RNA幹擾（RNAi）途徑調節幾乎所有人類細胞中的mRNA穩定性和翻譯。小雙鏈RNA分子可以有效地觸發特定基因的RNAi沉默，但它們的治療應用面臨著許多涉及安全性和效力方面的挑戰。然而，2018年8月標誌著該領域的新紀元，美國食品藥品監督管理局（FDA）批准了第一種基於RNAi的藥物Onpattro（patisiran）。
近日，來自美國霍普市貝克曼研究所分子與細胞生物學系的3位研究人員Ryan L. Setten、John J. Rossi、Si-ping Han在《自然》上發表綜述文章，討論了RNAi藥物設計和開發方面的關鍵進展、當前臨床管線的狀態和未來進展的前景，包括利用翻譯後RNAi沉默以外其他機制的新型RNAi途徑製劑。
文章指出，為了利用哺乳動物RNAi途徑有效和特異地抑制假定的治療靶點，RNAi藥物製劑必須克服藥效動力學相關的挑戰（靶標特異性、脫靶RNAi活性、免疫傳感器介導的細胞毒性）和藥代動力學相關的挑戰（循環系統、細胞攝取、內體逃逸）。目前，這些挑戰正在通過RNAi觸發器的結構基序、序列選擇、化學模擬以及遞送途徑和賦形劑的選擇和工程化來解決。
當前的臨床RNAi管線
patisiran的批准預示著RNAi治療的一個充滿活力的新時代，在這一時代，安全有效的RNAi有效載荷和遞送策略正在通過更成熟的臨床研究和開發以及現行良好生產規範（cGMP）管線，正在產生針對肝臟和非肝臟組織多種適應症的有前景藥物。
目前，已有多個用於肝臟和非肝臟適應症的候選藥物正處於I期、II期和III期臨床試驗中，針對中樞神經系統和其他非肝臟組織的研究性新藥（IND）即將進入臨床。除此之外，用於RNAi有效載荷和遞送輔料的新技術很可能在未來5年內在更多的組織和適應症中得到發展。總而言之，這些進展表明，RNAi治療在未來十年將有許多途徑來進行富有成效的創新。
RNAi藥物開發的經驗和教訓
RNAi藥物臨床前和臨床開發方面的進展和挫折使得RNAi藥物開發過程日益成熟和精明。主要的經驗教訓包括：經驗檢驗的好處，Dianophores（決定藥代動力學的分子特徵）和Pharmacophores（決定藥效學的分子特徵）的持續演化，使用正確的動物模型預測安全性和藥物活性的重要性，使輔料複雜性和毒性最小化的必要性，以簡化生產、儲存和臨床測試並降低重大不良事件的風險。
儘管RNAi觸發器的常用鹼基和主幹化學分子數量低得令人難以置信，但在RNAi觸發器的每條鏈中存在20個以上的可修飾核苷酸會導致天文數字的可能修飾模式。通過經驗篩選，Alnylam公司ESC技術的世代發展及其在臨床效價和安全性上的相應提高，已顯示出了進化開發的力量和潛力。隨著更多的RNAi-兼容的鹼基和主幹化學分子的出現，Dianophores的開發將繼續保持強勁勢頭。
在進行經驗測試時，使用正確的體外和體內模型準確預測毒性和效力非常重要。不同的模型生物對寡核苷酸和賦形劑的反應不同。其他重要的考慮因素是輔料的複雜性、均一性、穩定性和毒性，如納米顆粒、聚合物、肽和蛋白質。脂質和聚合物納米粒子已被廣泛用於改善藥物動力學特性，但它們的製備具有一定的挑戰性，其產物在顆粒組成、顆粒性質和藥物荷載上往往具有一定程度的異質性，使得在臨床開發過程中難以建立治療窗口。
此外，在儲存或給藥後，顆粒可能變得不穩定，並釋放分解產物，從而導致難以追蹤的毒性。類似地，儘管內質膜溶解賦形劑（如蜂毒素）可顯著改善RNAi藥劑的內體逃逸，但它們也可能非常有毒的。
RNAi藥物需應對的持續挑戰
儘管臨床RNAi藥物開發取得了進展，但在藥物動力學、藥效學和限制毒性策略方面仍有很大的改進空間。為了達到這些目的，在諸如聚合物納米顆粒（LNP）、適體（aptamer）、分子配體和寡核苷酸鹼基和骨架修飾等成熟技術方面已經取得了持續的進展。
此外，還有一些新的方法有望克服在系統性和局部RNAi給藥、RNAi有效荷載的特異性和安全性方面的現有挑戰，包括：利用逆轉運策略改善內體逃逸、將抗體與siRNA偶聯改善藥代動力學並實現組織特異性靶向、通過疏水修飾提高siRNA效力、利用可生物降解的離子化脂質降低脂質納米顆粒毒性、利用外泌體進行全身siRNA遞送、利用層-層靜電組件和可注射生物降解水凝膠增強局部遞送、通過交聯修飾核酸提高核酸納米結構的熱力學穩定性、通過開發拮抗劑快速逆轉RNAi活性、採用動態核酸納米技術實現條件性RNAi活性、採用幹細胞和三維培養製備類器官來替代臨床前模型。
siRNA之外
對miRNA誘導的RNAi機制的深入研究產生了合成的miRNA療法和構建物，統稱為抗mirs和阻斷mirs，它們分別抑制特定miRNA的活性或阻止特定miRNA目標的沉默。此外，還發現了短dsRNA的其他功能。
例如，由小dsRNA產生的指導RNA可以在轉錄水平上以一種Ago依賴的方式誘導基因沉默或基因激活。基於這些發現的以下技術的成熟預計將大大增加未來RNAi療法可治療的疾病適應症的數量，包括：miRNA模擬物、miRNA抑制劑（抗-mirs）、miRNA競爭（阻斷-mirs）激動劑、小dsRNA介導的轉錄基因沉默、小dsRNA介導的轉錄基因激活。
結束語
Onpattro的獲批，使RNAi療法系統性遞送至肝臟成為臨床現實。儘管基於GalNAc-共軛的、代謝穩定siRNA後續藥物仍在臨床開發中，但這些藥物在不同肝臟適應症中的持續效力和安全性相當樂觀，開發用於眼、腎和中樞神經系統適應症的其他RNAi療法進展也是如此。目前許多臨床候選藥物靶向罕見病，但如果批准，Alnylam公司的PCSK9抑制劑inclisiran和Quark公司治療腎損害的QP-1002以及治療溼性AMD的PF-655可能影響更大的患者群。
目前RNAi療法已取得了成功，很明顯，如果系統性地遞送到非肝、非腎組織在臨床應用上變得可行，那麼RNAi療法的影響可能會極大地擴展。
關鍵性的挑戰包括同時避免腎臟和網狀內皮組織的清除，在無高表達荷載內化受體的細胞類型中增強攝入，以及改善內體逃逸。其中一些問題可能適用於與複雜生物學途徑更為協同工作的方法，例如那些負責細胞內貨物分揀和內吞後運輸的途徑。這需要化學家和生物學家之間比過去更為密切的合作來開發利用生物學途徑微妙方面的解決方案。
另外，還可能需要使用化學複雜類型的多功能賦形劑，這種賦形劑迄今為止一直困擾著攜帶RNAi的納米顆粒的臨床開發。或者，進一步開發代謝穩定的RNAi觸發器和共軛配體以有效地輸送到越來越多的肝外組織，而無需更複雜的製劑。這些都是具有挑戰性的問題，但RNAi治療領域20年來的發展歷史證明了堅持不懈的力量。隨著賦形劑和有效載荷方面的許多創新技術的發展，毫無疑問未來將有更多的突破。(生物谷Bioon.com）