小核酸藥物概述—引領(lǐng)生物醫(yī)藥變革

1.1 向陽(yáng)花木易為春，小核酸藥物優(yōu)勢(shì)顯著

講到堪稱(chēng)生物醫(yī)藥第三次革命的核酸藥物就不得不提到中心法則。中心法則是指 遺傳信息從 DNA 傳遞給 RNA，再?gòu)?RNA 傳遞給蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯的過(guò)程，以及 遺傳信息從 DNA 傳遞給 DNA 的復(fù)制過(guò)程。這是所有有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物所遵循的法 則。核酸藥物就是有別于傳統(tǒng)藥物，直接作用在 DNA 或者 RNA 層面的藥物，本報(bào) 告重點(diǎn)分析在核酸藥物中堿基較少（往往小于 30nt）的小核酸藥物。

基于 RNA 和 DNA 的核酸藥物較之傳統(tǒng)藥物更有優(yōu)勢(shì)。目前，小分子和蛋白質(zhì)是生 物制藥主流的兩大類(lèi)藥物。小分子藥物通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抑制靶蛋白，而基于蛋白 質(zhì)的藥物（例如抗體）可以與多個(gè)靶標(biāo)高度特異性結(jié)合。相較于抗體藥物，小核 酸藥物可選擇靶點(diǎn)更為豐富，特別是針對(duì)一些蛋白藥物難以成藥的一些基因，而 且短序列的一些核酸藥物通常是可以進(jìn)行化學(xué)合成，制備相對(duì)簡(jiǎn)單一些，更容易 保證合成可得性和批次間穩(wěn)定性。

作為核酸藥物中的代表，小核酸藥物展現(xiàn)了極大的潛力，包含反義寡核苷酸（ASO）、 小發(fā)卡 RNA（shRNA）、小干擾 RNA（siRNA）。小核酸藥物從基因水平開(kāi)始治療， 相比蛋白藥物有明顯的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)小分子化合物的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，先導(dǎo)化合物的發(fā) 現(xiàn)存在比較大的偶然性，而小核酸藥物的最大優(yōu)勢(shì)是，只需要針對(duì)小核酸藥物的 基因開(kāi)發(fā)合適的序列，就可以開(kāi)發(fā)成為新的藥物，該途徑避免了研發(fā)過(guò)程中的盲 目性。確定了小核酸藥物的靶標(biāo)序列后，其流程較快，且耗時(shí)明顯更短，而且小 核酸藥物的生物特異性也是非常高的。多年來(lái)，小核酸的化學(xué)修飾與遞送系統(tǒng)改 進(jìn)不僅增強(qiáng)了特異性和功效，而且減少了副作用。近年來(lái)，小核酸藥物因其獨(dú)特 的優(yōu)勢(shì)已成為治療各種疾病的有前途的工具。

1.2 小核酸藥物的發(fā)展現(xiàn)狀

小核酸藥物目前主要分為反義寡核酸藥物（ASO）、RNA 干擾藥物（siRNA，miRNA）， 由于 miRNA 目前尚無(wú)獲批藥物，故本報(bào)告將集中于 ASO 與 siRNA 這兩類(lèi)小核酸藥 物的分析。從獲批情況上來(lái)看，自小核酸類(lèi)第一個(gè)藥物 Vitravene 上市以來(lái)，小核 酸行業(yè)已經(jīng)歷了 20 年的時(shí)間，迄今為止一共有 10 個(gè) RNA 的藥物上市，而且由于 行業(yè)技術(shù)以及監(jiān)管的逐步成熟，近年來(lái)小核酸類(lèi)藥物的審批有了明顯的加速。2015 年以前小核酸領(lǐng)域僅有 2 款藥物上市，在 2018 年至今，已經(jīng)先后有 6 款藥 物上市。

目前，從治療領(lǐng)域來(lái)看，小核酸藥物研發(fā)的重點(diǎn)治療領(lǐng)域包括杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良、腫瘤、囊性纖維化等各類(lèi)疾病。由于小核酸藥物兼具基因修飾和傳統(tǒng)藥物的雙重 特點(diǎn)，故未來(lái)將在多個(gè)領(lǐng)域大展身手，預(yù)計(jì)在基因遺傳性疾病和病毒感染性疾病 領(lǐng)域中將有不俗表現(xiàn)。

目前小核酸藥物已有多款藥物獲批，并且在商業(yè)上取得了一定的成功。成功的代表藥物是 ASO 藥物 Nusinersen，用于治療脊髓性肌萎縮癥(SMA)，截至 2019 年 底，其累計(jì)銷(xiāo)售額為 47 億美元；另外，目前批準(zhǔn)的兩種 siRNA 藥物 Patisiran 和 Givosiran 也都取得了極好的銷(xiāo)售額，Patisiran 在 2019 年上市的第一年銷(xiāo) 售額已超過(guò) 1.5 億美元。

2、 小核酸藥物的作用機(jī)理與研發(fā)趨勢(shì)

2.1 ASO 與 siRNA 藥物作用機(jī)理（略）

2.2 ASO 與 siRNA 的管線研發(fā)現(xiàn)狀

對(duì)于 ASO 藥物，目前 ASO 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，由于行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻較高， 全球?qū)嶒?yàn)室階段后的項(xiàng)目不足 300 個(gè)，其治療領(lǐng)域主要集中于腫瘤、神經(jīng)與肌肉 疾病。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Ionis、Sarepta、WAVElife 等公司均有較 長(zhǎng)時(shí)間的積淀，行業(yè)集中度相對(duì)較高。這主要是因?yàn)?ASO 藥物體積相對(duì)較小、親 水性較低，有一定的通過(guò)胞飲直接進(jìn)入細(xì)胞的能力，行業(yè)早期大多采用對(duì) ASO 直 接化學(xué)修飾（降低遞送效率以換取更簡(jiǎn)單的成藥性）的方式進(jìn)行藥物改造，因而 更容易使得早期進(jìn)入行業(yè)的企業(yè)形成專(zhuān)利。但是，近年來(lái)隨著新型遞送系統(tǒng)的出 現(xiàn)以及單純化學(xué)修飾的 ASO 遞送效率仍難以讓人滿(mǎn)意，一批以遞送技術(shù)為切入點(diǎn) 的生物醫(yī)藥企業(yè)正在進(jìn)入 ASO 領(lǐng)域。

對(duì)于 siRNA 藥物，與 ASO 類(lèi)似，目前 siRNA 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，全球 實(shí)驗(yàn)室階段后的項(xiàng)目大約 300 個(gè)，整體發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，其治療領(lǐng)域主要集中于腫 瘤、神經(jīng)與眼科。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Alnylam、Dicerna、Arrowhead 等公司均有較長(zhǎng)時(shí)間的積淀，行業(yè)集中度相對(duì)較高。由于 siRNA 分子量相較于 ASO 更大，且電荷性更強(qiáng)，siRNA 更難依靠自身進(jìn)入細(xì)胞，所以 siRNA 藥物對(duì)于 載體的要求更高，這也是為何 siRNA 藥物獲批相較于 ASO 藥物更晚的一大原因。目前，siRNA 領(lǐng)域頭部的企業(yè)都基于自身的技術(shù)特點(diǎn)，有自己或者授權(quán)引進(jìn)了遞 送平臺(tái)，遞送技術(shù)是生物醫(yī)藥企業(yè)進(jìn)入 siRNA 領(lǐng)域的一大切入點(diǎn)。

2.3 小核酸藥物化學(xué)修飾發(fā)展趨勢(shì)

天然存在的小核酸具有較差的穩(wěn)定性和非常低的特異性，并且在體內(nèi)具有許多副 作用?；瘜W(xué)修飾是增強(qiáng)小核苷酸藥物遞送的有效方法之一。磷酸骨架，核糖部分 和堿基本身的修飾已被廣泛采用，以改善寡核苷酸藥物的類(lèi)藥物性質(zhì)，從而增強(qiáng) 遞送。

具體而言，利用修飾來(lái)改善寡核苷酸的藥代動(dòng)力學(xué)，藥效學(xué)和生物分布。對(duì)于某 些治療方式的功能性，還需要特定的修飾方式。例如，2'-OMe 和硫代磷酸酯（PS） 修飾的組合促進(jìn)了與膽固醇結(jié)合的 siRNA 的全身給藥，并在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了有效的基 因沉默，例如 2'-OMe 和 2'-F 的組合已用于 ONPATTRO；采用硫代磷酸酯（PS）， 2'-OMe，2'-F 和 2'-deoxy 修飾的 inclisiran（ALN-PCSsc）亦被用于治療高膽 固醇血癥。目前，Alnylam，Arrowhead，Silence，Dicerna 等頭部企業(yè)在自身 ASO 與 siRNA 管線成藥性設(shè)計(jì)時(shí)都采用了多種化學(xué)修飾并用的方法以增加其藥物 的成藥性，并且隨著對(duì)于核酸序列以及化學(xué)修飾認(rèn)知的加深，對(duì)于核酸的化學(xué)修 飾也經(jīng)歷了從最早的不修飾到部分修飾，再到現(xiàn)在的全修飾。

目前，對(duì)于核酸的化學(xué)修飾經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出了 3 代技術(shù)。最常 用的化學(xué)修飾是第一代的硫代磷酸酯和第二代的甲基膦酸酯。膦酸甲酯不帶電， 因此比天然 DNA 或 RNA 更具親脂性，并且可以更好地穿透細(xì)胞。但是，甲基膦 酸酯的溶解度一直是個(gè)問(wèn)題，常與膜結(jié)合，僅有較少修飾后小核酸能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì) 內(nèi)。因此，后續(xù)又產(chǎn)生了第三代 PNA、LNA 等技術(shù)。但這些技術(shù)或多或少仍有潛 在的肝毒性以及效率低下等問(wèn)題，工業(yè)界與學(xué)界也意識(shí)到，化學(xué)修飾對(duì)于小核酸 藥物遞送十分重要，但如靶向性等大量問(wèn)題單純依靠化學(xué)修飾還是難以解決，最 終還是需要依靠遞送系統(tǒng)。

2.4 小核酸藥物遞送系統(tǒng)發(fā)展概況

目前針對(duì) RNAi 給藥，好的遞送系統(tǒng)是解決挑戰(zhàn)的重中之重，目前領(lǐng)先公司 Alnylam 獲批的藥物一款采用脂質(zhì)體 LNP、一款采用 Galnac 遞送系統(tǒng)。

3、 反義寡核苷酸（ASO）已上市及潛力藥物分析（略）

目前全球上市的 ASO 藥物一共有 8 個(gè)，這 8 個(gè)藥物的作用機(jī)制也不完全一樣。

3.1 Fomivirsen—開(kāi)創(chuàng) ASO 藥物之先河

3.2 Mipomersen—降脂領(lǐng)域第一款 ASO 藥物

3.3 Eteplisen—爭(zhēng)議中前行的 ASO 藥物

3.4 Nusinersen—第一款重磅炸彈

3.5 Inotersen—商業(yè)化上落于下風(fēng)

3.6 Volanesoren—靜待繼續(xù)開(kāi)花結(jié)果

3.7 Golodirsen 與 Viltolarsen—后續(xù)值得關(guān)注

3.8 ASO 成功的關(guān)鍵因素

總體來(lái)看，ASO 藥物的商業(yè)化成功與否主要建立在兩方面：1、對(duì)于疾病致病病 理的研究；2、本身的臨床療效。

在疾病致病病理的研究上，無(wú)論是 DMD51 號(hào)外顯子還是 53 號(hào)外顯子藥物的出現(xiàn)， 還是針對(duì) SMA 藥物的出現(xiàn)，這些精妙的設(shè)計(jì)都是建立在對(duì)于疾病致病機(jī)理深入的 認(rèn)知上，因此，未來(lái) ASO 藥物的蓬勃發(fā)展必然是伴隨著疾病 Biology 的研究不斷 深化，而近年來(lái)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展正不斷使得 Biology 研究加速。

脂蛋白 a（Lp（a））是一種高度致動(dòng)脈粥樣硬化、類(lèi)似 LDL 的脂蛋白，通過(guò)二硫 鍵連接到載脂蛋白 a（Apo（a）），Apo（a）由 LP（a）基因編碼。Lp（a）具有 促炎、促動(dòng)脈粥樣硬化和血栓形成特性，并已通過(guò)流行病學(xué)研究證實(shí)與心肌梗塞、 中風(fēng)和外周動(dòng)脈疾病相關(guān)。LP（a）的水平在出生的時(shí)候就已經(jīng)確定了，和后天 生活方式無(wú)關(guān)，目前已有的降低膽固醇的藥物也沒(méi)法控制，目前全球約有 800-1000 萬(wàn)人群 LP（a）表達(dá)異常。

Pelacarsen是用 GALnac 偶聯(lián)的 ASO 藥物，采用全 PS 骨架及 2’-MOE 修飾用來(lái)抑 制 Apoa 的 mRNA，從而 LP（a）的水平。

4、 siRNA 藥物—每一部分都匠心獨(dú)具

目前獲批上市的 siRNA 藥物有兩款，分別為 Alnylam 治療 haTTR 的 Patisiran 和 治療急性肝卟啉癥（AHP）的 Givosiran。由于與 ASO 藥物相比，siRNA 藥物由于 體積更大，且親水性更強(qiáng)，較難直接通過(guò)細(xì)胞膜攝取，并且 siRNA 暴露血液會(huì)有 穩(wěn)定性問(wèn)題并造成免疫原性，因而無(wú)遞送系統(tǒng) siRNA 藥物基本無(wú)法達(dá)到理想遞送 水平。目前上市的兩款 siRNA 藥物主要采用的遞送系統(tǒng)均為較成熟的遞送技術(shù)脂 質(zhì)體（LNP）與 GalNAc。

4.1 Patisiran-基于脂質(zhì)體 LNP,實(shí)現(xiàn) siRNA 藥物零的突破

LNP 遞送 siRNA 第一個(gè)成功上市的藥物是 Alnylam 的 Patisiran。2018 年 8 月 FDA 批 準(zhǔn)了 Alnylam 的 RNAi 藥物 Onpattro (通用名 patisiran)，用于治療轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀 粉樣變性（haTTR）引起的神經(jīng)損傷。由于 haTTR 疾病分析已在先前 Inotersen 介 紹部分中進(jìn)行了分析，在此就不贅述。作為第一個(gè)上市的 siRNA 藥物，無(wú)論是核酸的修飾技術(shù)，還是遞送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，Patisiran 都可謂是反映了 Alnylam 數(shù)十年 技術(shù)的演進(jìn)，每一個(gè)部分均可謂是匠心獨(dú)具。

4.1.1 核酸的化學(xué)修飾

Patisiran 是化學(xué)合成的雙鏈寡核苷酸。正義鏈和反義鏈各包含 21 個(gè)核苷酸。有義鏈的 19 個(gè)核苷酸與反義鏈的互補(bǔ) 19 個(gè)核苷酸雜交，從而形成 19 個(gè)核苷酸 堿基對(duì)，并在每條鏈上留下兩個(gè) 3'-末端核苷酸作為未雜交的突出端，在修飾上 Patisiran 同時(shí)應(yīng)用了 2’-O-M 和 2’-O-Me 修飾。并且 siRNA 的化學(xué)修飾相較 ASO也更為復(fù)雜，核酸修飾的順序以及各類(lèi)修飾所占比例也會(huì)影響最終藥物的穩(wěn)定性 與療效。

Patisiran 作為較早開(kāi)發(fā)的 siRNA 藥物，采用的是部分核酸修飾的方式，尚未采 用 STC 與 ESC 修飾模板。從 Patisiran 到后續(xù)的藥物如 revusiran（采用 STC） 和 Givosiran（采用 ESC）在 siRNA 的核酸修飾上，可以看到 Alnylam 多年來(lái)經(jīng) 驗(yàn)積累與技術(shù)提升的過(guò)程。

從核酸修飾的演進(jìn)過(guò)程上看，即使 Patisiran 沒(méi)有采用最新的核酸修飾平臺(tái)技術(shù)， 仍保證了較好的療效，主要原因在于核酸的修飾本身可改進(jìn)的空間并不大，主要 還是集中在提高穩(wěn)定性、減毒增效上，與化學(xué)修飾相比，可能遞送系統(tǒng)的提升更 為關(guān)鍵。

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