小核酸药物主要成分是由少量核苷酸组成的短链核酸，它们旨在通过序列互补靶标mRNA，使其降解或抑制，从而实现相关基因的表达沉默。在创新药蓬勃发展的今天，小核酸药被认为将带来“除小分子药和抗体药”之外的第三次制药浪潮。

1. 小核酸药物发展史

任何一项新技术的发展都不是一帆风顺的，尤其是具有革命性的技术。小核酸药物的路也是历经波折，直到近年才初步被市场认可，其发展年谱上重大事件如下图所示：

小核酸药物的发展历经波折

数据来源：Frost&Sullivan

近年来FDA已批准了多款小核酸药物，主要用于治疗罕见病。截止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。

 

与全球相比，我国小核酸药物的开发仍处于发展初期，国内首款siRNA药物的临床获批时间相比全球晚了11年；此外，从产品类型和靶点来看，多数企业选择研发的是国外已上市药物的类产品，仍然处于me-too阶段。不过随着国内企业的加速追赶，有望逐步进入差异化创新和突破型创新阶段，迎来快速增长。

     

 

2.小核酸药物简介

小核酸药物以mRNA为靶点，只需确定致病序列，设计相应的RNA片段，无需考虑复杂的蛋白结构，因此早期研发速度远远快于其他药物；此外，其主要通过特殊的递送系统直接到达目标组织，特异性高；而更让慢病患者心动的一点是，小核酸药物可以做到半年甚至1年给药一次！

2.1 小核酸药物的分类

小核酸药物可以分为反义寡核苷酸（ASO）、小干扰RNA（siRNA）、miRNA、寡核苷酸适配子、CpG寡核苷酸等，它们的作用机制大都是相似的，通过与mRNA互补配对来发挥功能，而核酸适配体的作用机制则比较独特，它们各自的具体机制如下：

• ASO药物：合成15-30nt的单链DNA或RNA，该序列进入细胞后与靶标mRNA结合，抑制mRNA翻译或诱发mRNA降解。

• RNAi药物：合成短双链RNA，进入细胞后正义链被降解，反义链与多蛋白组分形成RISC复合体，RISC中保留的反义链与靶基因的mRNA特异地互补，同时RISC具有核酸酶活性，能将靶基因的mRNA切割降解或抑制其翻译活性。

• miRNA药物：其机制是部分链的配对，与siRNA不同，miRNA只是在种子区的几个碱基进行配对，所以miRNA可以调控多个分子。

• 核酸适配体：核酸适配体是折叠成独特的三维结构的短单链寡核苷酸，利用其三维结构特异性结合较大范围的目标，包括蛋白质、小分子、金属离子、病毒、细菌和全细胞，其高特异性和结合亲和力可达到抗体水平。与抗体相比，核酸适配体具有体外筛选快速、可无细胞化学合成以及体积小，具有较低免疫原性和较强组织穿透力等优势。

ASO和RNAi机制模式图

2.2 小核酸药物的递送系统

小核酸药物设计原理很简单，但它们都需要被递送到靶点细胞内发挥作用，而且不能激发有害免疫反应。递送技术是小核酸药物成败的关键所在，也是一个专利壁垒遍布的地方。

 

迄今为止，科学家们已经开发出多种RNA递送技术，它们可以分为2大类：一是化学修饰技术，通过改造核酸分子提高其稳定性，并避免免疫系统的识别；二是递送载体，递送载体可以使核酸免受血清核酸酶活性和免疫成分的影响，而且可以决定药物的生物分布[1]。

  

化学修饰技术

化学修饰技术主要应用于分子量较小的RNA分子，它们包括siRNA、反义寡核苷酸（ASO）等。通过在特定位置进行化学修饰，提高这些小核酸分子的稳定性、避免激发免疫系统反应，并利用真核细胞中已有的酶来行使它们的功能。

如GalNac(N-乙酰化的半乳糖胺)修饰，通过将GalNac以三价态的方式共价偶联至核酸3’末端构成，这是当前小核酸药物递送最常用的系统之一，近期上市的三款siRNA药物均采用GalNac修饰。肝脏表面的受体CDR可以结合血液中的乳糖，并通过胞吞吸收，GalNac是与CDR结合能力最强的一种乳糖类似物，高度靶向肝细胞，递送效率很高。

ASO, siRNA等小分子量RNA疗法

基于脂质的递送系统

基于脂质的递送系统包括胶束（micelles），脂质体（liposome）和脂质纳米颗粒（LNP），是使用最早也是当前最成熟的递送系统。RNA带负电，带正电的脂质会和它结合，形成很小的反向交错结构的粒子，外面再包裹磷脂，形成的脂质复合体可以将携带的RNA递送到目的组织。

 

由于肝脏是脂质代谢的中心，这种递送系统在肝脏上的应用最为成熟，目前已有上万种结构迥异的脂质递送系统被创建出来，在小鼠模型中，现在向肝脏递送的siRNA所需的剂量已经可以做到比初代递送系统低500多倍。

基于脂质的RNA递送系统

 

此外，改变LNP的脂质组分或者添加新的脂质分子，可以促进LNP递送到肝脏以外的组织。Intellia Therapeutics和Beam Therapeutics公司都已经分享了将mRNA递送到造血干细胞和祖细胞中的LNP信息，它们带来了开发靶向体内造血干细胞疗法的希望。

 

值得一提的是，LNP材料已经遍布专利壁垒，Arbutus公司是国际LNP领域的龙头公司，广泛且深入地覆盖了阳离子脂质及PEG脂质方面的大量专利，包括众多的化合物结构专利、LNP组合物及其配比专利和应用专利，mRNA疫苗三巨头都曾向Arbutus寻求LNP的专利授权，Moderna还曾向美国专利商标局申请无效化Arbutus的部分专利。由于Arbutus专利覆盖的完整性，导致其他公司如果不想向Arbutus缴纳巨额的专利授权费，就只能另辟蹊径，自行开发递送系统。

基于聚合物的纳米颗粒

很多非病毒递送系统可以使用聚合物和基于聚合物的纳米颗粒，通过调节聚合物的极性、降解性和分子量，可以改变聚合物递送RNA进入细胞的效率。比如，通过携带胺基让聚合物呈阳性，提高聚合物与RNA分子的结合能力；通过让聚合物分子携带可被生物降解的酯键，可以降低聚合物的细胞毒性。

基于聚合物的RNA递送系统

 

还有一类可以用来递送RNA的聚合物称为树枝状大分子（dendrimers），它们以一个核心分子为中心，通过聚合反应重复增长合成树枝状的聚合物，树枝上修饰有阳离子基团，可以与带负电RNA生成复合物。这种结构可以将RNA递送到中枢神经系统，将siRNA递送到肝脏内皮细胞中，还能用于肌肉注射，并且这种树枝状大分子的结构可不易被降解，可以增加给药间隔。

适合在临床环境下使用的递送系统的特征

 

递送系统是小核酸药物开发的关键所在，一款成功的递送系统通常需要具有以下特征：安全性高，可以在体内生物降解；特异性高，脱靶率低；疗效高，毒性低，重新性好等。

3. 小核酸药物的研发现状

目前，全球小核酸药物进入临床管线的有80多个，并有10个已经进入了临床三期，获批的小核酸药物则有14款（早期3款药物已退市，数据截至2021年12月31日）。其中渤健与Ionis开发的用于治疗脊髓性肌萎缩症的Nusinersen，2021年全球销售额达19.51亿美元，让大家看到了小核酸药物的市场潜力；诺华与Alnylam开发的长效降脂药Inclisiran，一年仅需注射两次，让大家看到了慢病治疗的新模式。

上市小核酸药物概览

 

从上述已上市药物可见，小核酸药物的适应症多针对罕见病，这导致小核酸药物在市场上的存在感较低，对大多数人而言只是一个遥远的概念。不过这种情况随着小核酸药物在慢病、肝炎、肿瘤等领域的进展正在慢慢改变。下面我们分别介绍下不同领域内小核酸药物的研发现状。

 

3.1 ATTR相关疾病

转甲状腺素蛋白淀粉样变性（transthyretinamyloidosis，ATTR）是由转甲状腺素蛋白（transthyretin，TTR）错误折叠导致其在组织中异常沉积所致的系统性疾病，受累脏器主要是周围神经和心脏。

 

TTR是一种由肝脏合成的血浆转运蛋白，正常生理条件下以可溶性四聚体形态转运甲状腺素和视黄醇，但基因突变及年龄增长均可使TTR四聚体蛋白质结构不稳定，其单体错误折叠形成遗传型淀粉样变（hATTR）或野生型淀粉样变（wtATTR）沉积于组织中，进一步引起转甲状腺素蛋白淀粉样变性多发性神经病（ATTR-PN）或转甲状腺素蛋白淀粉样变性心肌病（ATTR-CM）[2]。

ATTR发病历程

 

目前，全球有ATTR-CM患者30万~50万，ATTR-PN患者1万~4万。由于没有足够高效的临床解决方案，ATTR一直是各大药企研发的热点。当前Alnylam、Pfizer、BridgeBio、Ionis和AZ、Intellia和再生元均有在研的ATTR药物，其中Alnylam连续开发多个代际产品制霸ATTR这个患者人数众多的疾病领域。

 

Alnylam第一代ATTR产品Patisiran就是由LNP携带小核酸去靶向降解参与生成TTR蛋白的mRNA；LNP构成决定了它主要靶向肝脏，容易引发过敏等不良反应。后来，Alnylam开发了以GalNAc为代表的偶联递送系统，增强了小核酸药物的靶向特异性，降低循环中的药物清除，但也主要用于肝脏给药，并且存在内涵体逃逸问题。

 

3.2 心血管疾病

心血管疾病对健康的危害，想来大家已经非常清楚了。不同于罕见病的无药可治，市面上通过降血脂改善心血管疾病症状的药物并不少，但长期用药容易引起患者内心的抵触，往往导致患者依从性低。小核酸药物可以极大的降低给药频率，可以很好的解决这个问题。

 

目前，有多个以不同血脂类型为靶点的小核酸药物正在研发中，包括靶向PCSK9的小核酸药物、靶向Lp(a)的小核酸药物、靶向富含甘油三酯脂蛋白的小核酸药物等[3]。

代谢紊乱类小核酸药物主要靶点

 

PCSK9可与低密度脂蛋白受体（LDLR）结合，并将LDLR转移至溶酶体内破坏，增加了LDLR的降解，进而促使循环中LDLC水平升高^[4]。。2021年12月，PCSK9 siRNA药物Leqvio（inclisiran）获FDA批准上市，实现一年两针的用药频率，可持续有效降脂，是心血管领域的第一个小核酸药物。

PCSK9作用原理

 

Lp(a)具有促动脉粥样硬化、促炎和促血栓形成作用，被认为是心血管疾病的遗传性、独立因果风险因素。目前尚无针对Lp(a)的获批临床药物，靶向于Lp(a)的小核酸药物将有望成为首个可有效降低Lp(a)的药物。目前Olpasiran(AMG890和SLN360)对于降低Lp(a)的安全性及有效性的研究均在进行，初步结果均显示具有较好的安全性及有效性，有望拔得头筹。

 

Lp(a) 的结构特点及相关疾病

靶向富含甘油三酯脂蛋白（ANGPTL3,ApoC3等）的小核酸药物也有多家公司布局，当前有volanesorsen、Vupanorsen、ARO-ANG3 、Volanesorsen、Olezarsen等候选药物已经进入了临床试验。Volanesorsen的III期临床结果显示，家族性乳糜微粒血症综合征及部分性脂肪代谢障碍患者每周给药一次，可以降低血液中甘油三酯水平77%-88%。

 

3.3 乙肝

乙肝是由乙型肝炎病毒（HBV）引起的一种传染病，全球乙肝病毒携带者约2.96亿人，我国乙肝携带者约8000万左右。目前治疗乙肝的药物主要是恩替卡韦、替诺福韦等核苷类药物，这些药物只能抑制HBV DNA复制，需要终生服药。

成人慢性乙型肝炎病毒(HBV)复制周期

乙肝病毒基因组cccDNA能够转录多个不同长度的RNA，并翻译为多种病毒蛋白，其中DR1和DR2两个片段在多个转录本中相同^[5]。。因此针对该区域设计的小核酸药物可直接作用于病毒转录产生的所有mRNA，在病毒蛋白产生前发挥抑制作用。Arrowhead和强生共同开发的siRNA药物JNJ-3989，可以沉默所有HBV基因产物，经GalNAc修饰后，这种小核酸药物能够被高效递送至肝脏组织，抑制所有HBV蛋白的产生。

 

小核酸药物的研究是从罕见病开始的，目前已经上市的药物也多是针对罕见病治疗的，如脊髓性肌萎缩症、杜氏肌营养不良、急性肝卟啉症等；随着研究的深入，目前已经有多家公司开始在高血糖、高血脂、前列腺癌、乙肝等疾病上进行小核酸药物的开发，可以预见在不久的将来，小核酸药物将迎来大爆发的时代。

 

4. 展望

 

小核酸药物相比现有小分子和抗体药物具有药物靶点筛选快、研发成功率高、不易产生耐药性、更广治疗领域和长效性等优点，并且有望从“源头”解决疾病，具有较大发展潜力。目前小核酸药物处境类似10年前的抗体药物，仍然存在部分技术难关有待突破，包括肝脏以外组织的特异性递送难题以及早期脱靶发现等问题。

 

我国小核酸药物研究起步较晚，目前LNP和GalNAc-siRNA缀合物技术的核心专利仍然掌握在国外企业手中，国内企业需要获得相关授权或从零起步开发自主技术平台，因此需要奋起直追。

 

南模生物针对小核酸药物研究的常见靶点PCSK9、ANGPTL3、C3、C5等自主研发了合适的人源化动物模型，可用于小核酸药物的临床前研究，模型信息详见下表，欢迎前来咨询。

参考文献：

[1]Paunovska et al., (2022). Drug delivery systems for RNA therapeutics. Nature Reviews Genetics, https://doi.org/10.1038/s41576-021-00439-4

[2]JACC CardioOncol . 2021 Oct 19;3(4):488-505. doi: 10.1016/j.jaccao.2021.06.006. eCollection 2021 Oct.

[3]Lipids Health Dis . 2022 Apr 23;21(1):41. doi: 10.1186/s12944-022-01649-3.

[4] PCSK9 Inhibition With Monoclonal Antibodies: Modern Management of Hypercholesterolemia，doi/epdf/10.1002/jcph.766

Nat Rev Dis Primers . 2018 Jun 7;4:18035. doi: 10.1038/nrdp.2018.35.