激荡二十年!RNAi药物开发下一个突破口在这里

2019年03月12日 来源:新浪医药

  RNA干扰(RNAi)途径调节几乎所有人类细胞中的mRNA稳定性和翻译。小双链RNA分子可以有效地触发特定基因的RNAi沉默,但它们的治疗应用面临着许多涉及安全性和效力方面的挑战。然而,2018年8月标志着该领域的新纪元,美国食品药品监督管理局(FDA)批准了第一种基于RNAi的药物Onpattro(patisiran)。
  近日,来自美国霍普市贝克曼研究所分子与细胞生物学系的3位研究人员Ryan L. Setten、John J. Rossi、Si-ping Han在《自然》上发表综述文章,讨论了RNAi药物设计和开发方面的关键进展、当前临床管线的状态和未来进展的前景,包括利用翻译后RNAi沉默以外其他机制的新型RNAi途径制剂。
  文章指出,为了利用哺乳动物RNAi途径有效和特异地抑制假定的治疗靶点,RNAi药物制剂必须克服药效动力学相关的挑战(靶标特异性、脱靶RNAi活性、免疫传感器介导的细胞毒性)和药代动力学相关的挑战(循环系统、细胞摄取、内体逃逸)。目前,这些挑战正在通过RNAi触发器的结构基序、序列选择、化学模拟以及递送途径和赋形剂的选择和工程化来解决。

  当前的临床RNAi管线
  patisiran的批准预示着RNAi治疗的一个充满活力的新时代,在这一时代,安全有效的RNAi有效载荷和递送策略正在通过更成熟的临床研究和开发以及现行良好生产规范(cGMP)管线,正在产生针对肝脏和非肝脏组织多种适应症的有前景药物。
  目前,已有多个用于肝脏和非肝脏适应症的候选药物正处于I期、II期和III期临床试验中,针对中枢神经系统和其他非肝脏组织的研究性新药(IND)即将进入临床。除此之外,用于RNAi有效载荷和递送辅料的新技术很可能在未来5年内在更多的组织和适应症中得到发展。总而言之,这些进展表明,RNAi治疗在未来十年将有许多途径来进行富有成效的创新。

  RNAi药物开发的经验和教训
  RNAi药物临床前和临床开发方面的进展和挫折使得RNAi药物开发过程日益成熟和精明。主要的经验教训包括:经验检验的好处,Dianophores(决定药代动力学的分子特征)和Pharmacophores(决定药效学的分子特征)的持续演化,使用正确的动物模型预测安全性和药物活性的重要性,使辅料复杂性和毒性最小化的必要性,以简化生产、储存和临床测试并降低重大不良事件的风险。
  尽管RNAi触发器的常用碱基和主干化学分子数量低得令人难以置信,但在RNAi触发器的每条链中存在20个以上的可修饰核苷酸会导致天文数字的可能修饰模式。通过经验筛选,Alnylam公司ESC技术的世代发展及其在临床效价和安全性上的相应提高,已显示出了进化开发的力量和潜力。随着更多的RNAi-兼容的碱基和主干化学分子的出现,Dianophores的开发将继续保持强劲势头。
  在进行经验测试时,使用正确的体外和体内模型准确预测毒性和效力非常重要。不同的模型生物对寡核苷酸和赋形剂的反应不同。其他重要的考虑因素是辅料的复杂性、均一性、稳定性和毒性,如纳米颗粒、聚合物、肽和蛋白质。脂质和聚合物纳米粒子已被广泛用于改善药物动力学特性,但它们的制备具有一定的挑战性,其产物在颗粒组成、颗粒性质和药物荷载上往往具有一定程度的异质性,使得在临床开发过程中难以建立治疗窗口。
  此外,在储存或给药后,颗粒可能变得不稳定,并释放分解产物,从而导致难以追踪的毒性。类似地,尽管内质膜溶解赋形剂(如蜂毒素)可显著改善RNAi药剂的内体逃逸,但它们也可能非常有毒的。
  RNAi药物需应对的持续挑战
  尽管临床RNAi药物开发取得了进展,但在药物动力学、药效学和限制毒性策略方面仍有很大的改进空间。为了达到这些目的,在诸如聚合物纳米颗粒(LNP)、适体(aptamer)、分子配体和寡核苷酸碱基和骨架修饰等成熟技术方面已经取得了持续的进展。
  此外,还有一些新的方法有望克服在系统性和局部RNAi给药、RNAi有效荷载的特异性和安全性方面的现有挑战,包括:利用逆转运策略改善内体逃逸、将抗体与siRNA偶联改善药代动力学并实现组织特异性靶向、通过疏水修饰提高siRNA效力、利用可生物降解的离子化脂质降低脂质纳米颗粒毒性、利用外泌体进行全身siRNA递送、利用层-层静电组件和可注射生物降解水凝胶增强局部递送、通过交联修饰核酸提高核酸纳米结构的热力学稳定性、通过开发拮抗剂快速逆转RNAi活性、采用动态核酸纳米技术实现条件性RNAi活性、采用干细胞和三维培养制备类器官来替代临床前模型。
  siRNA之外
  对miRNA诱导的RNAi机制的深入研究产生了合成的miRNA疗法和构建物,统称为抗mirs和阻断mirs,它们分别抑制特定miRNA的活性或阻止特定miRNA目标的沉默。此外,还发现了短dsRNA的其他功能。
  例如,由小dsRNA产生的指导RNA可以在转录水平上以一种Ago依赖的方式诱导基因沉默或基因激活。基于这些发现的以下技术的成熟预计将大大增加未来RNAi疗法可治疗的疾病适应症的数量,包括:miRNA模拟物、miRNA抑制剂(抗-mirs)、miRNA竞争(阻断-mirs)激动剂、小dsRNA介导的转录基因沉默、小dsRNA介导的转录基因激活。
  结束语
  Onpattro的获批,使RNAi疗法系统性递送至肝脏成为临床现实。尽管基于GalNAc-共轭的、代谢稳定siRNA后续药物仍在临床开发中,但这些药物在不同肝脏适应症中的持续效力和安全性相当乐观,开发用于眼、肾和中枢神经系统适应症的其他RNAi疗法进展也是如此。目前许多临床候选药物靶向罕见病,但如果批准,Alnylam公司的PCSK9抑制剂inclisiran和Quark公司治疗肾损害的QP-1002以及治疗湿性AMD的PF-655可能影响更大的患者群。
  目前RNAi疗法已取得了成功,很明显,如果系统性地递送到非肝、非肾组织在临床应用上变得可行,那么RNAi疗法的影响可能会极大地扩展。
  关键性的挑战包括同时避免肾脏和网状内皮组织的清除,在无高表达荷载内化受体的细胞类型中增强摄入,以及改善内体逃逸。其中一些问题可能适用于与复杂生物学途径更为协同工作的方法,例如那些负责细胞内货物分拣和内吞后运输的途径。这需要化学家和生物学家之间比过去更为密切的合作来开发利用生物学途径微妙方面的解决方案。
  另外,还可能需要使用化学复杂类型的多功能赋形剂,这种赋形剂迄今为止一直困扰着携带RNAi的纳米颗粒的临床开发。或者,进一步开发代谢稳定的RNAi触发器和共轭配体以有效地输送到越来越多的肝外组织,而无需更复杂的制剂。这些都是具有挑战性的问题,但RNAi治疗领域20年来的发展历史证明了坚持不懈的力量。随着赋形剂和有效载荷方面的许多创新技术的发展,毫无疑问未来将有更多的突破。(新浪医药编译/newborn)
  参考来源:The current state and future directions of RNAi-based therapeutics

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