前言

遺傳學(xué)的中心法則認(rèn)為，核酸攜帶人類遺傳信息，在生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生命過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，核酸可用于修飾遺傳信息以治療各種疾病。核酸藥物（NAD）是一類基于DNA、RNA或合成寡核苷酸類似物的基因治療藥物。它們?cè)谂R床應(yīng)用方面具有相當(dāng)大的潛力，如治療細(xì)菌感染、腫瘤和神經(jīng)肌肉疾病，這些藥物可以通過(guò)基因抑制、替代和編輯實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期療效。

NAD作為一種新興的治療方式，可以精確地針對(duì)特定的基因或基因產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療。此外，與傳統(tǒng)小分子藥物和抗體藥物相比，NAD的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)周期更短，成本相對(duì)較低，這有助于加速新藥的研發(fā)。NAD不僅在遺傳性疾病和癌癥治療中具有潛力，還可以應(yīng)用于其他多種疾病，如心血管疾病、代謝性疾病、神經(jīng)退行性疾病等。因此，NAD的未來(lái)前景光明，根據(jù)市場(chǎng)分析，NAD的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年內(nèi)顯著增長(zhǎng)。

NAD的歷史發(fā)展

NAD的發(fā)展與基礎(chǔ)分子生物學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)和對(duì)生命活動(dòng)的持續(xù)觀察密不可分。1869年，F(xiàn)riedrich Miescher從白細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種名為“核素”的新分子，這標(biāo)志著DNA發(fā)現(xiàn)的開始。隨后，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)和遺傳學(xué)中心法則的揭示闡明了核酸是傳遞遺傳信息的。在1956年，Rich和Davies發(fā)現(xiàn)，基于互補(bǔ)堿基配對(duì)的原理，RNA可以形成類似于DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)，這一結(jié)果為開發(fā)RNA雙鏈藥物奠定了基礎(chǔ)，包括microRNAs（miRNAs）和小干擾RNAs（siRNA）。1960年，Rich報(bào)道了DNA/RNA雜交現(xiàn)象；1978年，在這一發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，Zamecnik和Stephenson使用靶向勞斯肉瘤病毒35S RNA的特定寡核苷酸鏈來(lái)抑制病毒復(fù)制，這標(biāo)志著反義寡核苷酸（ASO）藥物在疾病治療中的應(yīng)用原型。

隨著轉(zhuǎn)錄和翻譯研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了RNA剪接過(guò)程。RNA剪接是基因表達(dá)的關(guān)鍵步驟，靶向剪接位點(diǎn)的ASO可以恢復(fù)缺陷基因的正確剪接，而不僅僅是下調(diào)基因表達(dá)。這一發(fā)現(xiàn)為與錯(cuò)誤剪接相關(guān)的疾病提供了一種新的治療策略。

1998年，Andrew Fire和Craig Mello研究發(fā)現(xiàn)雙鏈RNA（dsRNA）在秀麗隱桿線蟲中具有強(qiáng)大的基因沉默作用，他們將這一發(fā)現(xiàn)稱為RNA干擾（RNAi）。RNAi被迅速應(yīng)用于抑制丙型肝炎病毒在小鼠體內(nèi)的復(fù)制，標(biāo)志著siRNA介導(dǎo)的體內(nèi)基因沉默的最早證據(jù)。2006年，他們因RNAi技術(shù)獲得了諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。隨著先進(jìn)的化學(xué)修飾和靶向遞送系統(tǒng)的開發(fā)，2018年美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)了第一種siRNA藥物patisiran，用于治療遺傳性甲狀腺素介導(dǎo)的淀粉樣變性的多發(fā)性神經(jīng)病。

1984年，Krieg和Melton使用從病毒中提取的RNA聚合酶從DNA模板中進(jìn)行體外轉(zhuǎn)錄，成功地在無(wú)細(xì)胞系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了mRNA表達(dá)。因此，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，體外合成的mRNA越來(lái)越多地用于預(yù)防和治療疫苗中的蛋白質(zhì)替代。2005年，假尿苷（Ψ）修飾的發(fā)現(xiàn)解決了體外合成mRNA的免疫原性問(wèn)題，2008年啟動(dòng)了針對(duì)黑色素瘤的mRNA疫苗的首次人體試驗(yàn)。2020年，在新冠大流行期間，F(xiàn)DA授權(quán)緊急使用mRNA疫苗。52 2023年，KatalinKariko和Drew Weissman因開創(chuàng)了降低mRNA免疫原性的核苷堿基修飾技術(shù)而獲得諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，這為NAD在治療人類疾病方面開辟了新的臨床應(yīng)用。

同時(shí)，發(fā)現(xiàn)其他類型的核酸和生物現(xiàn)象進(jìn)一步擴(kuò)大了NAD的范圍。基因編輯技術(shù)的出現(xiàn)為開發(fā)基因突變疾病的新療法奠定了基礎(chǔ)。最近，第一種基于簇狀規(guī)則間隔短回文重復(fù)序列（CRISPR）/Cas9技術(shù)的基因療法已被批準(zhǔn)上市，這給NAD的發(fā)展帶來(lái)了革命性的變化。

NADs的分類和治療機(jī)制

根據(jù)其作用機(jī)制，NAD可大致分為三類：第一類包括靶向核酸通過(guò)促進(jìn)或抑制翻譯來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)表達(dá)的NAD。這一類別主要包括ASO、siRNA、miRNA、saRNAs和CRISPR/Cas系統(tǒng)；第二類包括靶向蛋白質(zhì)的NAD，如適配體；第三類包括表達(dá)蛋白質(zhì)的NAD，如體外轉(zhuǎn)錄的mRNA。

靶向核酸的NAD

ASO：ASO是人工合成的單鏈寡核苷酸鏈，根據(jù)沃森-克里克堿基配對(duì)原理，通過(guò)特異性結(jié)合調(diào)節(jié)和靶向RNA的功能。臨床使用的ASO的作用機(jī)制主要包括核糖核酸酶H（RNaseH）介導(dǎo)的降解和空間阻斷機(jī)制。基于這一機(jī)制的代表性藥物包括Fomiversen（Vitravene®）、Mipomersen（Kynamro®，Delisted）、Inotersen（Tegesdi®）、Volanesorsen（Waylivra®）和Tofersen（Qalsody®）。

siRNA：siRNA是一種雙鏈RNA分子，通常長(zhǎng)19-23個(gè)堿基對(duì)，siRNA通過(guò)阻斷mRNA翻譯誘導(dǎo)基因沉默。與ASO不同，siRNA介導(dǎo)的基因沉默是通過(guò)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）而不是RNaseH。一旦成熟的siRNA進(jìn)入細(xì)胞，它就會(huì)與Argonaute-2（AGO2）蛋白形成復(fù)合物，它引導(dǎo)RISC切割靶序列，從而通過(guò)下調(diào)特定蛋白質(zhì)的翻譯來(lái)達(dá)到治療效果。迄今為止，已有多個(gè)siRNA藥物獲得國(guó)際批準(zhǔn)。第一種siRNA藥物patisiran（Onpattro®），已被批準(zhǔn)通過(guò)降解編碼轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白（TTR）的mRNA來(lái)治療遺傳性轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白介導(dǎo)的淀粉樣變。

miRNA：在真核生物中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)源性非編碼RNA可以作為基因調(diào)節(jié)因子。人們對(duì)miRNA的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了廣泛的研究，在Drosha/DGCR、Exportin-5/RAN-GTP和Dicer/TRBP等復(fù)合物的幫助下，從miRNA基因的非編碼區(qū)轉(zhuǎn)錄的初級(jí)miRNA（pri-miRNA）被加工成成熟的miRNA。miRNA與Argonaute蛋白結(jié)合形成miRNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物（miRISC），它可以通過(guò)堿基對(duì)互補(bǔ)沉默靶轉(zhuǎn)錄物。與siRNA介導(dǎo)的基因沉默不同，miRNA可以同時(shí)識(shí)別和調(diào)節(jié)多個(gè)靶mRNA的表達(dá)，因?yàn)樗鼈兊幕パa(bǔ)性較低。miRNA藥物的開發(fā)主要包括兩類：miRNA模擬物和miRNA抑制劑。ViridianTherapeutics開發(fā)的miRNA藥物MRG-201（Remlarsen）模擬microRNA-29b來(lái)逆轉(zhuǎn)纖維化，從而抑制皮膚傷口中的纖維增殖。除了MRG-201，Viridian Therapeutics還有其他幾種基于miRNA的藥物，包括MRG-106（Cobomarsen），其靶向miR-155抑制腫瘤；MRG-110，其靶向miR-92促進(jìn)血管生成。到目前為止，還沒有任何miRNA藥物被批準(zhǔn)上市。

saRNA：除了經(jīng)典的基因沉默機(jī)制外，RNA激活的發(fā)現(xiàn)為基因調(diào)控提供了新的視角。RNA激活是一種由稱為saRNA的小dsRNA介導(dǎo)的基因調(diào)控現(xiàn)象，saRNA靶向基因啟動(dòng)子序列以增強(qiáng)靶基因的轉(zhuǎn)錄。通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞后，saRNA與AGO2結(jié)合，AGO2和反義鏈被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，在那里它們與啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合。隨后，AGO2招募RNA聚合酶相關(guān)蛋白CTR9同源物和RNA解旋酶II（RHA）形成RNA誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活（RITA）復(fù)合物。該復(fù)合物與RNA聚合酶II（RNAP II）相互作用，并刺激轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)和延長(zhǎng)。MiNA Therapeutics開發(fā)的saRNA藥物MTL-CEPA靶向CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（CEBPA）。I期試驗(yàn)結(jié)果（NCT05097911）表明，MTL-CEBAPA在治療肝細(xì)胞癌方面具有良好的安全性，并可能通過(guò)調(diào)節(jié)免疫抑制來(lái)增強(qiáng)酪氨酸激酶抑制劑的治療效果。除了MTL-CEMPA外，MiNA Therapeutics還有幾種saRNA候選物正在臨床前開發(fā)中。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)：基因編輯是一種基因工程技術(shù)，通過(guò)插入、缺失和位點(diǎn)特異性突變精確修飾靶基因。CRISPR介導(dǎo)的基因編輯系統(tǒng)主要涉及Cas9和單導(dǎo)向RNA（sgRNA），在基因組的特定位置引入DNA雙鏈斷裂（DSBs）。這些DSB通常通過(guò)同源定向修復(fù)（HDR）或非同源末端連接（NHEJ）進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)突變或外源基因插入。Exa-cel（Casgevy®）于2023年11月獲得批準(zhǔn)，是第一種基于CRISPR/Cass9系統(tǒng)的基因編輯治療藥物，用于治療鐮狀細(xì)胞�。⊿CD）和輸血依賴性β-地中海貧血（TDT）。

靶向蛋白質(zhì)的NAD

適配體是單鏈寡核苷酸分子，與其他基于核酸的藥物不同，適配體依靠其獨(dú)特的三維構(gòu)象特異性識(shí)別和結(jié)合靶分子，如肽、蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)菌和細(xì)胞。這類似于介導(dǎo)抗體-抗原相互作用和復(fù)合物形成的構(gòu)象識(shí)別。然而，與抗體相比，適配體具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包括高熱穩(wěn)定性和生理穩(wěn)定性、低免疫原性和更廣泛的靶特異性。適配體在治療癌癥、眼科和心血管疾�。–VD）方面顯示出了很好的應(yīng)用前景。

2004年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了第一種適配體藥物pegaptanib（Macugen®），用于治療新生血管性年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）。然而，由于其療效不佳以及與Lucentis等抗VEGF抗體藥物的競(jìng)爭(zhēng)，pegaptanib被撤出市場(chǎng)。盡管如此，適配體的研究仍在繼續(xù)。2023年8月，avacincaptadpegol被批準(zhǔn)用于治療繼發(fā)于干性AMD的地圖狀萎縮（GA）。

表達(dá)蛋白質(zhì)的NAD

與通過(guò)直接結(jié)合mRNA或蛋白質(zhì)發(fā)揮治療作用的NAD相比， mRNA藥物有兩種治療策略。一種策略是蛋白質(zhì)替代療法，它涉及將外源性mRNAs引入細(xì)胞以表達(dá)功能性蛋白質(zhì)或補(bǔ)充缺陷性蛋白質(zhì)。例如，mRNA-3927編碼丙酰輔酶A羧化酶的α和β亞基，旨在治療丙酸血癥。針對(duì)該適應(yīng)癥的I/II期試驗(yàn)（NCT05130437）已在兒科患者中啟動(dòng)。此外，mRNA-3704和mRNA-3705編碼MUT，旨在治療甲基丙二酸血癥，目前正在研究中。

第二種方法涉及mRNA疫苗，它通過(guò)直接翻譯含mRNA的抗原蛋白來(lái)激活身體的免疫反應(yīng)，以對(duì)抗傳染病和腫瘤。在新冠肺炎大流行期間，F(xiàn)DA授權(quán)緊急使用輝瑞-BioNTech開發(fā)的BNT162b2和Moderna開發(fā)的mRNA-1273。

NAD開發(fā)的挑戰(zhàn)

與對(duì)蛋白質(zhì)發(fā)揮藥理作用的傳統(tǒng)小分子和抗體藥物不同，大多數(shù)NAD直接調(diào)節(jié)基因表達(dá)，提供了更廣泛的靶點(diǎn)。這對(duì)于解決具有難以用傳統(tǒng)藥物靶向的缺陷蛋白質(zhì)的基因尤其有價(jià)值，在治療罕見病、慢性病、傳染病和其他代謝性疾病方面顯示出巨大的潛力。然而，盡管有這些優(yōu)勢(shì)，NAD的開發(fā)仍面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

藥代動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性

裸核酸在體內(nèi)穩(wěn)定性較差，可以在血液中降解。它們?cè)谘�液和組織液中經(jīng)歷酶（核酸酶和RNA酶）或化學(xué)（氧化和水解）降解，或被腎臟過(guò)濾和清除。盡管研究人員已經(jīng)通過(guò)幾種化學(xué)修飾來(lái)增強(qiáng)NAD的穩(wěn)定性，但幾乎所有這些方法都會(huì)影響療效和安全性。

免疫原性

外源核酸可以被免疫系統(tǒng)中的模式識(shí)別受體識(shí)別為外源信號(hào)，引發(fā)免疫反應(yīng)，損害核酸的結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性。仔細(xì)設(shè)計(jì)和修飾NAD可以減輕免疫原性，但這需要大量的臨床測(cè)試。

脫靶效應(yīng)

治療性核酸在體內(nèi)往往缺乏足夠的靶向能力。這種不充分的靶向性導(dǎo)致疾病部位的NAD濃度低，以及意外的基因沉默或激活，可能會(huì)因需要更高的劑量而導(dǎo)致安全問(wèn)題。設(shè)計(jì)特定的核酸和進(jìn)行徹底的脫靶篩選對(duì)于NAD的有效臨床應(yīng)用至關(guān)重要。

攝取效率和內(nèi)體逃逸

由于NAD的大小、電荷和親水性，很難將其有效吸收到細(xì)胞中。帶負(fù)電荷的核酸不容易穿過(guò)細(xì)胞膜的帶負(fù)電荷脂質(zhì)雙層。此外，內(nèi)體逃逸是一個(gè)重要的障礙，因?yàn)楹怂峤?jīng)常被困在內(nèi)體中并降解。進(jìn)入細(xì)胞后，NAD通常被內(nèi)體捕獲。只有那些成功逃脫內(nèi)體的NAD才能發(fā)揮其治療作用。內(nèi)體逃逸不足會(huì)導(dǎo)致療效降低和脫靶毒性增加。

生產(chǎn)制造

除了前面的問(wèn)題，NAD還面臨著制造和規(guī)模放大的挑戰(zhàn)。大規(guī)模生產(chǎn)具有一致質(zhì)量的NAD需要先進(jìn)的制造技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。這導(dǎo)致了相對(duì)較高的成本，影響了患者的可及性和可負(fù)擔(dān)性。

小結(jié)

近年來(lái)，以核酸藥物為基礎(chǔ)的療法逐漸成為各種疾病的潛在干預(yù)策略。一般來(lái)說(shuō)，NAD療法根據(jù)其作用方式和使用的分子分為不同的類別。許多NAD療法已被開發(fā)用于各種疾病，并且在許多臨床前和臨床研究中獲得非常有希望的結(jié)果，尤其是mRNA疫苗成為目前最火熱的研究領(lǐng)域之一。目前，基于NAD的療法依然存在許多挑戰(zhàn)，包括遞送系統(tǒng)在內(nèi)的許多方面仍需要得到進(jìn)一步的研究和開發(fā)，然而不可否認(rèn)，未來(lái)十年屬于NAD治療的時(shí)代終將到來(lái)。

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       原文標(biāo)題 : 核酸藥物的研究前沿和挑戰(zhàn)