發(fā)生COVID-19疫情之后，兩款mRNA疫苗迅速獲批上市，使得更多核酸藥物的開發(fā)受到關注。近年來，多款有潛力成為重磅藥物的核酸藥物公布了臨床數(shù)據(jù)，覆蓋了心臟與代謝性疾病、肝臟疾病以及多種罕見病等領域，核酸藥物有望成為繼小分子化藥和抗體藥物后的第三大類型藥物。

核酸藥物類別

核酸是由許多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，為生命的最基本物質之一。核酸藥物則是各種具有不同功能的寡聚核糖核苷酸(RNA)或寡聚脫氧核糖核苷酸(DNA)，能夠直接作用于致病靶基因或者靶mRNA，在基因水平上發(fā)揮治療疾病的作用。

▲由DNA到RNA再到蛋白質的合成過程（圖片來源：bing）

目前主要的核酸藥物包括反義核酸（ASO）、小干擾RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、小激活RNA（saRNA）、信使RNA（mRNA）適配體（aptamer）、核酶(ribozyme)、抗體核酸偶聯(lián)藥物（ARC）等。

除mRNA外，其余核酸藥物的研發(fā)也在近年取得較多關注。2018年，全球第一款siRNA藥物（Patisiran）獲批，是第一個采用LNP遞送系統(tǒng)的核酸藥物；近年核酸藥物的上市速度也呈加快趨勢，僅2018-2020年就有4款siRNA藥物、3款ASO藥物獲批（FDA和EMA）。此外，Aptamer、miRNA等領域也都有較多藥物正處于臨床階段。

核酸藥物的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

自上世紀80年代后，基于靶點的新藥研發(fā)逐漸展開，并發(fā)現(xiàn)了大量的新藥；傳統(tǒng)的小分子化藥和抗體藥物均是通過與靶點蛋白結合而發(fā)揮藥理作用，靶點蛋白可以是酶、受體、離子通道等。

盡管小分子化藥有易生產(chǎn)、可口服給藥、藥代動力學性質更佳、易通過細胞膜等優(yōu)勢，但是其研發(fā)受到靶點可成藥性（與靶點蛋白是否有合適的口袋結構、大小、深淺、極性等有關）的限制；據(jù)Nature2018的一篇文章報道，人類基因組編碼的~20,000種蛋白質中，僅有3,000種是可以成藥的，且只有700種有相應的藥物研發(fā)出來（以小分子化藥為主）。

核酸藥物最大的優(yōu)點是只需改變排列核酸的堿基序列，就可以研發(fā)不同的藥物。與傳統(tǒng)蛋白水平發(fā)揮作用的藥物相比，其開發(fā)過程簡單、高效、生物特異性強；與基因組DNA水平的治療相比，核酸藥物沒有基因整合的風險，在治療時間節(jié)點上也比較靈活，在不需要治療的時候可以停止用藥。

核酸藥物具有高特異性、高效性、長效性等明顯優(yōu)勢。但在諸多優(yōu)勢傍身以及加速的發(fā)展之下，核酸藥物也面臨著各種挑戰(zhàn)。

一是RNA修飾，增強核酸藥物的穩(wěn)定性和降低免疫原性。

二是運載體開發(fā)，保證核酸轉運過程中RNA的穩(wěn)定性，核酸藥物到達靶細胞/靶器官；

三是給藥系統(tǒng)的改良，如何改進給藥系統(tǒng)能夠利用低劑量獲得同樣療效。

核酸藥物的化學修飾

外源核酸藥物想要進入體內(nèi)發(fā)揮作用，需要克服重重阻礙，這些阻礙曾經(jīng)也使得核酸藥物的研發(fā)遇到難題，但隨著新技術的發(fā)展，部分難題已經(jīng)有較好的解決辦法，其中化學修飾和遞送系統(tǒng)技術的突破對核酸藥物的發(fā)展起到了至關重要的作用。

通過化學修飾可增強RNA藥物抵抗內(nèi)源性內(nèi)切酶和外切酶降解的能力，大幅提升藥物療效。針對siRNA藥物，化學修飾還可以增強其反義鏈的選擇性，以降低脫靶RNAi活性，改變物理和化學性質以增強遞送能力。

1、糖的化學修飾

在核酸藥物開發(fā)早期，很多核酸化合物在體外展現(xiàn)出很好的生物活性，但是體內(nèi)活性大大降低或者完全喪失。其主要原因是未修飾的核酸在體內(nèi)很容易被酶或其他內(nèi)源性物質分解。糖的化學修飾主要包括糖的2位羥基（2’OH）修飾成甲氧基（2’OMe），氟（F）或者（2’MOE）。這些修飾能成功地增加活性及選擇性和降低脫靶效應，減少副作用。

▲糖的化學修飾（圖片來源：參考資料4）

2、磷酸骨架修飾

磷酸骨架最常用的化學修飾是硫代磷酸，即將核苷酸中磷酸骨架中的一個非橋氧用硫進行替代（PS改造），PS改造可以抵抗核酸酶的降解，增強核酸藥物與血漿蛋白的結合能力，降低腎臟清除速率，提高半衰期。

▲硫代磷酸改造（圖片來源：參考資料4）

盡管PS有可能會降低核酸和靶基因的親和力，但是PS修飾更加疏水和穩(wěn)定，所以在干擾小核酸和反義核酸中仍然是一種重要的修飾。

3、核糖五元環(huán)改造

對核糖的五元環(huán)進行改造被稱為第三代的化學修飾，包括橋聯(lián)核酸鎖核酸BNAs、肽核酸PNA、磷酰二胺嗎啉代寡核苷酸PMO，這些改造可以進一步增強核酸藥物對核酸酶的抵抗、提高親和力和特異性等。

4、其他化學修飾

針對核酸藥物的不同需求，研究人員通常還會在堿基以及核苷酸鏈上進行修飾與改造，以增加核酸藥物的穩(wěn)定性。

迄今為止，F(xiàn)DA批準的所有RNA靶向藥物都是化學工程的RNA類似物，支持了化學修飾的效用。針對特定化學修飾類別的單鏈寡核苷酸只是在序列上有所不同，但都具有相似的物理化學特性，因此具有共同的藥代動力學和生物學特性。

核酸藥物的遞送與給藥

僅依靠化學修飾的核酸藥物在血液循環(huán)中還是容易被迅速降解、不易于在靶組織中積累、且不易有效地穿過靶細胞膜到達位于細胞質中的作用位點。因此需要借助遞送系統(tǒng)的力量。

目前核酸藥物載體主要分為病毒類和非病毒類載體，前者包括腺相關病毒（adenovirus-associated virus，AAV）、慢病毒（lentivirus）、腺病毒（adenovirus）和逆轉錄病毒（Retrovirus）等，后者包括脂質載體、囊泡等。從已上市藥物情況來看，病毒載體、脂質載體在mRNA藥物遞送較為成熟，小核酸藥物則更多采用脂質體或GalNAc等載體或技術平臺。

迄今為止，大多數(shù)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。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。同時基于寡核苷酸的治療藥物通常也無法穿越血腦屏障（BBB），因此向中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的遞送是核酸藥物的下一個挑戰(zhàn)。

推薦閱讀：22億美元！Alnylam合作開發(fā)多肽偶聯(lián)siRNA，實現(xiàn)更多器官的遞送可能丨醫(yī)麥猛爆料

值得注意的是，核酸序列設計、核酸修飾是目前領域內(nèi)研究人員的關注熱點，對于化學修飾、化學修飾的核酸、非天然核酸序列設計或改進、核酸組合物、載體構建、核酸的合成方法等技術主題一般為具有可專利性的申請主題。

以新型冠狀病毒為例，由于其RNA是在自然界中以天然形態(tài)存在的物質，所以“新冠病毒的RNA”本身不能授予專利權。但是，如果科研人員首次從新型冠狀病毒中分離或提取出現(xiàn)有技術中未曾認識的RNA或其片段并進行應用（例如將其改造成疫苗），那么該核酸和疫苗均可依法被授予專利權。此外，在新冠病毒研究中經(jīng)人工合成的核酸分子，例如引物、探針、sgRNA、載體等，均屬于可專利的客體。

結語

不同于傳統(tǒng)小分子化藥、抗體藥的機理，核酸藥物能將藥物發(fā)現(xiàn)拓展到蛋白質之前的基因層面�？梢灶A見，隨著適應癥的不斷拓展、遞送和修飾技術的不斷完善，核酸藥物將會普及更多疾病患者，真正成為繼小分子化學藥和抗體藥物之后又一類爆款產(chǎn)品。