RNAi治疗的大时代

发布日期:2014/9/10 9:08:29

  RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种基因转录后沉默机制,在自然界就存在这种机制。16年前,科学家们开始关注这种机制用于治疗的潜力,尤其是对一些常规药物无能为力的疾病,比如癌症。但是,十多年来,RNAi治疗手段通往临床应用的路途却如过山车一般充满波折。

RNAi的艺术

  Andrew Fire和Craig Mello于1998年在线虫中首次揭示了RNAi现象,二人在2006年凭借这项重要发现荣获诺贝尔生理及医学奖。此后,RNAi凭借其简单的操作方法及优秀的实验效果很快成为基础科研的主要技术,全世界研究者都开始使用这种方法在细胞和动物模型中沉默特定基因。

  同时,越来越多的科学家开始对RNAi治疗产生浓厚兴趣。它的靶点特异性比小分子药物更高,且不需要特殊的结合蛋白,可以直接作用于单克隆抗体无法到达的靶点,直接阻止某些基因翻译产生致病蛋白,在源头阻断疾病发生,从而避免使用小分子药物或其他生物制剂在分子级联通路下游治疗疾病。

  尽管RNAi治疗有种种优势,仍然有学者对RNAi治疗持谨慎态度。不过,这些都不能阻止制药企业开始在此领域疯狂烧钱,以求抢占技术制高点。2005年左右,RNAi进入了一个“非理性繁荣”阶段。数家大型制药公司在并未考虑其技术障碍的情况下相继投入数十亿美元,开始将一些已有的技术研发转向RNAi治疗,尤其是那些遗传靶点确凿,但没有药物的疾病。

  然而,早期临床实验结果却令人十分失望,RNAi治疗并没有达到人们预期的效果。其中最引人注目的是,2009年,迈阿密制药公司OPKO所开发的湿性黄斑变性RNAi疗法,由于效果欠佳而不得不在临床III期实验时被放弃。其他基于RNAi设计的药物要么药效不好,要么会产生严重的自身免疫反应,均未成功通过临床实验。

  RNAi疗法开始进入一个“怀疑与绝望”阶段。之前疯狂烧钱的制药巨头们面对整个行业的动荡,开始砍掉RNAi项目。2010年,已经在RNAi技术研发中投入了将近5亿美元的罗氏制药终止了RNAi的内部研发。接下来一年,辉瑞和雅培退出RNAi治疗领域,默克也关闭了他们在2006年耗资11亿美元从Sirna Therapeutics公司得到的RNAi实验室。

  不过,之后数年内,随着RNAi在靶点特异性及释放技术上的不断改进,RNAi疗法的过山车之旅在到达谷底后开始了强力爬升。在初期临床实验中,RNAi疗法取得了越来越多的成功,有很多专家已经开始期待在今后几年内RNAi能从FDA取得更大的突破。

  RNAi在哺乳动物中已经有了很多研究。一种由70个bp左右的双链RNA序列构成的短发夹RNA(short hairpin RNAs,shRNA)被导入到胞质内,Dicer酶将它们切割成21个bp左右的siRNA。siRNA的反义链进一步形成RNA沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC),该复合体可以结合到与其配对的mRNA上并引导mRNA被降解,从而阻止蛋白翻译。在自然过程中,RNAi是基因组抵御入侵者的一个主要手段。而作为治疗手段,RNAi则具有清除致病蛋白的作用。

  更关键的是,这种现象在哺乳动物中是高度保守的。科学家已经对许多物种进行了研究,它们都可以利用siRNA实现稳定而持续的RNAi效应。很多科学家相信,RNAi可以很快在人体中实现相同的效果。

  在初期实验中,研究者将未被修饰过的siRNA直接注射进入眼睛和其他器官中,siRNA直接释放进入血液,会被酶降解,且无法穿过细胞膜。将siRNA包裹进脂质纳米粒(lipid nanoparticles,LNP)中,可以把siRNA从血液输送到疾病细胞内。当初期设计的siRNA LNP在动物模型中实验时,科学家发现这些颗粒大多数进入了肝脏。肝脏内血管高度密集,内皮细胞上充满了直径约100nm的小孔,足够直径70到80nm的LNP在运输途中经过肝脏时进入肝细胞。而且,一旦LNP进入血液,它们会很快被载脂蛋白E覆盖,该蛋白会与肝细胞上的受体结合,让LNP更容易进入细胞。

  许多有前景的肝脏RNAi药物都是利用这些机制设计的。制药公司Alnylam已经在临床领域开发了15种RNAi治疗手段。其中,最先进的是LNP类siRNA药物patisiran(ALN-TTR02),这种药物用于甲状腺素运载蛋白(transthyretin,TTR)相关淀粉样变性,这种肝脏疾病会引起心衰,目前没有好的治疗手段。今年4月,该公司报道了此药物临床II期实验结果,效果明显,同时表明TTR蛋白是这种疾病的主要诱因。

  另一个LNP类siRNA药物ALN-PCS02可以降低一种名为PCSK9(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9)的酶表达量,达到治疗遗传性高胆固醇的目的。在32名志愿者参与的I期临床实验中,ALN-PCS02把他们体内的低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)水平降低了57%。

  Alnylam同样在研发其他方法,用于将RNAi药物释放进入组织内,比如对siRNA进行修饰,使其可以直接结合到肝细胞受体上。这种技术催生了一类可以直接注射的新型肝脏药物,但LNP-siRNA则需要静脉注射。该公司已经把这项技术应用到ALN-PCS项目,并希望明年早些时候推动新型PCSK9靶向药物进入临床实验。由于单抗药物对PCSK9水平较高的病人效果很差,而RNAi并不会受到靶基因表达量的影响,如果RNAi药物的副作用更温和、药效更稳定,很有机会获取可观的市场份额。

  另外两家制药公司Arrowhead和Dicerna同样有肝部疾病相关临床项目。目前最新的肝脏siRNA疗法安全性更高,病人的耐受度更好。一些病人会由于自身免疫反应产生流感症状,但只是该疗法的短期反应。除了这些反应,现在的药物看起来并没有更多危险。不过,RNAi疗法现在还并不完美,它仍然只是一个早期技术,人体的生命安全依然是最重要的。有专家还在不断强调,这种疗法在未来实验中仍然有可能出现问题。

  RNAi在对抗病毒感染方面也展示出不错的潜力。保守估计,在全球范围内,B型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)已经感染了超过3亿人,它所引起的肝硬化、肝功能衰竭和肝癌每年造成至少780万人死亡。但是传统的干扰素疗法对很多HBV感染的病人没有效果,而新的口服核酸类药物虽可以抑制HBV复制,但是如果病毒DNA序列整合进入宿主DNA,便无法再起到治疗作用,宿主细胞仍然能够制造足够数量的病毒表面抗体,损伤免疫系统。要直接阻断病毒抗原制造过程,才可以恢复免疫系统,从根本上清除肝部病毒。

  这正是RNAi的一个完美机会。

  在3月,Arrowhead研究者已经开始对其公司ARC-520 RNAi药物进行HBV临床II期实验。这个药物结合该公司两种特殊siRNA序列(dynamic polyconjugate ,DPC),它们都经过特殊修饰,具有更好的稳定性与靶向性。该公司希望今年报道这项研究的结果。同时还有数家公司也准备对HBV药物开展临床实验。

  同时,另一家制药公司Benitec也在使用RNAi技术开发C型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)靶向药物,该病毒已经在全球范围内感染了1.5亿人,会引起肝脏衰竭、肝癌等疾病。Benitec的RNAi疗法称作TT-034,使用腺病毒释放一个质粒进入宿主细胞核内。此质粒携带三个shRNA编码基因,它们在宿主细胞中表达,从而抑制HCV蛋白制造过程。今年5月,一个感染HCV的病人在使用其他疗法都失败后,成为了TT-034临床I/II期实验的第一个志愿者,另外还将有14个病人进行不同剂量的实验。研究者表示,这是第一次将shRNA基因载体直接导入病人体内,它们会不停的复制。这是一个长期研究,且如果出现不良反应,复合物将无法被排出。

  从积极的角度看,RNAi疗法比现有HCV药物有非常大的潜在优势。病人只需要接受一次注射,不需要每天服药,整个过程就完成了。这对于缺少定期治疗的病人非常有用。

  Tekmira公司正在针对埃博拉病毒设计实验药物TKM-Ebola LNP。今年,在西非地区,该病毒出现了史上最大规模的爆发。埃博拉病毒会攻击肝部,且致死率非常高。TKM-Ebola LNP会释放siRNA,靶向病毒基因组多个位点,抑制其复制。负责项目开发的专家表示,该药物已经在数个动物实验中完成了实验,治愈效果良好。

  Tekmira同美国国防部合作,在FDA的“动物标准“下进行TKM-Ebola实验,以保证人体实验的安全性。该公司在5月报道了此药物良好的临床I期人体安全实验结果,但是FDA在7月暂停了此实验,可能是由于志愿者在大剂量给药时出现的严重的免疫反应。

  对于癌症来说,RNAi或许也可以成为一个强有力的武器,尤其是对于目前没有靶向药物的致癌基因。以MYC为例,该基因同很多种癌症发生有关,但是目前还没有对抗这个基因的有效药物,RNAi则给研究者提供了一个有力工具,它不像小分子药物和生物制剂通过抑制突变蛋白来控制癌症,而是直接阻断蛋白产生过程。

  但是在一些看似很有希望的初期实验中,没有一个RNAi药物进入临床III期实验。2010年,Arrowhead的CALAA-01首次在黑色素瘤临床I期实验中展示了人体内由siRNA所诱导的RNAi现象。CALAA-01是一类由环糊精分子包裹而成的纳米颗粒,它可以在实体瘤中积累,阻止其靶点RRM2的翻译,从而抑制癌细胞分裂。RRM2是核糖核酸酶的M2亚基,在细胞分裂过程中起到重要作用。但是这种药物的药效和副作用依然是个问题,且为了不对自己的DPC平台产生冲击,Arrowhead后来悄悄地放弃了CALAA-01。

  目前正在进行的早期实验中,至少还有三家公司在全力推动用于癌症的RNAi疗法 。今年四月,Dicerna选择了多种类型MYC相关实体瘤病例开始进行DCR-MYC的临床I期研究,该药物基于其公司的LNP技术研发设计。5月,Tekmira开始其TKM-PLK1的肝癌临床I/II期实验,这个药物会抑制致癌基因PLK1翻译。该项研究也同时开始了肾上腺皮质癌和胃肠道神经内分泌肿瘤的临床II期实验。这些疾病都很缺乏治疗手段。

  位于耶路撒冷的制药公司Silenseed的目标甚至更高——致癌基因k-RAS,这个基因被科学家称为癌症研究的“圣杯“。30年来,人们已经尝试了很多小分子药物靶向k-RAS,但是都无法避免对其他蛋白的影响。Silenseed采取的方法是将靶向作用于突变k-RAS的siRNA包埋进一个名叫LODER(Local Drug EluteR)的毫米级释放源中,把LODER注射到肿瘤中,释放siRNA。

  Silenseed选择局部发展期胰腺癌患者对它们的设计进行了临床I期实验,这种疾病侵袭性很强,且很难治疗。使用内镜活检针注射后,LODER在一到两个星期内会释放一半的siRNA,四个月内释放完剩下的有效负载,然后完全降解。12个病人在接受治疗8到12个星期后,没有一个出现肿瘤发展现象,中位存活期为15个月,但是大多数病人在确诊后一年内死亡。Silenseed将继续II/III期临床实验,并希望在2015年发布此药物。

  全世界的制药公司和学术界都在研究靶点更多、药力更强的RNAi药物,今年7月,在MIT科赫研究所举办的RNA技术夏季研讨会上,很多专家介绍了他们的最新方案。例如,MIT教授Sangheeta Bhatia介绍了一种新的纳米颗粒,这种颗粒利用特殊设计的多肽把siRNA包裹起来,使得它可以直接穿过细胞膜进入肿瘤。利用这种方案设计出的第一个实验药物可以抑制新发现的致癌基因DNA binding 4(ID4),提高卵巢癌小鼠模型的存活率。另一位MIT副教授Daniel Anderson介绍了其利用PEG-脂类,脂肽,磷脂,胆固醇和siRNA通过复杂组装产生LNP的方案,其药效比早期设计高将近100倍。

  随着研究者不断提高RNAi的释放和靶向功能,siRNA为模块化药理学研究提供了可能性,药物设计者可以同时设计靶向特殊细胞的配体和靶向特殊突变的RNA序列。Arrowhead正在研发新一代DPC微粒,它可以结合不同靶点配体,使用不同化学手段来增加药物的循环时间,从而提高药物到达肝脏外靶点的能力。

  RNAi已经从实验室进入临床领域。我们现在正处在一个令人激动的大时代,它将会对制药业产生及其重要的影响。


       原文链接:The Second Coming of RNAi




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