RNA药物前途无限，递送系统成研发瓶颈

在过去的 25 年里，RNA 药物逐步走向临床。最初，RNA 并不是理想的药物，因为 RNA 分子易降解，在体内半衰期相对较短。然而，通过改善化学稳定性使得 RNA 的半衰期得以延长，发展成了药物研发的新星。

事实上，RNA 分子拥有许多的属性使得它可以作为治疗药物。它们能够折叠形成复杂的构象，以让它们可以与蛋白质、小分子或者其他核酸相互结合，有些甚至可以形成 RNA 的催化中心。编码的 mRNA 是从 DNA 到核糖体的遗传信息载体，许多类型的非编码 RNA 通过各种机制协同遗传信息的转录和翻译，大量参与机制的发现大大拓宽了 RNA 的生物学应用及延展。

目前有三类 RNA 疗法受到广泛关注：1）编码治疗性蛋白或疫苗抗原（mRNA）；2）抑制致病性 RNA 活性：小干扰 RNA（small interfering RNA，siRNA）、微小 RNA(microRNA，miRNA)、反义 RNA(antisense RNA，ASO）；3)调控蛋白活性的 RNA 适配体（RNA aptamer）。

递送系统是 mRNA 药物的关键

1990 年，威斯康辛大学科学家首次证明，在动物上直接注射体外转录的 mRNA 可以表达蛋白。1992 年，美国 Scripps 研究所的一项工作展现了 mRNA 治疗疾病的潜力，他们通过脑内注射编码加压素（Vasopressin ）的mRNA，以增强加压素的表达，成功缓解了大鼠的尿崩症。

直接注射编码原的 RNA 分子疫苗并被抗原递呈细胞吸收后可诱发免疫应答。通常情况下，mRNA 疫苗由酶工程生产，并能严格控制免疫原性、药物动力学及剂量，且通过优化 mRNA 的密码子，可同时保持免疫原性及疫苗的稳定性。

临床试验表明，mRNA 的直接递送（在脂质体中）可产生明显的保护性免疫反应，mRNA 还可作为一种辅助剂来刺激先天性免疫反应。RNA-Base 疫苗（RNA 为基础开发的疫苗）可在几周内研发、制造和管理，也是解除未来流行病威胁的潜在武器。

根据 Nature review drug discovery 上发布论文 RNA therapeutics on the rise 中的统计说数据显示，2015-2020 年，上市寡核苷酸公司市值增长 94.2%，自 2015 年以来，三家具有代表性的 mRNA 治疗公司（Moderna theraputics、BioNtech 和 CureVac）吸引了 28 亿美元的私人投资。其中，Moderna 创下了生物科技 IPO 规模最大的纪录，其价值在 2018 年约为 76 亿美元，备受投资者青睐。

图丨 RNA 疗法领域的投资重点（来源：上述论文）

同时，RNA 技术在快速开发疫苗发面的潜力在 COVID-19 流行期间展露无遗：第一批临床 mRNA 疫苗 (mRNA - 1273， Moderna) 在新型冠状病毒的基因序列发布后一个月内就设计并合成出来，现在处于 Ⅰ 期临床试验。另外还在其他的在研的 COVID-19 候选疫苗。

但 mRNA 技术的发展目前仍然处于早期。分子量大，以及蛋白翻译机器对于去免疫原性和增加稳定性所必须的化学修饰容忍度低等原因，让 mRNA 药物的发展滞后于小核酸药物 ASO 和 siRNA。

首先，核酸药物想要进入体内，主要有一下 3 个难关：1）核酸的分子量和负电荷使其不能自由通过生物膜；2）RNA 容易被血浆和组织中 RNase 酶降解，被肝脏和肾脏快速清除和被免疫系统识别；3）进入细胞后 “卡” 在内吞小体中无法发挥功能。

以上几点让 RNA 药物发展面临的技术障碍一直没有变，那就是药物递送。目前，解决递送问题主要有两个方法：一个是改造核酸分子，让其稳定并躲避免疫系统的识别；另外一个就是利用药物传输系统，比如说脂质纳米颗粒（LNP）和 GalNAc（N - 乙酰化的半乳糖胺）偶联技术。

为了保证 mRNA 疫苗的代谢稳定性和免疫活性，除了慎重评估给药方式外，还需要对 mRNA 疫苗的剂型进行特殊设计。mRNA 进入体内后，首先面临周围组中（如：血液）核酸酶的降解，另外还需要穿过具有磷脂双分子层细胞膜。因此，mRNA 疫苗的制剂系统需要保护 mRNA 不被核酸酶降解，而且还需要促进 mRNA 被细胞（APC、B 细胞和 T 细胞等免疫细胞）摄取。

已经有大量的 mRNA 制剂系统见诸报道，其中的很多已经进入临床试验阶段。这些制剂技术都是通过形成特殊的 mRNA 载体，来实现 mRNA 疫苗的递送，这些载体技术包括：鱼精蛋白载体技术、纳米颗粒脂质体载体技术、多聚体载体技术等。

鱼精蛋白是一种天然的阳离子蛋白，可以把带负电的 mRNA 分子络合成纳米级别的核酸颗粒，从而保护 mRNA 不被血清中的 RNA 酶降解；但是由于鱼精蛋白和 mRNA 的结合太紧密，因此采用这种制剂的 mRNA 疫苗的蛋白表达效率会受限，另外抗原的表达很大程度上也受到鱼精蛋白和 mRNA 比例的影响。德国 CureVac 公司开发的 RNActive 平台成功解决了这个问题，通过 RNActive 平台得到的鱼精蛋白 - mRNA 复合物其中，鱼精蛋白作为 TLR7/8 拮抗剂可以诱发 Th1 细胞反应，mRNA 可以表达目的蛋白诱导特异的免疫反应。

纳米颗粒脂质体（Lipid nanoparticles，LNPs）载体递送 RNA 的原理目前还不完全清楚，但是通常认为，LNP 通过非共价亲和力和细胞膜结合并通过内吞作用被摄取，进入细胞后 mRNA 逃离内吞小泡，被释放到细胞质中表达靶蛋白。LNP 还可以通过相反的胞吐作用被排出细胞外，这也是通过 LNP 进行 mRNA 给药需要注意的点。

多聚体载体技术在临床上的应用并没有脂质体类载体广泛，但是作为核酸药物的载体也表现了优异特性。在进行多聚体载体设计的时候需要额外考虑多聚体载体的分子量以及带电荷量，过大的载体分子和过多的载电量通常导致载体和 mRNA 分子结合太过稳定，而导致 mRNA 的表达效率过低。

可见，递送技术平台是 mRNA 药物的关键之一。目前 mRNA 还是需要依靠纳米制剂递送，所以肝脏、脾脏以外的组织还是难以靶向，同时，mRNA 药物过膜性低也导致出现悬殊的个体差异，如果药物过膜性是 1%，那么 1% 的个体差异会导致两倍有效药物浓度差异，但如果过膜性是 50%，那么 1% 的个体差异则无关紧要。现在业界的策略是首先选择疫苗这样安全窗口较大的项目，但如果扩大到更复杂靶点，业界需要找到可监测药物应答的生物标记。

小核酸药物日渐成熟，递送仍是瓶颈

目前狭义的小核酸是指介导 RNAi 的短双链 RNA 片段（siRNA），主要涵盖了 siRNA、miRNA 和反义核酸等。由于 siRNA 药物疗效较好且技术取得突破，现已成为最受关注的一类技术。

其中，反义核酸发现最早，获批的药物最多，发展较成熟，但反义核酸药物不及 siRNA 药物高效，siRNA 药物在组织细胞递送上尚有一定的瓶颈，2018 年上市的首个 siRNA 药物已经可以有效递送到器官和组织，随着药物递送系统的进一步突破，siRNA 药物将逐渐替代反义核酸药物，成为主流 RNAi 药物。

而 miRNA 与 siRNA 通过 21 个核苷酸完全配对的作用机理不同，只需要 2-8 位核苷酸的配对就能起作用。因此 miRNA 通常是作用于一个面，而非一个点，作用于一个协同的网络而非单条通路，相关技术还待进一步突破。

2005 年至 2009 年，RNAi 领域吸引了数十亿美元的资金投入，催生了众多小型生物技术公司，但行业发展遭遇瓶颈。2006 年默沙东以 11 亿美金收购专门开发 RNAi 药物的 Sirna 公司；2007 年，罗氏与 Alnylam 制药公司签订了一项价值高达 10 亿美元的协议，获得该公司 RNAi 技术。但 RNAi 药物治疗的效果远不及预期，系统给药效果差和脱靶造成的严重副作用成为最大障碍，药物严重的副反应始终无法克服，研发陷入了困境。第一轮资本的进入虽然没有取得预期的回报，但却在一定程度上推动了行业的发展，使得 Alnylam、Quark 和 Arrowhead 等公司成长起来。

小核酸药物领域的研发有以下方向，一方面，基因测序技术的发展，测序成本降低，为小核酸药物产业化提供了可能；另一方面，RNA 修饰技术使得 RNA 在血液中的稳定性增加，给药系统突破使得药物更高效安全。

2013 年—2016 年，陆续有反义核酸药物获批上市。2014 年赛诺菲（Sanofi）以 7 亿美元收购了 Alnylam12% 的股份，但研发也是困难重重；Arrowhead 公司功能性治愈乙肝的 RNAi 药物 ARC-520 因动物实验发生动物死亡而停止 II 期研发；2016 年，Alnylam 的 RNAi 药物 Revusiran 在三期临床阶段失败，造成 18 名患者死亡，使得其当时股价被腰斩，遭受重挫。

直到 2016 年底，技术的突破、新产品的获批掀起了新一轮的投资合作热潮。百健 / Ionis 治疗脊髓性肌萎缩症（SMA）的反义寡核苷酸 Nusinersen 被 FDA 批准上市，2017 年即取得 8.82 亿美元销售，业内普遍给出销售峰值达 20 亿美元的预估。2017 年，Patisiran 临床三期结果超出预期，标志核酸干扰药物的重大突破，行业重拾信心。2018 年，Ionis 和 Alnylam 的治疗由 hATTR 引起的多发性神经病的两款孤儿药陆续获批，其中 Patisiran 成为全球第一个获批的 siRNA 类的小核酸药物，对整个领域有巨大的振奋作用。与此同时，资本纷纷回归 RNAi 领域，掀起了第二次的投资热潮。

小核酸药物的适应症涵盖范围广，包括肿瘤、罕见病（肌萎缩性脊髓侧索硬化、杜氏肌营养不良、脊髓性肌萎缩）、病毒性疾病、肾脏疾病、心血管疾病（凝血功能不足、血脂异常等）、炎症类疾病（哮喘、关节炎、结肠炎）、代谢类疾病（糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎）等，其潜在市场规模十分广阔。

其中，罕见病和肿瘤是小核酸药物应用最广的领域。截至目前，已经有 9 款小核酸药物获批上市，其中有 5 个药物为孤儿药，同时也是该疾病领域的首个药物，一定程度上满足了此前尚无治疗手段的罕见病人的需求。

生命科学商业资讯机构 EvaluatePharma（EP）在世界罕见病日发布的一份报告（EvaluatePharma Orphan Drug 2017 Report）表明：2016 年罕见病药的总销售额为 1140 亿美元，占全球非仿制药市场的 16.4％。至 2022 年，这一数字将上升为 2090 亿美元，罕见病药销售将占整个市场的 21.4％。RNAi 技术能够针对已知的罕见病基因发挥作用，克服了某些靶点蛋白难以成药的缺点，能较快取得突破。报告预计 2025 年，小核酸药物市场规模将远超 100 亿美元。

图丨已经上市和正在申请上市的 RNA 疗法（来源：上述论文）

而发展火热的小核算药物并非没有缺点，例如，2009 年，首个开展 siRNA 临床试验的药物 Bevasiranib，因为效果欠佳而在 III 期临床试验终止测试。靶向性差，脱靶效应及稳定性问题是影响 siRNA 药物疗效的最主要因素。1）靶向性差：siRNA 是带负电荷的生物活性大分子，不具备对组织或细胞的靶向能力，穿透细胞膜的能力极差。2）脱靶效应严重：除了 siRNA 分子的反义链能够介导同源基因的表达沉默外，反义链能通过 miRNA 通路引起一些非同源基因的抑制，正义链介导其同源基因的表达沉默，引起由正义链介导的脱靶效应；同时未修饰的双链 RNA 也会引起一些先天免疫机制的激活。而在小核酸制药中，这些都会产生药物的毒副作用，严重地影响了 RNAi 技术的应用。3）稳定性差：RNA 在人体循环系统中容易被血液核酸酶降解，稳定性较差。

因此，与 mRNA 类似，递送平台开发是整个链条的重点，目前，为了解决这一问题，国内外药物递送系统技术的研发如火如荼，重点聚焦在脂质纳米颗粒（LNP）和 GalNAc（N - 乙酰化的半乳糖胺）偶联技术的研发和应用上。

RNA 适配体暂居产业边缘

1990 年 8 月份，美国 Colorado 大学和麻省总医院的科学家（L. Gold 和 J. Szostak）分别在 Science 和 Nature 发表文章，显示通过体外进化和筛选，可以得到与目标分子紧密结合的 RNA 分子，亲合力和特异性与单抗相当。他们把这个筛选过程叫做”Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment（SELEX）”。而 Aptamer 这个名字则是来自拉丁文字“aptus”，意思是“to fix”，中文翻译为“适配体”。

Gold 和 Szostak 的这一突破性研究证实核酸分子能够借助氢键、范德华力、疏水作用等分子间作用力形成与分子靶标相作用的结合口袋和裂隙(binding pockets and clefts)，借助这些特殊的三维立体结构，高亲和力和特异性的识别并结合靶分子。

SELEX 符合适者生存的进化原理，RNA 文库与靶标孵育一定时间后，未结合的分子被移除，而结合的分子洗脱后经 RT-PCR 扩增形成新的化合物库，重复上述过程，经过 8-20 轮筛选，一般能得到高特异性和高亲和力的适配体，目前学术报道的用于治疗和诊断的适配体超过 1000 个。

业内常将核酸适配体和抗体进行比较，是因为两者具有很多相似之处。两者都具有亲和性和特异性，都可与靶向目标特异性结合，并因此特性应用于生物医学领域。但随着筛选技术研究的发展，越来越多的靶分子获得高亲和力的、高特异性的适配体，具有广泛的应用前景，特别是分子识别检查的领域。但与成熟的抗体实验相比，目前适配体可以补充抗体性能的不足，但是不能完全取代抗体。

虽然核酸适配体发展将近 30 年的时间，但仍有很多问题阻碍了其实际应用的脚步。例如体内表现很差，在血液中易被降解；核酸分子结构太小，肾清除速度快，作为药物时药物动力学性能差；核酸适配体作为核酸分子探针，化学作用力非常有限，增加了不易被结合的靶标分子的时候筛选难度，且灵敏度不够高；利用适配体发现靶标时，缺乏高通量筛选及鉴定的方法；作免疫组化应用时，可用的特异性适配体还较少，临床应用不受认可，亟待推广等等问题，让适配体应为范围较小，处在产业边缘。

结语

RNA 世界隐藏着众多具有治疗潜能的分子。然而，除 RNA 药物设计阶段的障碍，如免疫原性外，最核心的难题，如递送、脱靶副作用、一般毒性等问题，在之后的临床试验中难以避免。目前，虽然以纳米级非病毒顆粒为代表的递送系统不断发展，但效率低、缺乏靶向性机制等问题仍没有取得突破性进展。

生辉认为，RNA 药物的研发谁执牛耳，其核心仍在于技术，能在关键技术上有所突破者才能成为真正的冠军公司。