利用 RNAi 药物沉默基因以预防疾病

蛋白质是生命的基石，但如果它们 错误折叠或堆积 它们可能导致疾病或死亡 (1)。 许多市售的 药物抑制有害蛋白质功能 或确保它们正确折叠 (2)。 但对于药物来说，从一开始就阻止有问题的蛋白质的产生可能是有用的。

事实证明，大自然进化出了一种方法来做到这一点。 1998年，生物学家 安德鲁·菲尔现在在斯坦福大学，并且 克雷格·梅洛 马萨诸塞大学医学院的研究发现，植物和蠕虫中的细胞可以通过双链 RNA 降解 mRNA，这一过程称为 RNA 干扰 (RNAi) (3)，从而沉默基因并关闭蛋白质生产。 菲利普·夏普因发现RNA剪接而获得1993年诺贝尔奖的麻省理工学院（MIT）细胞生物学家表示，他记得这篇论文首次发表时令他震惊。 “它提供了一个机会，让我能够做一些自从我开始研究哺乳动物细胞以来一直希望能够做的事情：找到一种使基因失活的方法，”他说。

在遇到这种纸后不久，夏普开发出了第一个 体外 系统 与合作者一起研究 RNAi 托马斯·塔什尔, 菲利普·扎莫尔和 大卫·巴特尔当时在麻省理工学院 (4)。 2001 年，现供职于洛克菲勒大学的 Tuschl 证明 RNAi 也存在于 人体细胞 （5）。 基于这些早期 RNAi 发现，Tuschl、Sharp、Zamore 和 Bartel 加入了 保罗·希梅尔 斯克里普斯研究中心发现 阿尔尼拉姆制药公司。

“公司成立时只有一个使命、一个目的，那就是将 RNA 干扰转化为一种药物，”他说 保罗·尼奥伊Alnylam Pharmaceuticals 的研究高级副总裁。 “如果你能够沉默基因组中的任何基因，那么什么是可药物的、什么是不可药物的想法就会消失。 一切都可以下药。”

2018年，Alnylam Pharmaceuticals的一款药物Onpattro成为首个RNAi药物 经FDA批准 （6）Onpattro 可治疗遗传性转甲状腺素介导的淀粉样变性 (hATTR)，这是一种罕见的遗传性疾病，会导致淀粉样蛋白在心脏和其他器官中积聚。此后，Alnylam Pharmaceuticals 又开发了四种经 FDA 批准的 RNAi 药物，用于治疗高胆固醇和罕见的遗传疾病。

如今，Alnylam Pharmaceuticals 拥有 15 种 RNAi 药物，其中一些是与再生元 (Regeneron) 和罗氏 (Roche) 等其他公司合作的，处于临床试验的早期和后期阶段，用于治疗各种遗传性疾病、心脏代谢疾病、传染病和中枢神经系统疾病。神经系统（CNS）和眼部疾病。

“这真是一个了不起的故事。虽然花了很长时间，但你必须意识到，从发现整个现象的那一天起，这家公司就在四年后成立了，”夏普说。“这只是一次美妙的经历，为我认为具有历史意义的新模式的引入做出了贡献。”

开发第一个 RNAi 药物

2002 年，诺贝尔奖获得者 Phillip Sharp 与四位同事共同创立了 Alnylam Pharmaceuticals。

图片来源：史蒂夫·博克索尔

夏普指出，针对单个基因的蛋白质表达还可以省去药物研发过程中其他冗长的步骤。“一旦你编码了你想要的靶标，你就可以设计药物了。你不必进行筛选；你不必指望有什么事情发生，”他说。

在科学家将 RNAi 药物变为现实之前，需要克服两个主要障碍：增强 siRNA 稳定性和确定递送。 “Alnylam 的前 10 年左右都是为了解决这个问题 [stability] 问题并弄清楚如何将 siRNA 递送至正确的细胞类型，”Nioi 说道。

为了提高 siRNA 的稳定性，研究人员对构成 RNA 主干的糖进行了修饰，使血液中的核酸酶无法再识别和咀嚼它们。 然后他们研究了如何将 siRNA 安全地递送到特定位点。 他们的第一个目标蛋白是 甲状腺素运载蛋白 （总温度) 基因，该基因编码 TTR 蛋白，该蛋白负责在血液中运输甲状腺激素。他们旨在阻止 TTR 的产生，以治疗 hATTR 淀粉样变性中的神经病变症状，这种淀粉样变性是由 总温度 基因。 大部分 TTR 蛋白是在肝脏中合成的，因此他们必须找到一种方法将 siRNA 递送到那里。

研究人员重新开发了一种安全有效的缀合物方法，可以通过皮下、自我注射的方式输送到肝脏。 他们开发了 GalNAc 缀合物，这是一种与肝细胞上发现的脱唾液酸糖蛋白受体结合的糖分子。 将 GalNAc 缀合物添加到 siRNA 疗法中，又产生了四种 FDA 批准的药物，用于治疗急性肝卟啉症、1 型原发性高草酸尿症、遗传性 ATTR 淀粉样变性和高胆固醇。

作为 Alnylam Pharmaceuticals 的研究副总裁，Kirk Brown 领导一个团队专注于开发能够到达中枢神经系统的 RNAi 药物。

图片来源：Alnylam Pharmaceuticals, Inc.

“真正酷的是，如果你看一下这些适应症，就会发现它们都不是针对肝脏疾病的，但目标都是肝脏。 因此，这表明肝脏的生物学是一件令人难以置信的事情，”Nioi 说。

Nioi 还强调，他的目标是超越肝脏目标，到达大脑、肌肉和脂肪组织。 为了到达大脑，科学家最近证明了使用腰椎穿刺的成功，将附着在 C16 缀合物上的 siRNA 引入脊柱和脑脊液中。 在观察啮齿动物和非人类灵长类动物的大脑和脊柱中的基因沉默后，Alnylam Pharmaceuticals 于 2019 年与 Regeneron 签署了一项合作协议，以推进针对 CNS 的 RNAi 疗法。

目前，Alnylam Pharmaceuticals 拥有 正在进行的一期临床试验 研究 ALN-APP，一种针对 淀粉样前体蛋白 （应用程序) 基因，用于治疗早发性阿尔茨海默病患者 (9)。 “ALN-APP 是治疗阿尔茨海默病的一种独特方法，因为它在 mRNA 水平上击中了目标，而该目标是阿尔茨海默病的遗传有效靶标。” 柯克·布朗Alnylam Pharmaceuticals 研究副总裁兼中枢神经系统早期开发项目主任。 “[By] 从源头切断目标，基本上就切断了细胞内部引起这种毒性的任何细胞内碎片。”

Nioi表示，开发让siRNA到达更多器官和组织的技术仍然是他们最大的挑战。 “我们想象还有很多其他组织，我们希望能够到达我们认为具有重要 RNAi 目标的地方，”他说。

未来的RNAi药物

于爱明加州大学戴维斯分校的一位未参与 Alnylam Pharmaceuticals 的药理学家表示，过去二十年里 RNAi 药物的开发充满了坎坷。 许多公司投资了 RNAi 疗法，然后又退出了。 “当然，Alnylam 是成功的一个很好的例子 [of RNAi therapies]，“ 他说。 “这对我在这个领域的工作来说是令人鼓舞的。”

Aiming Yu 是加州大学戴维斯分校的药理学家，开发了用于 RNAi 疗法的 BioRNA。

图片来源：苏冠

Yu指出，未来的研究应该解决如何提高与RISC结合的少量siRNA与在组织中积累的大量siRNA之间的比率，这可能导致毒性。 Yu 的团队致力于开发活细胞中产生的生物 RNA 分子（BioRNA）。 Yu 说，这些 BioRNA 可能具有更好的耐受性并更有效地加载到 RISC 中。

在接下来的五到十年里，Yu 希望看到更多的 RNAi 药物被批准用于治疗影响大量人群的常见疾病。 Alnylam Pharmaceuticals 目前正在进行多项试验，研究 RNAi 药物治疗常见的心脏代谢疾病，如 2 型糖尿病、非酒精性脂肪肝和高血压。 “尽管市场上已经有治疗心脏代谢疾病的药物，但它仍然是头号杀手，”Nioi 说。 “还有大量未满足的需求。 我认为，凭借我们的平台，我们有很大的机会在那里做出改变，因为我们可以追求任何目标。 我们不受限制。”

“你可以投影 [a new drug] 每年一次，针对几乎所有基因，并及时针对几乎所有组织……这就是科学引导我们的方向，”夏普说。 “还有很多事情要做，很多人都会从中受益。”

参考