RNA靶向基因激活療法
前言
在21世紀初，人類基因組計劃完成后，人們發現許多疾病是由基因突變導致功能蛋白表達不足引起的。然而，在藥物開發中，開發具有抑制或拮抗作用的藥物更容易。隨著大規模重組蛋白生產和純化技術的創新，蛋白質替代療法，即重組蛋白在臨床上取得了成功，如治療糖尿病的胰島素。然而，這種方法主要適用于分泌的蛋白質或酶，并且受到這些分子復雜的藥代動力學和成本相關問題的阻礙。此外，合成蛋白不太可能完全代表由選擇性剪接、翻譯后修飾和其他調節機制引起的蛋白質內源性功能的多樣性。
近年來，多種基于核酸的治療（NBT）方式已成為內源性基因表達的有效和特異性激活劑。與基因治療補充基因表達的方法不同，RNA靶向療法通過選擇性調節內源性RNA介導的細胞機制（如轉錄、剪接、翻譯、mRNA穩定性和亞細胞定位）增強蛋白質生產的能力。
目前，美國食品藥品監督管理局（FDA）和歐洲藥品管理局已經批準了幾種靶向剪接機制以調節突變外顯子的療法。這些方法可以特異性和可控地增加編碼和非編碼基因的表達，降低開發和制造成本，從而增加可治療疾病的范圍。基于已證明的治療潛力和巨大的未滿足的醫療需求，NBT在未來將迎來更加快速的發展。
蛋白表達上調的生物學
治療性蛋白的上調可以通過調節細胞中蛋白質生產的任何階段的生物過程來實現，包括轉錄、剪接、翻譯或翻譯后修飾。由于這些過程中的許多涉及DNA或mRNA，并由ncRNA網絡調節，因此它們特別容易受到NBT的調節。
轉錄激活是增加蛋白質表達豐度研究最多的方法。遠端增強子元件通過染色體環與活性基因啟動子的物理相互作用募集轉錄因子、染色質修飾物、中介復合體和RNA聚合酶II（Pol II），導致轉錄激活。啟動子區和增強子的雙向轉錄分別產生非編碼啟動子RNA（pRNA）和增強子RNA（eRNA）。從蛋白質編碼基因座、反式作用的長非編碼RNA（lncRNA）、pRNA和eRNA的反義鏈轉錄的天然反義轉錄物（NAT）可以對靶基因進行表觀遺傳修飾和轉錄調控。
NAT的一個關鍵特征是，它們可以特異性地以順式或反式的方式調節其正義基因的轉錄、RNA加工和翻譯。此外，NAT還具有多種調節功能，包括吸附miRNA和與mRNA配對以提高其穩定性。但它們中的大部分是通過協調抑制因子來抑制其靶基因的表達。因此，用反義寡核苷酸（ASOs）靶向NAT可以導致正義基因的去抑制和蛋白表達的增加。
此外，天然存在的修飾核苷酸，如N6-甲基腺苷、5-甲基胞嘧啶、N1甲基腺苷、假尿苷和2′-O-甲基化核糖，發生在mRNA和lncRNA的轉錄過程中。通過NBTs可以調節這些修飾從而影響轉錄和蛋白表達。翻譯效率還可能受到mRNA結構特征的影響，使用NBTs阻斷或增強這些結構的活性可能導致治療性蛋白表達上調。
臨床階段的NBT
在過去的5-7年里，NBT經歷了爆炸性的增長，其中一些已經獲得批準，而其他多種NBT正在進行臨床試驗中進行探索，下表顯示了已獲批的NBT。
調節拼接的NBT
突變引起的RNA剪接異常經常導致非功能轉錄物被無義介導的降解（NMD）迅速破壞，導致受影響蛋白質的短缺，這是許多疾病的基礎。此外，前mRNA的正常選擇性剪接可以包含所謂的“有毒外顯子”，導致轉錄物通過NMD快速降解，從而降低蛋白質水平。ASOs與調節剪接事件的前mRNA上的特定序列結合，可以防止突變或天然非生產性轉錄物的產生，并提高靶蛋白表達水平。
Vesleteplirsen（SRP-5051），是針對外顯子跳躍治療的下一個寡核苷酸新藥，其針對的是可以使用外顯子51跳躍治療的杜氏進行性肌營養不良（DMD）患者。在一項臨床試驗（NCT04004065）中，vesleteplirsen治療導致外顯子跳躍增加18倍，肌營養不良蛋白水平增加8倍。然而由于觀察到嚴重的低鎂血癥，該試驗暫時擱置，后來隨著對尿液生物標志物和鎂補充的擴大監測而恢復。
WVE-N531，這是一種新型的全身給藥反義寡核苷酸療法，目前正在15名易發生外顯子53跳躍的DMD患者中進行臨床試驗（NCT04906460）。中期結果表明，該藥物的肌肉濃度很高，平均外顯子跳躍率為53%。藥代動力學數據顯示半衰期為25天，這可能支持每月給藥。WVE-N531的初步臨床結果表明，與亨廷頓舞蹈癥項目中的第一代DMD剪接轉換NBT和敲低NBT相比，其可能具有藥理學改善。
在用于治療其他疾病的剪接調節NBT中，sepofarsen（QR-110）在Leber先天性黑蒙的早期臨床試驗中顯示出陽性結果（NCT03913143）。Sepofarsen靶向CEP290內含子26中的c.2991+1655A>G變體。STK-001是Stoke Therapeutics開發的用于Dravet綜合征的SCN1A靶向剪接切換的寡核苷酸，目前正處于I/IIa期臨床試驗（NCT04442295和NCT04740476）。
mRNA的遞送
與注射純化蛋白相比，將外源性mRNA引入病變細胞具有幾個優勢，包括產生的蛋白產物的正確翻譯后修飾和亞細胞定位、較低的免疫原性、更簡單的制造過程和更低的成本。
治療性mRNA遞送技術的代表性臨床應用之一是由Translate Bio/Sanofi開發的用于囊性纖維化的CFTR mRNA療法MRT5005，該療法在II期臨床試驗（NCT03375047）中進行了測試。MRT5005由體外轉錄的、未修飾的CFTR mRNA組成，包裹在脂質納米顆粒中，經霧化以允許吸入輸送到肺部。MRT5005在囊性纖維化患者中的I/II期臨床試驗的中期結果顯示出良好的耐受性。肺功能結果參差不齊，部分患者的ppFEV1沒有明顯改善，而16毫克劑量組的3名患者從基線到第8天，平均最大增幅為15.7%。
由Moderna公司開發的mRNA-3927為丙酸血癥患者提供丙酰輔酶A羧化酶亞基α和β的雙重mRNAs。在進行的I/II期臨床試驗（NCT04159103）中，10名患者的耐受性良好，初步數據顯示，在疾病的自然過程中發生的臨床危機數量有所減少。
促進核糖體翻譯的小分子
NBT與RNA的相互作用是基于它們的序列互補性，而RNA靶向小分子（rSM）靶向RNA的3D結構。使用rSMs調節RNA靶點的優點包括口服可用性，以及在某些情況下的血腦屏障通透性。
RIBOTACs是一種類似于蛋白水解靶向嵌合體（PROTACs）進行蛋白酶體降解的小分子機制，其設計了與RNase募集部分相連的rSM，該募集部分可以靶向RNA進行降解，能夠上調疾病相關蛋白。有設計團隊通過在線計算平臺INFORNA鑒定了一種獲批的藥物，受體酪氨酸激酶抑制劑dovitinib是致癌前miR-21的選擇性結合物。通過將dovitinib改造為RIBOTAC，這種dovitinib-RIBOTACs能夠在小鼠模型中抑制乳腺癌癥細胞向肺部的轉移。
此外，DT-216是治療弗里德里希共濟失調的一種rSM，在I/II期臨床試驗中（NCT05285540和NCT05573698），DT-216顯示出良好的耐受性，單劑量給藥后，可使frataxin（FXN）mRNA在24小時內增加1.2至2.6倍。
miRNA靶向NBT
近年來，miRNA已成為非常吸引力的治療靶點。合成寡核苷酸已被用于干擾該途徑，如miRNA模擬物（promirs）和miRNA阻斷劑（antagomirs）。根據miRNA的作用機制，這兩種干預類型都可能導致靶蛋白上調。
Remlarsen (MRG-201)是一種 miR-29的promirs，研究發現肺部疤痕組織的積累與miR-29的減少有關。因此，創造一種類似miR-29的分子的可能會逆轉這種疤痕。然而，由于高毒性，在人類的研究很快終止。隨后，miRagen/Viridian開發了新的、改進后的MRG-229分子，他們對該分子進行了化學改進，使其更加穩定，并添加了一種肽，使其能夠更有針對性地傳遞。MRG-229在動物模型中耐受性良好，沒有產生任何不良反應。
miRNA阻斷劑的開發也已經進行了很長時間，但該領域一直受到多次失敗的困擾。Regulus停止了RGLS4326的臨床試驗，RGLS4326抑制miR-17，用于治療常染色體顯性遺傳性多囊腎病。然后又開發了下一代候選分子RGLS8429取代，RGLS8429沒有觀察到RGLS4326的脫靶中樞神經系統事件，目前，正在進行Ib期臨床試驗（NCT02855268）。
另外，在罕見腎臟疾病Alport綜合征（NCT05521191）的II期臨床試驗中，對一種抗miR-21的抗病毒藥物lademirsen進行了測試。盡管該藥物耐受性良好，但中期無效性分析結果導致研究終止。
NBT的優勢與挑戰
NBT的一些優點使其非常適合于治療許多已知疾病導致的蛋白表達不足。NBT的特點是靶點特異性高，穩定性好，半衰期大大延長（如數周或數月），不用頻繁給藥。已批準NBT的多項臨床試驗證明了其良好的耐受性。NBT的開發時間周期短、成本低，可以對快速發展的癌癥和罕見遺傳疾病進行個性化治療。
然而，與傳統的治療模式相比，NBT也都面臨著一些挑戰。目前NBT的一個常見缺點是它們無法穿過腸壁或血腦屏障。目前，這個問題可以通過靜脈、皮下、腦內、側腦室或鞘內給藥來解決。然而，這些方法是侵入性的，尤其是對中樞神經系統的遞送，有一定的可能造成不良影響。因此，需要進行更廣泛的研究，以開發化學修飾以及載體的給藥技術，從而減少侵入性遞送途徑。此外，與大多數小分子相比，NBT具有復雜且目前知之甚少的藥代動力學和藥效學。盡管存
在這些限制，但據報道，NBT開發的總體成功率與制藥行業的平均水平持平或高于平均水平。對2006年至2015年間進行的7455項藥物開發計劃的分析表明，進入臨床試驗的新分子實體藥物中只有約6%獲得批準。在這項分析中，新型生物制劑的成功率為11.5%。
小結
最近，NBT的進展為蛋白質表達上調治療疾病開辟了巨大的新機會。新冠肺炎mRNA疫苗的成功將RNA靶向蛋白上調技術推到聚光燈下，并可能加速該領域的重大突破。基因測序技術的改進，以及NBT在遺傳疾病中的可行性所激發的新希望，將導致遺傳研究的擴展。人類基因組學的重大進展使已知遺傳病因的疾病數量不斷增加。而這些都增加了NBT上調蛋白的適用性。
隨著對疾病基因組學和病理生理學理解的不斷發展，以及NBT技術、制造和監管基礎設施的改進，NBT的臨床應用將不斷擴大，為更好地治療“罕見”疾病和個體化精準醫學開辟道路。
參考文獻：
1.Amplifyinggene expression with RNA-targeted therapeutics. Nat Rev Drug Discov.2023May 30.
原文標題 : RNA靶向基因激活療法
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