diào)節(jié)剪接，以抑制或增強剪接位點的利用; （D）用非DNA樣反義寡核苷酸調(diào)節(jié)mRNA翻譯，以通過空間阻斷(steric blocking)抑制翻譯或通過與翻譯抑制元件結(jié)合激活翻譯; （E）通過與miRNA堿基配對抑制miRNA功能或通過與結(jié)合有miRNA綁定位點的mRNA的位點實現(xiàn)消除特定miRNA效用的作用（圖片來源[4]）

在上市的RNA藥物中，適體的作用方式與其他RNA分子藥物不盡相同。適體是與特定靶分子結(jié)合的寡核苷酸或肽分子，又被稱為“化學(xué)抗體”，在功能上與傳統(tǒng)抗體相當，但具有幾個優(yōu)點，包括它們相對小的物理尺寸，具有柔性結(jié)構(gòu)，能夠快速通過化學(xué)產(chǎn)生，具有多功能化學(xué)修飾，高穩(wěn)定性和缺乏免疫原性[6]。除此之外，適體還可與細胞受體結(jié)合后被內(nèi)化，在核酶組合以及其靶分子存在下自切割，使其成為小干擾RNA（siRNA），微小RNA（microRNA）和常規(guī)藥物的有用靶向遞送劑[7]。例如，2004年被FDA批準 的Pegaptanib就是一種RNA適體，由28個核苷酸組成，治療新生血管性（濕性）年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）[8]。通過特異性結(jié)合165VEGF同種異型體，Pegaptanib能夠控制新血管的形成、增加血管的滲透性，從而治療這兩個主要病理過程導(dǎo)致的新生血管性黃斑變性[9]。

最后一大類RNA治療機制是直接引入mRNA，原則上，這種方式能夠引入任何蛋白，又不同于基于DNA的基因治療那樣永久不可變，降低了基因治療的安全性隱患，有很大的自由度和想象空間。這也是Moderna這類超高估值公司出現(xiàn)的原因。從用途上，mRNA 有兩個非常有吸引力的應(yīng)用方向，mRNA疫苗和治療不可靶向基因病。相對傳統(tǒng)蛋白制劑疫苗而言，mRNA疫苗有潛力將生產(chǎn)時間從數(shù)月縮短到數(shù)周，有更高的潛在迭代效率。這一特點在面對一些快速進化的流行病時將顯現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)疫苗的隨病毒演化能力。除此之外，用mRNA 實現(xiàn)個性化癌癥疫苗也顯示出一定的可行性[10]。相對mRNA 疫苗而言，將mRNA用于治療罕見基因病的技術(shù)難度更高。除了要解決遞送問題，還要避免免疫原性，控制mRNA的蛋白翻譯效率等。目前，上述技術(shù)門檻正在逐一破解，如Moderna Therapeutics 開發(fā)了新型氨基脂質(zhì)體（amino lipids），因增加內(nèi)體逃逸效率，從而提升了脂質(zhì)納米顆粒的mRNA遞送效率[11]。一些引人注目的臨床試驗正在進行。如，用編碼血管內(nèi)皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF） 的mRNA產(chǎn)生足夠的蛋白來幫助心臟病人患病后修復(fù)和維系健康。目前，該研究已進入臨床二期試驗。 另一個例子是Translate Bio 公司正在研究的用編碼囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（CFTR）來治療囊性纖維化，旨在細胞內(nèi)產(chǎn)生完整功能的CFTR蛋白，從而治愈囊性纖維化。該研究也進入了臨床一期。未來，更多的mRNA治療方案或?qū)⒃谂R床試驗中證明其有效性和安全性[12]。

RNA治療的產(chǎn)業(yè)前景

RNA治療機制不同于傳統(tǒng)的化學(xué)合成小分子藥物和大分子生物藥，也不同于基于DNA的基因治療。RNA 治療將重點放在數(shù)量更多、動態(tài)變化更豐富、可塑性更強的RNA上，通過調(diào)控或改變傳遞信息（mRNA），達到影響結(jié)果（蛋白質(zhì)）的目的。由于RNA治療的靶向性的選擇面更廣、理論效率更高和治療方案的自由度更高，給予了大量研發(fā)空間嘗試不同的靶向策略及給藥方式。大量ASO神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物研發(fā)結(jié)果也顯示出RNA藥物不尋常的藥代動力學(xué)和藥效學(xué)特性：包括復(fù)雜的活性攝取機制 （uptake mechanisms） ，低全身暴露（systemic exposure），較長的半衰期（half-lives），以及從亞細胞貯庫（subcellular depots）的逐漸積累、釋放[12]。

然而，RNA治療的發(fā)展并非一帆風(fēng)順。舉個例子，ASO互補mRNA 使得RNA降解的RNA抑制機制早在20世紀80年代末90年代初就被發(fā)現(xiàn)、闡述，但第一款A(yù)SO藥物Fomivirsen在1998年才被FDA批準用于治療巨細胞病毒（cytomegalovirus，CMV）視網(wǎng)膜炎，其機制為與CMV復(fù)制所必需的 immediate-early-2（IE-2）蛋白的mRNA結(jié)合，從而抑制CMV復(fù)制[13，14]。而后由于治療方案的改變導(dǎo)致適應(yīng)證人群驟減，在2002年就退出市場。 真正意義上的被FDA批準的、基于反義結(jié)合原理（antisense）抑制細胞內(nèi)mRNA表達的ASO藥物Mipomersen 更是到2015才出現(xiàn)[15，16]。而RNA剪切、外顯子跳躍的原理也早在20世紀90年代末就被提出，多家公司如Sarepta，Lonis，Biogen也早早起步，但經(jīng)過多年的試錯，才終于在2016年出現(xiàn)了首款基于選擇剪切原理的藥物Eteplirsen獲FDA批準上市；而概念還相對較新的mRNA 療法則更是面臨著半衰期短、mRNA免疫原性風(fēng)險、最大化蛋白質(zhì)表達、mRNA的遞送等問題[17]。此外，RNA療法很多的時候不能治愈疾病，但是價格極其高昂，例如引言中提到的Patisiran，每位病人每年花費就高達45萬美金[18]。另外，這些RNA療法常常伴隨著一定風(fēng)險的副作用，如ASO藥物常存在血液凝固異常和血小板減少以及腎臟損害等風(fēng)險[19]。

種種現(xiàn)象，不禁讓人們思考，如何評估RNA分子治療的風(fēng)險和獲益？RNA治療已經(jīng)在穩(wěn)定性提高、脫靶性降低、以及靶向藥物活性增強等方面取得突破，這與新型寡核酸藥物化學(xué)分子的發(fā)現(xiàn)、遞送介質(zhì)的優(yōu)化、對于寡核酸藥物作用機制的更好理解、以及對與疾病機制的更深入解析密切相關(guān)[12]。隨著臨床試驗的開展，人們對于RNA藥物也逐漸形成了更加豐富的認識，發(fā)現(xiàn)了RNA治療方案有其他藥物不可比擬的迭代速度、生產(chǎn)效率和藥物學(xué)特性。

復(fù)雜和多變的背后，既代表著機會，也提示著風(fēng)險。許多科學(xué)家相信，RNA在生物學(xué)中的作用是無限的，因而它的治療潛力也是無限的。人們不僅可以靶向mRNA，還可以靶向非編碼RNA（ncRNA）。NcRNA包括microRNA （miRNA），以及repetitive RNA，intronic RNA，和長ncRNAs（lncRNA） ，它們都具有廣泛的控制基因表達和調(diào)控蛋白功能的作用。如在癌癥治療領(lǐng)域，非編碼RNA（ncRNA）已被確定為關(guān)鍵基因表達調(diào)節(jié)劑。長非編碼RNA（lncRNA）的表達揭示良性和轉(zhuǎn)移性腫瘤中的多種基因表達譜。廣譜的潛在靶點從一開始就賦予了RNA治療與其他治療方案不同的天然優(yōu)勢。

隨著對生命體各層次的認知加深，研發(fā)者們將逐漸征服更多的疾病，RNA治療或?qū)橹委煛⒅斡鞣N疾病提供有效方案。