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生物医药创疗赛道:小核酸

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  • 2023-03-10 08:17:04
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  文章来源于RimeData 来觅数据 ,作者来觅研究院

  靶向RNA

  核酸是所有生物体遗传信息的载体,涵盖脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)两大类,基因是一段有遗传效应的DNA,记载着蛋白质上的氨基酸排列顺序,需要通过RNA的转录(mRNA)和tRNA的翻译在细胞质中产生蛋白质。

  与现在药物市场中主流的小分子药物和抗体药物运行机制不同, RNA疗法背后的运行机制是通过抑制相关疾病的基因表达,在转录层面上以沉默或补偿缺陷和异常基因实现对疾病的治疗。RNA疗法除了能够绕开在靶蛋白层面上,目前阻碍小分子药物和抗体药物成药的蛋白限制外,与靶向DNA层面的基因治疗相比,靶向RNA层面的疗法不会在基因层面上造成永久的潜在未知影响,故在预防感染性疾病、遗传疾病、癌症等领域具有重大的潜力。

  RNA疗法主要分为mRNA疗法和寡核苷酸药物(小核酸)两大类,其中mRNA疗法可分为mRNA疫苗和mRNA药物,小核酸药物主要包括反义核酸(ASO)、小干扰核酸(siRNA)、Micro RNA(miRNA)和核酸适配体等等。

  图表 1:近十年基于寡核苷酸疗法的新开临床试验数

生物医药创疗赛道:小核酸

  来源:Beacon,来觅数据整理

  据Becon的数据显示,自新冠大流行开始以来,全球RNA疗法迎来了井喷式的发展,2021年基于寡核苷酸的新开临床管线达125个,同比2020年大幅增长。从适应症来看,目前在研的,以寡核苷酸和mRNA为代表的RNA疗法主要针对感染性疾病、肿瘤等,其中感染性疾病占比最高,主要是由于2020年开始新冠大流行使以新冠感染为适应症的药物研究大量上升。

  图表 2 :RNA疗法适应症分布

生物医药创疗赛道:小核酸

  来源:Beacon,来觅数据整理

  寡核苷酸

  寡核苷酸是具有治疗或控制多种疾病潜力的核酸聚合物,目前基于寡核苷酸治疗机制的研发重点有基因沉默、基因激活等。寡核苷酸药物主要包括RNAi和反义核酸(ASO),其中基于RNAi原理的药物研发重点集中在小干扰核酸(siRNA)、Micro RNA(miRNA)等。

  基于“中心法则”,mRNA作为DNA遗传信息的传递者,负责将各类蛋白的“组装指南”由细胞核运送至细胞质,再通过核糖体转录出各类对人体机理发挥基石作用的蛋白。近年来衍化出的RNAi(RNA interference)疗法背后的机制便是基于此过程,而对该机制进行了验证的Andrew Fire和Craig Mello更是因此于2006年获得了诺贝尔医学奖。疗法的目的是为了阻断掉mRNA对致病蛋白“组装指南”的传送,从源头上通过miRNA、siRNA来沉默或切割破坏靶mRNA使致病蛋白无法产生。

  双链RNA(dsRNA)是siRNA对目标mRNA沉默机制运作的出发点,dsRNA来源可以是内源也可以是外源,其中外源上与病毒感染相关,来源于受病毒感染的细胞。其通常作为“危险”信号来警示正在错误调节的细胞过程,对dsRNA 的识别会诱导多种细胞内在和细胞外在的免疫反应。

  siRNA的产生与内切核糖核酸酶Dicer密切相关,Dicer会将dsRNA剪切成长度约为20-25碱基对的dsRNA片段来形成siRNA,同时催化激活加载了其中一条siRNA片段的RNA 诱导的沉默复合物 (RISC),RISC以及其加载的单链siRNA随后便可以根据碱基配对原则来找到互补的mRNA片段。一旦互补完成,RISC就会通过核酸内切酶Argonaute诱导目标mRNA的裂解,而被裂解的mRNA会被细胞识别为异常,从而导致mRNA的降解,进而阻止mRNA翻译成氨基酸以及之后特定的蛋白质,使编码该特定蛋白的基因沉默。

  分子生物学的发展使人们发现除了编码蛋白质的核酸序列外,大量存在的非编码(non-coding)序列对人体的生命活动发挥着重要的调控作用。Micro RNA (miRNA) 是一类内源性非编码 RNA,在调节基因表达方面发挥着重要作用。miRNA 基因通常由 RNA 聚合酶 II (Pol II) 从一些基因的非编码片段转录而来,称为初级转录产物(pri-miRNA),随后pri-miRNA 在细胞核中被 RNase III 酶 Drosha (DRSH-1) 加工,产生前体miRNA(pre-miRNA)。pre-miRNA 再被输出到细胞质,经Dicer加工形成为成熟的单链miRNA,并被加载至Argonaute蛋白上形成miRNA 诱导的沉默复合体 (miRISC),再通过碱基配对原则靶向互补的mRNA片段并抑制它们的表达。

  合成性的反义寡核苷酸(ASO)从结果上来说,与RNAi一致皆是通过序列互补机制来靶向mRNA的翻译阶段。ASO长度约为20个核苷酸,可以通过与目标mRNA的结合来引导对翻译的空间抑制,从空间上阻止 mRNA 与核糖体的相互作用以及后续的蛋白质翻译,以及通过诱导核糖核酸内切酶RNase H来实现对mRNA的切割。

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  图片来源:《Antisense Oligonucleotide: Basic Concepts and Therapeutic Application in Inflammatory Bowel Disease》

  递送系统

  寡核苷酸药物发挥作用的前提是能够抵达疾病相关组织并穿过细胞膜,故药物递送的研发进展对于寡核苷酸药物至关重要,目前提升药物递送效率的研究重点主要集中在修饰和载体两方面。由于未经修饰的寡核苷酸药物存在难以穿透血脑屏障、半衰期短、容易被血清中的核酸酶降解等特性,其在体内的稳定性、安全性和药效的实现依赖于化学修饰的保护和有效的递送。核酸主链、核糖部分和核碱基本身的修饰已被广泛用于改善寡核苷酸药物的药物样特性,从而增强递送,常用的化学修饰方法包括:PS,2’-OME, 2’-F等。

  除了对寡核苷酸药物设计本身的修饰增强外,ASO 和 siRNA 的递送潜力可以通过与能促进细胞内摄取、将药物靶向特定细胞或组织、减少循环清除等的载体直接共轭结合来增强,如脂质(胆固醇,促进与循环中脂蛋白颗粒的相互作用)、肽(细胞靶向、细胞渗透)、糖(GalNAc)等等。

  图表 3:小核酸药物递送系统具体分类及应用

生物医药创疗赛道:小核酸

  来源:《核酸药物市场产业现状与未来发展报告》,沙利文,来觅数据整理

  N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)被认为是寡核苷酸药物发展历程中的重大突破,也是目前在研管线中寡核苷酸药物递送系统的主流技术之一。GalNAc在ASO药物和siRNA药物中均可应用,其优异的肝靶向属性依赖于在肝细胞上高度表达的去唾液酸糖蛋白受体 1(ASGR1),GalNAc与ASGR1结合的同时会帮助寡核苷酸通过内吞作用穿过细胞膜进入细胞质,而随后GalNAc会受到酶促降解,释放出寡核苷酸。研究发现与GalNAc共轭连接的ASO在高度靶向肝的同时,药效上被发现在小鼠中达到7倍以及在人类患者中达到约30倍,但局限性在于ASGR1在其他组织中基本不表达,故GalNAc仅能靶向肝细胞,目前对于寡核苷酸药物研发重点之一便在于如何将药物利用新型的递送系统、修饰方法来高效的递送至不同的组织细胞内。

  图表 4:全球小核酸药物临床管线的递送系统分布

生物医药创疗赛道:小核酸

  来源:《核酸药物市场产业现状与未来发展报告》,沙利文,来觅数据整理

  近年来寡核苷酸药物的发展为许多罕见或目前无法治愈的疾病带来了治疗希望,对治病蛋白源头的精准靶向理论上可以攻克对于许多依靠小分子和抗体药物难成药的蛋白。作为目前创新疗法中的大热赛道之一,RNA疗法下的寡核苷酸在中国一级市场上的热度也在逐步上升,据来觅数据不完全统计,2022年全国在RNA药物领域合计发生融资事件31起,其中17起融资事件与寡核苷酸(小核酸)药物有关。

  图表 5:2022年中国寡核苷酸领域融资事件

生物医药创疗赛道:小核酸

  来源:来觅数据

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