小核酸药物的发展回顾及上市情况

文 | 王妍雯 梁瑞 李斌

1869年，瑞士医生弗雷德里克·米舍（Friedrich Miescher）首次从白细胞中发现了一种新分子，由于从细胞核中分离，他称其为“核素”，即DNA。1952年，基于前人一系列的研究工作，美国遗传学家艾尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和玛莎·蔡斯（Martha Chase）进行了著名Hershey-Chase实验，终于解决了DNA是否是主要遗传物质的历史争议。1953年4月25日，《自然》（Nature）发表了美国分子生物学家詹姆斯·沃森（James Watson）和英国生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick）的文章，揭示了DNA双螺旋结构。到了1957年，克里克首次提出“中心法则”的概念。经过若干版本的更迭，人们认识到遗传密码暗藏在核酸中，通过复杂的机制编码为蛋白质，承担生命过程中繁杂的功能。

核酸药物，顾名思义以核酸分子为核心设计而成，通过直接干预遗传物质转录、调控过程实现治疗疾病的目的。核酸药物开发的背后是科研人员对生命活动现象不懈的观察，以及经过数十年甚至跨世纪的多领域研究成果融合的场景应用。例如，英国细菌学家弗雷德·格里菲思（Fred Griffith）早在1928年就发现植物对病毒继发感染具有抵抗力的现象。直到1997年，英国剑桥大学的植物科学研究中心塞恩斯伯里实验室的弗兰克·拉特克利夫（Frank Ratcliff）发表在《科学》（Science）的文章解释道，这个现象可能是植物针对病毒产生基于核酸诱导的基因沉默机制的自然防御。20世纪七八十年代，反义核酸技术已成功应用于抑制目标基因的表达，尽管在当时分子机制并未研究清楚。针对新冠病毒开发的mRNA疫苗是利用人体细胞翻译外源编码病毒mRNA产生病毒抗原，进而激活机体的体液免疫和细胞免疫，这种免疫具有特异性、记忆性。从科学属性上来看，RNA疫苗更像是近代多领域交叉的产物，不仅基于分子生物学知识和技术，更需要细胞生物学及免疫学等多领域的科研成果支撑。这预示着，未来的核酸药物的突破离不开新兴技术的发明，更离不开多领域基础科研成果的转化应用。

下面简单回顾目前主流的几种核酸药物，包括反义寡核苷酸、剪接开关寡核苷酸、小干扰RNA等的发展，希望给从业者带来更多的思考。

2005年，研究人员设计了一种靶向低密度脂蛋白（LDL）核心部分载脂蛋白apoB mRNA编码区的反义核苷酸Mipomersen，并在不同高脂血症小鼠模型和Ⅰ期临床试验中测试了这种ASO药物，结果证明其对治疗高脂血症有一定的效果。家族性高胆固醇血症患者血浆的LDL浓度很高，发病与两种LDL受体基因功能突变丧失导致的肝吸收受损有关。尽管在欧洲关于Mipomersen的治疗效果和不良反应有争议，但该药物仍然于2013年1月在美国获批上市。与Mipomersen类似，2019年在欧盟获批上市的Volanesorsen是载脂蛋白CIII（apoCIII）mRNA的反义寡核苷酸抑制剂，用于治疗家族性乳糜微粒血症综合征（Familial chylomicronemia syndrome，FCS）、高甘油三酯血症（Hypertriglyceridemia）和家族性脂肪营养不良（Familial partial lipodystrophy，FPL）。2018年，欧盟批准了Inotersen上市，用于治疗遗传性转甲状腺素介导淀粉样变性（Hereditary transthyretin amyloidosis，hATTR）引起的多发性神经病变。hATTR患者的TTR基因发生突变，导致蛋白错误折叠，蛋白以淀粉样沉积的形式异常积累，可遍布组织器官。药物通过选择性结合TTR mRNA被RNA酶 H切割降解，从而在肝脏中阻断TTR蛋白的表达。

到了2016年，一种由30个核苷酸组成的药物Eteplirsen被FDA批准上市。该药物靶向抗肌萎缩蛋白（Dystrophin，由DMD基因编码）mRNA前体51号外显子，使51号外显子无法被剪切从而被跳过，不再出现在mRNA中，用于治疗杜氏肌营养不良症（Duchenne muscular dystrophy，DMD）。过了几年，又有3款针对DMD的药物陆续通过审批上市。2019年，可以诱导53号外显子跳跃的药物Golodirsen在美国获批上市。2020年，同样靶向53号外显子的药物Viltolarsen在日本首次获批上市。2021年，靶向45号外显子的药物Casimersen在美国获批上市。这4种药物都是属于磷酸二酯寡聚物（Phophorodiamidate morpholino oligomer，PMO）亚类的反义寡核苷酸，其核酸碱基通过磷酸氨基酚键连接。

2016年12月，另一种基于阻断内含子剪接的药物诺西那生钠（Nusinersen）获批上市。早在2010年，研究人员就鉴定出这种2-甲氧基乙基（Methoxyethyl，MOE）磷硫修饰的反义寡核苷酸，它可以靶向SMN1和SMN2 mRNA的第7号内含子，产生空间占用效应，阻止剪接抑制子hnRNP A1/2的结合，使之尽可能表达全长蛋白，治疗因SNM基因突变而引起的脊髓性肌萎缩症（Spinal muscular atrophy，SMA）。该药物的获批对婴幼儿SMA疾病的治疗具有重要意义。

2010年，一项Ⅰ期临床试验中使用纳米颗粒递送系统对一名黑色素瘤患者进行给药，药物为一种靶向核糖核苷酸还原酶M2亚基的siRNA。首个siRNA药物Patisiran于2018年获批上市，用于治疗家族性淀粉样多发性神经病变。Patisiran是一种脂质体制剂，由最小化学修饰的siRNA和4种脂质辅料组成。2019年，治疗急性肝卟啉症的药物Givosiran在美国批准上市。Givosiran导向氨基乙酰丙酸合成酶1（aminolevulinate synthase 1，ALAS1），下调mRNA，防止神经毒性δ-氨基乙酰丙酸和卟啉胆色素原的积累。2020年，靶向羟酸氧化酶1基因（hydroxyacid oxidase 1，HAO1）的药物Lumasiran在欧洲首次获批上市，几天后，该药在美国也获批上市，用于治疗原发性高草酸尿症1型（primary hyperoxaluria type 1，PH1）。该药通过沉默HAO1，消耗乙醇酸氧化酶，从而抑制与PH1临床症状相关的有毒代谢物草酸的合成。同年，首个降低胆固醇siRNA药物Inclisiran在欧盟获批上市，用于治疗杂合子家族性和非家族性高胆固醇血症或混合性血脂异常的成年患者。

药物递送系统的发展也迎来了技术上的突破。腺相关病毒（Adeno-associated virus，AAV）由于其安全性和强传染能力，成为核酸药物递送的重要载体。2017年。FDA批准了首个眼部基因治疗药物Luxturna（voretigene neparvovec-rzyl），用于治疗视网膜退行性疾病莱伯氏先天性黑朦（Leber congenital amaurosis，LCA）。患者接受在视网膜下注射一种携带人RPE65 cDNA正常拷贝的重组腺相关病毒并表达相关蛋白得以重获光明。基于同样的原理，FDA于2019年批准Zolgensma（onasemnogene abeparvovec）作为第二种脊髓性肌萎缩症（Spinal Muscular Atrophy，SMA）药物治疗2岁以下1型SMA患者。该药物利用作为衣壳递送内部互补DNA，将编码运动神经元存活（Survival Motor Neuron, SMN）基因的蛋白cDNA传递到患者运动神经元，进而产生运动神经元存活蛋白。

图注：mRNA作为药物技术开发的主要发现和进展时间表

年来FDA已批准了多款小核酸药物，主要用于治疗罕见病。截至2020年，全球累计超50个小核酸药物处于临床研究阶段，覆盖神经、心血管、感染和肿瘤等领域，共计有 15 款小核酸药物获批上市。但有2款早期ASO药物与1款适配体药物由于销售额过低等原因而退市，目前仍在市场的有7款ASO、5款siRNA药物。

这些药物的研发药企相对集中，大多是Ionis与Alnylam这两家公司。除此之外，目前上市的siRNA药物的递送系统多为GalNAc递送系统，这也是目前应用最成熟的小核酸递送方式。而第一款siRNA药物是使用了脂质纳米粒（LNP），由于LNP递送系统的构建拥有较高壁垒，目前全球发展靠前的几家企业，其技术溯源也都是依靠专利授权。

图注:全球已上市小核酸药物