寡核苷酸療法能夠直接調控基因表達，它被認為是繼小分子藥物和蛋白質類藥物之后的新一類藥物開發(fā)熱點方向。根據(jù)近日發(fā)表在Nature Reviews Drug Discovery期刊上的一篇文章，截止2020年1月，全球范圍內已經(jīng)有10款寡核苷酸藥物獲得美國FDA批準上市，同時還有至少20多款在研寡核苷酸藥物進入臨床研究階段。本文中，我們將結合發(fā)表在Nature上的這篇文章，以及公開資料，帶大家了解下寡核苷酸療法的種類，以及當下面臨的主要挑戰(zhàn)和應對策略有哪些。
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寡核苷酸是一類包含20 個左右堿基的短鏈核苷酸的總稱，包括DNA或RNA內的核苷酸。寡核苷酸可通過一系列過程來調節(jié)基因表達，包括基因沉默、剪接調節(jié)、非編碼RNA抑制、基因激活、基因編輯等等。因此，這類藥物具有治療多種疾病的潛力。大多數(shù)寡核苷酸通過堿基配對方式與同源目標分子相互作用。此外，核酸還可以通過形成三維二級結構與蛋白質相互作用，這一特性也被用于疾病治療藥物的開發(fā)。例如，核酸適配體（aptamers）是一種結構核酸配體，可作為特定蛋白的拮抗劑或激動劑。同樣地，含有發(fā)夾結構的向導RNA分子也可以與外源引入的Cas9蛋白結合，并將其引導到特定的基因組DNA位點進行靶向基因編輯。寡核苷酸藥物理論上可以選擇性地靶向任何基因，且具有最小的，或至少可預測的脫靶效應。此外，它們也可以靶向罕見疾病患者的特異性基因序列、特定的等位基因（例如單核苷酸多態(tài)性等）、致病性融合轉錄本、傳統(tǒng)的“不可成藥”靶點，以及對某種寡核苷酸療法產(chǎn)生耐藥性的病毒序列等等。這些優(yōu)勢和潛力使寡核苷酸成為了當下的研究熱點。寡核苷酸作為藥物的研究大約始于三十年前。截至2020年1月，已有10款寡核苷酸藥物獲得美國FDA批準上市。寡核苷酸藥物的種類有很多，包括反義寡核苷酸（ASOs）、小干擾核糖核酸（siRNA）、微小核糖核酸（miRNA）、核酸適配體等等。
反義寡核苷酸是一種小的、合成的具有不同化學性質的單鏈核酸聚合物，可通過多種機制調控基因表達。這類藥物可細分為兩大類: RNase H依賴（RNase H competent）型和空間位阻型（steric block）。內源性RNase H酶Rnase H1識別RNA-DNA異質雙鏈底物，ASO結合位點的切割導致靶標RNA的破壞，從而沉默靶基因的表達。新一代的RNase H型ASOs通常遵循“gapmer”模式，即一個基于DNA的中央“間隙”被基于RNA的側翼區(qū)域包圍，促進目標結合。值得注意的是，Rnase H1在細胞質和細胞核中都是活躍的，因此能夠靶向其他技術可能難以捕捉的核轉錄本。迄今為止，已經(jīng)有3種 RNase H依賴型ASO藥物獲得批準上市，分別為fomivirsen、mipomersen和inotersen（見表1）。空間位阻寡核苷酸可與目標轉錄本高親和力結合，但由于缺乏募集RNase H能力，它們不會誘導目標轉錄本降解。這類寡核苷酸最廣泛的應用是調節(jié)可變剪接，以選擇性地排除或保留特定的外顯子。然而，同樣的技術也可以用于剪接破壞，即跳過外顯子以中斷目標基因的翻譯。此外，空間位阻寡核苷酸也可能被用于促進異型轉換，從而減少有害蛋白異型的表達和/或促進有益蛋白異型的表達。截至2020年1月，已經(jīng)有3種剪接轉換ASO藥物獲得FDA批準，分別為eteplirsen、golodirsen和nusinersen（見表1）。siRNA是一類雙鏈RNA分子：它的一條鏈成為引導鏈（又稱反義鏈），與靶標轉錄物互補；另一條鏈為正義鏈。作為RNA誘導沉默復合物（RISC）的一部分，siRNAs引導Argonaute 2蛋白（AGO2）與目標轉錄本互補，在AGO2的催化下，引導鏈的相反位置被切割，進而導致基因沉默。目前至少兩種siRNAs藥物已獲得FDA批準，分別為patisiran和givosiran。miRNA是一類由內源基因編碼的非編碼單鏈RNA分子，由具有發(fā)夾結構的單鏈RNA前體經(jīng)過Dicer酶加工后生成。miRNA與多種生理和病理過程有關，包括癌癥、細胞周期進展、傳染病、免疫、糖尿病、新陳代謝、肌生成和肌肉營養(yǎng)不良，因此成為了新藥開發(fā)的一個重要靶點。與siRNA一樣，miRNA可以將RNA誘導的沉默復合物（RISC）引導至靶序列，從而啟動基因沉默。目前，已有許多公司在開發(fā)miRNA藥物。例如，Regulus公司正在開發(fā)靶向miR-21和miR-17的miRNA寡核苷酸藥物，擬分別治療Alport腎?。ˋlport nephropathy）、多囊腎（polycystic kidney disease）。miRagen公司正在開發(fā)多種miRNA候選藥物：其中cobomarsen是一種靶向miR-155的寡核苷酸抑制劑，擬開發(fā)治療皮膚T細胞淋巴瘤；remlarsen是一種靶向miR-29的雙鏈模擬物，擬開發(fā)治療瘢痕疙瘩(keloids)。許多基因表達長的非編碼RNA，它們通常與近端蛋白質編碼基因的轉錄抑制有關。用稱為小激活RNA的寡核苷酸片段靶向這些長的非編碼RNA可以逆轉這種負調控的作用，從而導致轉錄激活，這已在許多疾病相關的基因中得到顯示，包括BACE1（阿爾茨海默?。?、BDNF（帕金森?。?、UBE3A（安格曼綜合征）和SCN1A（Dravet綜合征）等等。目前，內源性小激活RNA在細胞核內的重要性已經(jīng)越來越受到重視，作為轉錄基因激活或沉默的天然介質，內源性小激活RNA可能本身就構成了寡核苷酸療法的靶點。目前，已有許多公司在開發(fā)小激活RNA。例如，MiNA Therapeutics正在開發(fā)MTL-CEBPA，這是一種靶向CEBPA（一種參與肝細胞分化和腫瘤抑制的關鍵轉錄因子）的小激活RNA，以脂質納米顆粒制劑的形式遞送，用于治療肝細胞癌。目前，該在研藥正在肝細胞癌和肝硬化患者中開展1期臨床試驗。激活特定基因的另一種方法是Stoke Therapeutics的TANGO技術平臺，該技術靶向非生產(chǎn)性RNA剪接以增加基因表達，并解決由于基因功能喪失或降低而導致的單基因疾病。該公司目前的主要候選藥為STK-001。STK-001是一種反義寡核苷酸藥物，擬開發(fā)治療Dravet綜合征。臨床前研究數(shù)據(jù)顯示，在Dravet綜合征小鼠模型中，STK-001提高了小鼠的生存率，并降低了癲癇發(fā)作頻率。目前，該在研藥正在開展1/2a期臨床試驗。
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雖然全球已經(jīng)有十余款寡核苷酸療法獲批上市，但寡核苷酸療法的廣泛應用仍面臨一個主要挑戰(zhàn)——如何將寡核苷酸藥物有效輸送到肝臟以外的目標器官和組織。迄今為止，大多數(shù)寡核苷酸療法，包括幾乎所有已批準的核酸藥物，都是局部給藥，例如眼睛、脊髓、肝臟。寡核苷酸通常是大的親水性多聚陰離子，這種特性意味著它們不容易通過質膜。由于基于寡核苷酸的治療藥物通常無法穿越血腦屏障（BBB），因此向中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的遞送是一個額外的挑戰(zhàn)。目前，科學家們正在開發(fā)許多方法和技術，來解決寡核苷酸藥物遞送這一大難題。化學修飾是增強寡核苷酸藥物遞送的最有效方法之一，這種方法利用修飾來改善寡核苷酸的藥代動力學、藥效學和生物分布，以提高藥物的遞送能力。生物偶聯(lián)也是解決寡核苷酸藥物遞送的有效途徑。ASOs和siRNA的遞送潛力可以通過直接共價偶聯(lián)不同的“元件”來增強，這些“元件”包括脂質、肽、適配體、抗體和糖分子，通過偶聯(lián)可使寡核苷酸更容易接近目標細胞。納米技術和材料科學的發(fā)展也為解決寡核苷酸藥物遞送的挑戰(zhàn)提供了優(yōu)勢和潛在的解決方案，尤其是針對跨越生物屏障和跨膜細胞內遞送的要求。此外，研究人員也在開發(fā)一些新的技術，如內源性囊泡（即外泌體）、球型核酸（SNAs）、納米技術（例如DNA籠）和“智能”材料等等。寡核苷酸療法的到來，讓很多疾病的治療成為了可能。許多藥物的獲批表明寡核苷酸藥物的遞送現(xiàn)已成熟，可臨床用于多種適應癥。根據(jù)文章，全球范圍內，目前還有至少20多種在研寡核苷酸療法已在臨床開發(fā)階段，適應癥涉及亨廷頓病、阿爾茨海默病、肌萎縮側索硬化（ALS）、血友病、肝細胞癌等等。我們期待，在科學家、醫(yī)藥企業(yè)、患者組織等社會各界的齊心協(xié)力下，寡核苷酸療法的研究可以取得更多的研究和突破，造福更多患者。
