寡核苷酸療法能夠直接調控基因表達，它被認為是繼小分子藥物和蛋白質類藥物之後的新一類藥物開發熱點方向。根據近日發表在Nature Reviews Drug Discovery期刊上的一篇文章，截止2020年1月，全球範圍內已經有10款寡核苷酸藥物獲得美國FDA批准上市，同時還有至少20多款在研寡核苷酸藥物進入臨床研究階段。
本文中，我們將結合發表在Nature上的這篇文章，以及公開資料，帶大家了解下寡核苷酸療法的種類，以及當下面臨的主要挑戰和應對策略有哪些。
小「身材」，大潛力
寡核苷酸是一類包含20 個左右鹼基的短鏈核苷酸的總稱，包括DNA或RNA內的核苷酸。寡核苷酸可通過一系列過程來調節基因表達，包括基因沉默、剪接調節、非編碼RNA抑制、基因激活、基因編輯等等。因此，這類藥物具有治療多種疾病的潛力。
大多數寡核苷酸通過鹼基配對方式與同源目標分子相互作用。此外，核酸還可以通過形成三維二級結構與蛋白質相互作用，這一特性也被用於疾病治療藥物的開發。例如，核酸適配體（aptamers）是一種結構核酸配體，可作為特定蛋白的拮抗劑或激動劑。同樣地，含有髮夾結構的嚮導RNA分子也可以與外源引入的Cas9蛋白結合，並將其引導到特定的基因組DNA位點進行靶向基因編輯。
寡核苷酸藥物的出現，使精準治療和個性化治療成為了可能 ，因為理論上它們可以選擇性地靶向任何基因，且具有最小的，或至少可預測的脫靶效應。此外，它們也可以靶向罕見疾病患者的特異性基因序列、特定的等位基因（例如單核苷酸多態性等）、致病性融合轉錄本、傳統的「不可成藥」靶點，以及對某種寡核苷酸療法產生耐藥性的病毒序列等等。這些優勢和潛力使寡核苷酸成為了當下的研究熱點。
十款寡核苷酸藥物獲美國FDA批准
寡核苷酸作為藥物的研究大約始於三十年前。截至2020年1月，已有10款寡核苷酸藥物獲得美國FDA批准上市。寡核苷酸藥物的種類有很多，包括反義寡核苷酸（ASOs）、小幹擾核糖核酸（siRNA）、微小核糖核酸（miRNA）、核酸適配體等等。
表 1 ：FDA批准上市的寡核苷酸藥物
1、反義寡核苷酸
反義寡核苷酸是一種小的、合成的具有不同化學性質的單鏈核酸聚合物，可通過多種機制調控基因表達。這類藥物可細分為兩大類: RNase H依賴（RNase H competent）型和空間位阻型（steric block）。
內源性RNase H酶RNASEH1識別RNA-DNA異質雙鏈底物，ASO結合位點的切割導致靶RNA的破壞，從而沉默靶基因的表達。新一代的RNase h型ASOs通常遵循「gapmer」模式，即一個基於DNA的中央「間隙」被基於RNA的側翼區域包圍，促進目標結合。值得注意的是，RNASEH1在細胞質和細胞核中都是活躍的，因此能夠靶向其他技術可能難以獲得的核轉錄本。迄今為止，已經有3種 RNase H依賴型ASO藥物獲得批准上市，分別為fomivirsen、mipomersen和inotersen（見表1）。
空間位阻寡核苷酸可與目標轉錄本高親和力結合，但由於缺乏RNase H能力，它們不會誘導目標轉錄本降解。這類寡核苷酸最廣泛的應用是調節可變剪接，以選擇性地排除或保留特定的外顯子。然而，同樣的技術也可以用於剪接破壞，即跳過外顯子以中斷目標基因的翻譯。此外，空間位阻寡核苷酸也可能被用於促進異型轉換，從而減少有害蛋白異型的表達和/或促進有益蛋白異型的表達。截至2020年1月，已經有3種剪接轉換ASO藥物獲得FDA批准，分別為eteplirsen、golodirsen和nusinersen（見表1）。
2、小幹擾核糖核酸（siRNA）
siRNA是一類雙鏈RNA分子：它的一條鏈成為引導鏈（又稱反義鏈），與靶標轉錄物互補；另一條鏈為正義鏈。作為RNA誘導沉默複合物(RISC)的一部分，siRNAs引導Argonaute 2蛋白(AGO2)與目標轉錄本互補，在AGO2的催化下，引導鏈的相反位置被切割，進而導致基因沉默。目前至少兩種siRNAs藥物已獲得FDA批准，分別為patisiran和givosiran。
3、微小核糖核酸（miRNA）
miRNA是一類由內源基因編碼的非編碼單鏈RNA分子，由具有髮夾結構的單鏈RNA前體經過Dicer酶加工後生成。miRNA與多種生理和病理過程有關，包括癌症、細胞周期進展、傳染病、免疫、糖尿病、新陳代謝、肌生成和肌肉營養不良，因此成為了新藥開發的一個重要靶點。與siRNA一樣，miRNA可以將RNA誘導的沉默複合物（RISC）引導至靶序列，從而啟動基因沉默。
目前，已有許多公司在開發miRNA藥物。例如，Regulus公司正在開發靶向miR-21和miR-17的miRNA寡核苷酸藥物，擬分別治療Alport腎病（Alport nephropathy）、多囊腎(polycystic kidney disease)。miRagen公司正在開發多種miRNA候選藥物：其中cobomarsen是一種靶向miR-155的寡核苷酸抑制劑，擬開發治療皮膚T細胞淋巴瘤；remlarsen是一種靶向miR-29的雙鏈模擬物，擬開發治療瘢痕疙瘩(keloids)。
4、轉錄激活RNA
許多基因表達長的非編碼RNA，它們通常與近端蛋白質編碼基因的轉錄抑制有關。用ASO或siRNA（稱為小激活RNA）靶向這些長的非編碼RNA可以逆轉這種負調控的作用，從而導致轉錄激活，這已在許多疾病相關的基因中得到顯示，包括BACE1（阿爾茨海默氏病）、BDNF（帕金森氏病）、UBE3A（安格曼症候群）和SCN1A（Dravet症候群）等等。目前，內源性小RNA在細胞核內的重要性已經越來越受到重視，作為轉錄基因激活或沉默的天然介質，內源性小RNA可能本身就構成了寡核苷酸療法的靶點。
目前，已有許多公司在開發小激活RNA。例如，MiNA Therapeutics正在開發MTL-CEBPA，這是一種靶向CEBPA（一種參與肝細胞分化和腫瘤抑制的關鍵轉錄因子）的小激活RNA，以脂質納米顆粒製劑的形式遞送，用於治療肝細胞癌。目前，該在研藥正在肝細胞癌和肝硬化患者中開展1期臨床試驗。
激活特定基因的另一種方法是Stoke Therapeutics的TANGO技術平臺，該技術靶向非生產性RNA剪接以增加基因表達，並解決由於基因功能喪失或降低而導致的單基因疾病。該公司目前的主要候選藥為STK-001。STK-001是一種反義寡核苷酸藥物，擬開發治療Dravet症候群。臨床前研究數據顯示，在Dravet症候群小鼠模型中，STK-001提高了小鼠的生存率顯，並降低了癲癇發作頻率。目前，該在研藥正在開展1/2a期臨床試驗。
藥物遞送——寡核苷酸藥物開發的「攔路虎」
雖然全球已經有十餘款寡核苷酸療法獲批上市，但寡核苷酸療法的廣泛應用仍面臨一個主要挑戰——如何將寡核苷酸藥物有效輸送到肝臟以外的目標器官和組織。迄今為止，大多數寡核苷酸療法，包括幾乎所有已批准的核酸藥物，都是局部給藥，例如眼睛、脊髓、肝臟。寡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。由於基於寡核苷酸的治療藥物通常無法穿越血腦屏障（BBB），因此向中樞神經系統（CNS）的遞送是一個額外的挑戰。
目前，科學家們正在開發許多方法和技術，來解決寡核苷酸藥物遞送這一大難題。化學修飾是增強寡核苷酸藥物遞送的最有效方法之一，這種方法利用修飾來改善寡核苷酸的藥代動力學、藥效學和生物分布，以提高藥物的遞送能力。生物偶聯也是解決寡核苷酸藥物遞送的有效途徑。ASOs和siRNA的遞送潛力可以通過直接共價偶聯不同的「元件」來增強，這些「元件」包括脂質、肽、適配體、抗體和糖分子，通過偶聯可使寡核苷酸更容易接近目標細胞。
納米技術和材料科學的發展也為解決寡核苷酸藥物遞送的挑戰提供了優勢和潛在的解決方案，尤其是針對跨越生物屏障和跨膜細胞內遞送的要求。此外，研究人員也在開發一些新的技術，如內源性囊泡（即外泌體）、球型核酸(SNAs)、納米技術 (例如DNA籠)和「智能」材料等等。
未來可期
寡核苷酸療法的到來，讓很多疾病的治療成為了可能。許多藥物的獲批表明寡核苷酸藥物的遞送現已成熟，可臨床用於多種適應症。根據文章，全球範圍內，目前還有至少20多種在研寡核苷酸療法已在臨床開發階段，適應症涉及亨廷頓病、阿爾茨海默病、肌萎縮側索硬化（ALS）、血友病、肝細胞癌等等。
我們期待，在科學家、醫藥企業、患者組織等社會各界的齊心協力下，寡核苷酸療法的研究可以取得更多的研究和突破，造福更多患者。
參考資料：
[1]Roberts, T.C., Langer, R. & Wood, M.J.A.（2020）. Advances in oligonucleotide drug delivery. Nature Reviews Drug Discovery. https://doi.org/10.1038/s41573-020-0075-7
[2]Stoke Therapeutics官網.Retrieved Aug 26，2020,from https://investor.stoketherapeutics.com/news-releases/news-release-details/stoke-therapeutics-announces-publication-preclinical-data-stk
[3]毛開雲 陳大明等.(2018). 全球寡核苷酸類藥物開發現狀與趨勢. 《中國生物工程雜誌 》（China Biotechnology），DOI:10.13523/j.cb.20180413
[4] 合全藥業寡核苷酸公斤級生產車間正式投入運營. Retrieved Jan 23，2020,from https://www.wuxiapptec.com/zh-cn/news/wuxi-news/3826