RNA疗法已跃居药物研究前沿 已有2款新冠mRNA疫苗获批上市

随着mRNA新冠疫苗的成功开发以及多种基于RNA的新型药物获批，RNA已跃居药物研究前沿。除了mRNA在产生抗原或治疗性蛋白中的作用外，不同类型的RNA还具有多种功能，并在细胞和组织中发挥着重要的调节作用。这些RNA具有作为新疗法的潜力，而RNA本身既可作为药物，也可作为靶点。

近日，一篇发表在Journal of Medicinal Chemistry上的综述文章，基于对CAS内容合集(CAS Content Collection)的分析，评估了不同类型RNA在医学应用中的优势、挑战。同时也对RNA疗法和疫苗的开发管线、RNA化学修饰和递送机制进行了概述。

RNA的类型及其在医学上的应用

RNA是一种具有多功能的生物大分子，可以广义地定义为编码RNA和非编码RNA(ncRNA)。ncRNA有多种类型，包括tRNA、lncRNA、miRNA、小干扰RNA(siRNA)、saRNA、circRNA、和外泌体RNA等多种类型。不同RNA类型在医学上的应用不尽相同。mRNA可以作为疗法、诊断生物标志物或治疗靶标。细胞中mRNA可以翻译产生治疗性蛋白来替代有缺陷或缺失的蛋白。mRNA也可作为反义寡核苷酸(ASO)、siRNA、miRNA、适配体和抑制性tRNA的治疗靶点。

多种不同类型的RNA

siRNA通过与mRNA编码区的特定序列结合，导致mRNA的降解。这种靶向特异性增加了其作为潜在药物的可能性。ASO识别并结合互补的DNA或RNA序列，它可以促进正常的mRNA剪接，防止功能失常蛋白的表达，或者靶向降解RNA。此外，适配体是构成特定3维结构的寡核苷酸序列。适配体可以结合广泛的靶标，包括蛋白质、细胞、微生物、化合物和其他核酸。它与蛋白的结合可以抑制蛋白之间的相互作用，从而产生治疗效果。

RNA疗法的优势和挑战

RNA疗法具有几方面的重要优势，包括对靶标具有高度特异性，通过替换RNA的序列可以进行模块化的开发，在药代动力学和药效学方面的可预测性，以及相对安全(它们中的大多数不会改变基因组)。然而，该疗法也存在一些挑战:尽管RNA治疗药物设计可以使用"即插即用"的模块化设计概念，但它们仍然需要通过测试来确定其疗效和安全性;由于RNA很容易降解，因此如何实现细胞递送面对重大挑战。

研发管线中RNA类型及其靶向疾病

回顾既往关于RNA的研究，许多关键的临床发现推动了RNA疗法的不断创新和发展。目前主要的RNA疗法包括mRNA，反义寡核苷酸以及小干扰RNA等。

自1960年对核酸进行早期研究继而发现mRNA以来，历经约六十年的时间，人类才终于通过对mRNA的改造将其应用于临床——研发出新冠mRNA疫苗。目前已有2款新冠mRNA疫苗获得美国FDA的上市批准。相较于传统疫苗，mRNA疫苗合成和生产工艺相对便捷，具有强大的免疫原性，不需要传统疫苗必需的附加佐剂。

就siRNA来说，2006年Andrew Fire博士和Craig Mello博士发现RNA干扰机制获得诺贝尔医学或生理学奖。2010年的一项关键人类临床试验表明siRNA可以靶向特定的人类基因，随后的临床前研究和开发促使第一种siRNA疗法——Onpattro(patisiran)在2018年获批，用于治疗由遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性(hATTR)引起的周围神经疾病成人患者。目前获批的siRNA疗法还有Givlaari(givosiran)、Oxlumo(lumasiran)和Leqvio(inclisiran)。

而使用反义寡核苷酸(ASO)作为疗法的概念在1978年就已经被提出，20年后首款ASO药物Vitravene(fomivirsen)获得美国FDA批准。现今，已有多款ASO药物获得美国FDA批准。

RNA关键研究和开发里程碑

RNA技术为开发罕见或难治疾病的新药提供了一种创新方法。目前，多款在研RNA疗法处于不同的临床前和临床期开发阶段，治疗包括癌症、肝肾疾病、心脏疾病、代谢性疾病、血液疾病、呼吸系统疾病和自身免疫性疾病等多种疾病。

治疗不同疾病的在研管线开发阶段分布

与其他生物分子相比，RNA分子是不稳定的。外源RNA分子引入人体后，细胞中的蛋白表达水平有限，往往会引发体内的免疫反应。这些问题可以通过对RNA分子进行各种优化(包括化学修饰等)来缓解。

通过化学修饰可提高RNA稳定性和靶向特异性

化学修饰可以保护治疗性RNA免受核酸外切酶、核酸内切酶和细胞环境的影响，并增强药物活性。骨架的选择决定了ASO是阻断翻译、转录或剪接等细胞过程，还是靶向RNA进行核酸酶消化。对siRNA中核糖的修饰可以通过降低siRNA的热稳定性来减轻脱靶效应，从而增强与靶标的特异性结合。1-甲基假尿嘧啶核苷可提高治疗性mRNA的稳定性和翻译。

RNA递送系统

亲水性和带负电荷的RNA治疗药物不能穿过细胞膜，因此，它们需要递送载体和/或化学修饰才能达到其靶标。虽然免疫原性和核酸酶等生物障碍通常可以通过对RNA进行化学修饰来解决，但将RNA包裹到纳米载体中既可以保护RNA，也可以将其递送到细胞中。具有生物降解性、生物相容性、低毒性的纳米材料也可以作为RNA载体。其中包括脂质、壳聚糖、环糊精、聚乙烯亚胺(PEI)、聚乳酸-乙醇酸、树状大分子、磁性纳米颗粒、碳纳米管、金纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒等。

递送RNA的载体类型

脂质纳米颗粒是目前应用最广泛的核酸药物和疫苗的非病毒递送系统之一。其优点包括易于生产、可生物降解、保护包埋的核酸免受核酸酶降解和肾脏清除、促进细胞摄取和内体逃逸。最近，脂质纳米颗粒作为mRNA新冠疫苗的重要组成部分受到全球关注，在有效保护和转运mRNA进入细胞中发挥着关键作用。

聚合物是仅次于脂质的第二大类核酸递送载体。阳离子聚合物与阴离子核酸形成稳定的复合物，提供了一种通用、可扩展和易于调整的平台，用于高效的核酸递送，同时将免疫应答和细胞毒性降至最低。线性阳离子聚合物也是研究最广泛的载体之一。此外，多肽在结构和功能上具有多样性、生物相容性，可以用于靶向细胞。

结语

综上所述，RNA药物已经被批准用于治疗心血管、代谢、肝脏、感染、神经、神经肌肉、肾脏和眼部疾病，还有更多处于研究阶段。RNA载体在克服靶向RNA药物递送面对的挑战方面具有重要意义。作者表示，随着我们对RNA的多种类型和功能的进一步理解，生成稳定性和药物活性更高的修饰RNA的能力逐步提高，以及基于纳米技术的载体能够将这些RNA靶向递送到细胞中，具有多重特异性的靶向RNA治疗选择正在出现爆发式的增长，它具有彻底改变人类疾病治疗的潜力。