小核酸藥物概述—引領(lǐng)生物醫(yī)藥變革

1.1 向陽花木易為春，小核酸藥物優(yōu)勢顯著

講到堪稱生物醫(yī)藥第三次革命的核酸藥物就不得不提到中心法則。中心法則是指 遺傳信息從 DNA 傳遞給 RNA，再從 RNA 傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過程，以及 遺傳信息從 DNA 傳遞給 DNA 的復(fù)制過程。這是所有有細胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法 則。核酸藥物就是有別于傳統(tǒng)藥物，直接作用在 DNA 或者 RNA 層面的藥物，本報 告重點分析在核酸藥物中堿基較少（往往小于 30nt）的小核酸藥物。

基于 RNA 和 DNA 的核酸藥物較之傳統(tǒng)藥物更有優(yōu)勢。目前，小分子和蛋白質(zhì)是生 物制藥主流的兩大類藥物。小分子藥物通過競爭性結(jié)合抑制靶蛋白，而基于蛋白 質(zhì)的藥物（例如抗體）可以與多個靶標(biāo)高度特異性結(jié)合。相較于抗體藥物，小核 酸藥物可選擇靶點更為豐富，特別是針對一些蛋白藥物難以成藥的一些基因，而 且短序列的一些核酸藥物通常是可以進行化學(xué)合成，制備相對簡單一些，更容易 保證合成可得性和批次間穩(wěn)定性。

作為核酸藥物中的代表，小核酸藥物展現(xiàn)了極大的潛力，包含反義寡核苷酸（ASO）、 小發(fā)卡 RNA（shRNA）、小干擾 RNA（siRNA）。小核酸藥物從基因水平開始治療， 相比蛋白藥物有明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)小分子化合物的發(fā)現(xiàn)過程中，先導(dǎo)化合物的發(fā) 現(xiàn)存在比較大的偶然性，而小核酸藥物的最大優(yōu)勢是，只需要針對小核酸藥物的 基因開發(fā)合適的序列，就可以開發(fā)成為新的藥物，該途徑避免了研發(fā)過程中的盲 目性。確定了小核酸藥物的靶標(biāo)序列后，其流程較快，且耗時明顯更短，而且小 核酸藥物的生物特異性也是非常高的。多年來，小核酸的化學(xué)修飾與遞送系統(tǒng)改 進不僅增強了特異性和功效，而且減少了副作用。近年來，小核酸藥物因其獨特 的優(yōu)勢已成為治療各種疾病的有前途的工具。

1.2 小核酸藥物的發(fā)展現(xiàn)狀

小核酸藥物目前主要分為反義寡核酸藥物（ASO）、RNA 干擾藥物（siRNA，miRNA）， 由于 miRNA 目前尚無獲批藥物，故本報告將集中于 ASO 與 siRNA 這兩類小核酸藥 物的分析。從獲批情況上來看，自小核酸類第一個藥物 Vitravene 上市以來，小核 酸行業(yè)已經(jīng)歷了 20 年的時間，迄今為止一共有 10 個 RNA 的藥物上市，而且由于 行業(yè)技術(shù)以及監(jiān)管的逐步成熟，近年來小核酸類藥物的審批有了明顯的加速。2015 年以前小核酸領(lǐng)域僅有 2 款藥物上市，在 2018 年至今，已經(jīng)先后有 6 款藥 物上市。

目前，從治療領(lǐng)域來看，小核酸藥物研發(fā)的重點治療領(lǐng)域包括杜氏肌營養(yǎng)不良、腫瘤、囊性纖維化等各類疾病。由于小核酸藥物兼具基因修飾和傳統(tǒng)藥物的雙重 特點，故未來將在多個領(lǐng)域大展身手，預(yù)計在基因遺傳性疾病和病毒感染性疾病 領(lǐng)域中將有不俗表現(xiàn)。

目前小核酸藥物已有多款藥物獲批，并且在商業(yè)上取得了一定的成功。成功的代表藥物是 ASO 藥物 Nusinersen，用于治療脊髓性肌萎縮癥(SMA)，截至 2019 年 底，其累計銷售額為 47 億美元；另外，目前批準的兩種 siRNA 藥物 Patisiran 和 Givosiran 也都取得了極好的銷售額，Patisiran 在 2019 年上市的第一年銷 售額已超過 1.5 億美元。

2、 小核酸藥物的作用機理與研發(fā)趨勢

2.1 ASO 與 siRNA 藥物作用機理（略）

2.2 ASO 與 siRNA 的管線研發(fā)現(xiàn)狀

對于 ASO 藥物，目前 ASO 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，由于行業(yè)進入門檻較高， 全球?qū)嶒炇译A段后的項目不足 300 個，其治療領(lǐng)域主要集中于腫瘤、神經(jīng)與肌肉 疾病。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Ionis、Sarepta、WAVElife 等公司均有較 長時間的積淀，行業(yè)集中度相對較高。這主要是因為 ASO 藥物體積相對較小、親 水性較低，有一定的通過胞飲直接進入細胞的能力，行業(yè)早期大多采用對 ASO 直 接化學(xué)修飾（降低遞送效率以換取更簡單的成藥性）的方式進行藥物改造，因而 更容易使得早期進入行業(yè)的企業(yè)形成專利。但是，近年來隨著新型遞送系統(tǒng)的出 現(xiàn)以及單純化學(xué)修飾的 ASO 遞送效率仍難以讓人滿意，一批以遞送技術(shù)為切入點 的生物醫(yī)藥企業(yè)正在進入 ASO 領(lǐng)域。

對于 siRNA 藥物，與 ASO 類似，目前 siRNA 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，全球 實驗室階段后的項目大約 300 個，整體發(fā)展態(tài)勢良好，其治療領(lǐng)域主要集中于腫 瘤、神經(jīng)與眼科。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Alnylam、Dicerna、Arrowhead 等公司均有較長時間的積淀，行業(yè)集中度相對較高。由于 siRNA 分子量相較于 ASO 更大，且電荷性更強，siRNA 更難依靠自身進入細胞，所以 siRNA 藥物對于 載體的要求更高，這也是為何 siRNA 藥物獲批相較于 ASO 藥物更晚的一大原因。目前，siRNA 領(lǐng)域頭部的企業(yè)都基于自身的技術(shù)特點，有自己或者授權(quán)引進了遞 送平臺，遞送技術(shù)是生物醫(yī)藥企業(yè)進入 siRNA 領(lǐng)域的一大切入點。

2.3 小核酸藥物化學(xué)修飾發(fā)展趨勢

天然存在的小核酸具有較差的穩(wěn)定性和非常低的特異性，并且在體內(nèi)具有許多副 作用?；瘜W(xué)修飾是增強小核苷酸藥物遞送的有效方法之一。磷酸骨架，核糖部分 和堿基本身的修飾已被廣泛采用，以改善寡核苷酸藥物的類藥物性質(zhì)，從而增強 遞送。

具體而言，利用修飾來改善寡核苷酸的藥代動力學(xué)，藥效學(xué)和生物分布。對于某 些治療方式的功能性，還需要特定的修飾方式。例如，2'-OMe 和硫代磷酸酯（PS） 修飾的組合促進了與膽固醇結(jié)合的 siRNA 的全身給藥，并在體內(nèi)實現(xiàn)了有效的基 因沉默，例如 2'-OMe 和 2'-F 的組合已用于 ONPATTRO；采用硫代磷酸酯（PS）， 2'-OMe，2'-F 和 2'-deoxy 修飾的 inclisiran（ALN-PCSsc）亦被用于治療高膽 固醇血癥。目前，Alnylam，Arrowhead，Silence，Dicerna 等頭部企業(yè)在自身 ASO 與 siRNA 管線成藥性設(shè)計時都采用了多種化學(xué)修飾并用的方法以增加其藥物 的成藥性，并且隨著對于核酸序列以及化學(xué)修飾認知的加深，對于核酸的化學(xué)修 飾也經(jīng)歷了從最早的不修飾到部分修飾，再到現(xiàn)在的全修飾。

目前，對于核酸的化學(xué)修飾經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出了 3 代技術(shù)。最常 用的化學(xué)修飾是第一代的硫代磷酸酯和第二代的甲基膦酸酯。膦酸甲酯不帶電， 因此比天然 DNA 或 RNA 更具親脂性，并且可以更好地穿透細胞。但是，甲基膦 酸酯的溶解度一直是個問題，常與膜結(jié)合，僅有較少修飾后小核酸能進入細胞質(zhì) 內(nèi)。因此，后續(xù)又產(chǎn)生了第三代 PNA、LNA 等技術(shù)。但這些技術(shù)或多或少仍有潛 在的肝毒性以及效率低下等問題，工業(yè)界與學(xué)界也意識到，化學(xué)修飾對于小核酸 藥物遞送十分重要，但如靶向性等大量問題單純依靠化學(xué)修飾還是難以解決，最 終還是需要依靠遞送系統(tǒng)。

2.4 小核酸藥物遞送系統(tǒng)發(fā)展概況

目前針對 RNAi 給藥，好的遞送系統(tǒng)是解決挑戰(zhàn)的重中之重，目前領(lǐng)先公司 Alnylam 獲批的藥物一款采用脂質(zhì)體 LNP、一款采用 Galnac 遞送系統(tǒng)。

3、 反義寡核苷酸（ASO）已上市及潛力藥物分析（略）

目前全球上市的 ASO 藥物一共有 8 個，這 8 個藥物的作用機制也不完全一樣。

3.1 Fomivirsen—開創(chuàng) ASO 藥物之先河

3.2 Mipomersen—降脂領(lǐng)域第一款 ASO 藥物

3.3 Eteplisen—爭議中前行的 ASO 藥物

3.4 Nusinersen—第一款重磅炸彈

3.5 Inotersen—商業(yè)化上落于下風(fēng)

3.6 Volanesoren—靜待繼續(xù)開花結(jié)果

3.7 Golodirsen 與 Viltolarsen—后續(xù)值得關(guān)注

3.8 ASO 成功的關(guān)鍵因素

總體來看，ASO 藥物的商業(yè)化成功與否主要建立在兩方面：1、對于疾病致病病 理的研究；2、本身的臨床療效。

在疾病致病病理的研究上，無論是 DMD51 號外顯子還是 53 號外顯子藥物的出現(xiàn)， 還是針對 SMA 藥物的出現(xiàn)，這些精妙的設(shè)計都是建立在對于疾病致病機理深入的 認知上，因此，未來 ASO 藥物的蓬勃發(fā)展必然是伴隨著疾病 Biology 的研究不斷 深化，而近年來精準醫(yī)學(xué)的發(fā)展正不斷使得 Biology 研究加速。

脂蛋白 a（Lp（a））是一種高度致動脈粥樣硬化、類似 LDL 的脂蛋白，通過二硫 鍵連接到載脂蛋白 a（Apo（a）），Apo（a）由 LP（a）基因編碼。Lp（a）具有 促炎、促動脈粥樣硬化和血栓形成特性，并已通過流行病學(xué)研究證實與心肌梗塞、 中風(fēng)和外周動脈疾病相關(guān)。LP（a）的水平在出生的時候就已經(jīng)確定了，和后天 生活方式無關(guān)，目前已有的降低膽固醇的藥物也沒法控制，目前全球約有 800-1000 萬人群 LP（a）表達異常。

Pelacarsen是用 GALnac 偶聯(lián)的 ASO 藥物，采用全 PS 骨架及 2’-MOE 修飾用來抑 制 Apoa 的 mRNA，從而 LP（a）的水平。

4、 siRNA 藥物—每一部分都匠心獨具

目前獲批上市的 siRNA 藥物有兩款，分別為 Alnylam 治療 haTTR 的 Patisiran 和 治療急性肝卟啉癥（AHP）的 Givosiran。由于與 ASO 藥物相比，siRNA 藥物由于 體積更大，且親水性更強，較難直接通過細胞膜攝取，并且 siRNA 暴露血液會有 穩(wěn)定性問題并造成免疫原性，因而無遞送系統(tǒng) siRNA 藥物基本無法達到理想遞送 水平。目前上市的兩款 siRNA 藥物主要采用的遞送系統(tǒng)均為較成熟的遞送技術(shù)脂 質(zhì)體（LNP）與 GalNAc。

4.1 Patisiran-基于脂質(zhì)體 LNP,實現(xiàn) siRNA 藥物零的突破

LNP 遞送 siRNA 第一個成功上市的藥物是 Alnylam 的 Patisiran。2018 年 8 月 FDA 批 準了 Alnylam 的 RNAi 藥物 Onpattro (通用名 patisiran)，用于治療轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀 粉樣變性（haTTR）引起的神經(jīng)損傷。由于 haTTR 疾病分析已在先前 Inotersen 介 紹部分中進行了分析，在此就不贅述。作為第一個上市的 siRNA 藥物，無論是核酸的修飾技術(shù)，還是遞送系統(tǒng)的設(shè)計上，Patisiran 都可謂是反映了 Alnylam 數(shù)十年 技術(shù)的演進，每一個部分均可謂是匠心獨具。

4.1.1 核酸的化學(xué)修飾

Patisiran 是化學(xué)合成的雙鏈寡核苷酸。正義鏈和反義鏈各包含 21 個核苷酸。有義鏈的 19 個核苷酸與反義鏈的互補 19 個核苷酸雜交，從而形成 19 個核苷酸 堿基對，并在每條鏈上留下兩個 3'-末端核苷酸作為未雜交的突出端，在修飾上 Patisiran 同時應(yīng)用了 2’-O-M 和 2’-O-Me 修飾。并且 siRNA 的化學(xué)修飾相較 ASO也更為復(fù)雜，核酸修飾的順序以及各類修飾所占比例也會影響最終藥物的穩(wěn)定性 與療效。

Patisiran 作為較早開發(fā)的 siRNA 藥物，采用的是部分核酸修飾的方式，尚未采 用 STC 與 ESC 修飾模板。從 Patisiran 到后續(xù)的藥物如 revusiran（采用 STC） 和 Givosiran（采用 ESC）在 siRNA 的核酸修飾上，可以看到 Alnylam 多年來經(jīng) 驗積累與技術(shù)提升的過程。

從核酸修飾的演進過程上看，即使 Patisiran 沒有采用最新的核酸修飾平臺技術(shù)， 仍保證了較好的療效，主要原因在于核酸的修飾本身可改進的空間并不大，主要 還是集中在提高穩(wěn)定性、減毒增效上，與化學(xué)修飾相比，可能遞送系統(tǒng)的提升更 為關(guān)鍵。

版權(quán)歸屬原作者所有！若涉及版權(quán)問題，敬請原作者聯(lián)系我刪除！