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RNAi药物的激荡二十年,希望就在眼前?

Jerry发呆 Jerry发呆 来源:医药魔方
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自从20年前首次发现RNAi(RNA interference, RNA干扰)以来,无论是学术机构还是制药公司的科研人员一直希望将这种技术开发成能够治疗疾病的新疗法,但到目前为止仍然没有任何一款相关药物上市。

然而值得庆幸的是,2017年12月RNAi领域的先驱Alnylam Pharmaceuticals向FDA以及EMA递交了patisiran的上市申请,用于治疗一种罕见的,可能致命的疾病:遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性(hereditary transthyretin-mediated (ATTR) amyloidosis)。                                                      

该药物的上市将成为RNAi药物十数年探索旅程中的标志性胜利。其实RNAi药物与传统药物有着很大的差别,如果想要了解RNAi的机制,我们还得从线虫这一生物讲起。 

线虫的秘密

DNA中的遗传信息能够以mRNA的形式被拷贝,并用于指导蛋白质的合成。换句话说,DNA中的遗传信息决定了蛋白质的结构。这种由DNA到RNA,再到蛋白质的遗传信息流向被称为中心法则(此处为传统定义)。而蛋白质则存在于几乎所有的生命过程之中,例如消化食物的酶,脑内接收信号的受体,以及对抗细菌感染的抗体。

这一基本法则在进化的过程中非常保守,从细菌到人类都遵循同样的定律。但在上世纪90年代,分子生物学家在实验过程中却观察到了一系列难以解释的现象。其中最著名的是植物生物学家所进行的一项实验。

植物学家希望通过人工导入能够产生红色色素的基因来加深矮牵牛花的花瓣颜色,但他们发现这种操作并没有使花瓣的颜色变得更深,反而使其完全消失,变成了白色。当时并没有人知道产生这种现象的原因。而Andrew Fire以及Craig Mello在研究线虫时也发现了类似的怪异现象。

Fire以及Mello一直在研究线虫(Caenorhabditis elegans)的基因是如何调控的,他们发现在注射能够编码肌肉蛋白的mRNA之后,线虫并没有产生明显的行为变化。但是在注射能够与有义序列配对的反义mRNA(我们一般把mRNA中的序列称为有义序列)之后,线虫同样不会产生明显反应。

但Fire和Mello发现,如果注射同时包含有义链和反义链的mRNA时,他们发现线虫会表现出一种奇特的,扭曲的运动状态。而且有意思的是,完全缺乏这种基因的线虫也会表现出同样的状态。到底发生了什么?

我们知道,当有义和反义RNA分子相遇时他们会结合形成双链RNA,是不是这种双链RNA分子使相应的DNA沉默了呢?为了验证这一假设,Fire和Mello向线虫体内注射了双链RNA。他们发现注射的多种双链RNA均能使含有相应遗传信息的基因沉默,也就是说这些基因编码无法指导蛋白质的生成了。

1998年2月19日,他们在Nature上发表了他们的研究,而这一论文的发表也标志着RNA干扰这一新的研究领域的诞生。

随后几年随着研究的深入,RNAi的详细机制也逐渐变得清晰起来:双链RNA能够与Dicer结合并将其剪切成片段,并与另一个蛋白复合物RISC结合。随后双链RNA中的一条链会被去除,只留下一条链与RISC结合,并用于检测能够与之配对的mRNA。当mRNA与RISC上的RNA片段配对成功之后,mRNA会结合到RISC复合物上,并被复合物剪切、降解。如此,该mRNA所对应的基因也就被沉默了。

RNAi是生物体对抗病毒以及外来基因的一种重要防御手段,同时也能够参与调控生物体自身基因的表达。自诞生之后不久,RNAi就被开发成了一种能够控制基因表达的强大的分子工具。然而RNAi的威力远不止于此,其在医药领域同样有着非常广阔的应用前景。

人的很多种疾病是由于结构或功能异常的蛋白聚积导致的。很多传统的药物是通过影响蛋白的功能发挥药效的,例如影响催化活性的酶抑制剂。而RNAi药物则有可能通过沉默相关基因,直接抑制功能异常蛋白的生成。

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起与落

鉴于RNAi的强大威力,很多人希望该类药物能够成为制药行业的下一个突破口。2002年,也就是在完成RNAi基础机制解析之后,一些专注于RNAi领域的生物技术公司开始出现。这些初创公司迅速抓住了投资人的热情和想象力,获得了大量的资本。

在Alnylam刚成立的时候只有几名科研人员,但却有为数众多的专利律师。这其实是因为当时的RNAi技术是如此的火热,所以他们希望尽可能申请多的专利。那是一个充满了泡沫的年代,似乎多数人对RNAi有一种非理性的热情。

而在此之后大型制药公司入场,开始将这个癫狂与希望并存的领域收入囊中。2005年诺华以数亿美金的价格购买了Alnylam技术平台的使用权。而Alnylam的主要竞争对手Sirna Therapeutics也与GSK以及其他公司达成了多项协议。

2006年Fire和Mello因在RNAi领域的贡献获得了当年的诺贝尔奖。而随之而来的是该领域的另一次野蛮生长。风险资本早已涌入了这个拥挤不堪的领域,大型制药公司的资金也如潮水般涌来。也就是在那年,默沙东以11亿美金的价格收购了Sirna。

这些消息让很多人兴奋不已,他们觉得既然有这么多的钱涌入这个领域,也就意味着RNAi的前景无限光明,不久的将来便会有药物上市。当时很多人并不清楚他们到底在兴奋什么,这项技术的未来究竟在哪里。

也许现实永远比想象要残酷。很快人们便发现RNAi药物离上市还有很长的路要走,还有很多问题还没有得到妥善解决,比如这类药物如何才能向靶细胞精确递送。

早期的很多临床试验其实也存在很多不合理的地方,有些制药公司为了争夺"第一家进入临床"的头衔,在没有进行完善的临床前研究的情况下就将药物推进临床研究。而且一些药物在临床试验中引发了比较危险的副作用,而这些副作用在临床前的动物实验中却没有发现。很明显该类药物无法很轻易的被递送至靶细胞,使得药物的疗效以及副作用方面出现了很大的问题。

或许正是由于这类药物的系统性递送问题,制药行业对于RNAi的热情逐渐消退。而之后临床研究结果的陆续公布又给该领域带来了沉重打击。裸露RNAi药物治疗诸如老年性黄斑变性等眼部疾病的临床试验都失败了,而系统用药使用的脂质纳米粒 (LNP)能够包裹RNA,防止药物在到达作用靶标之前被降解,但这种方式依然需要极高的药物剂量才能够产生微弱的疗效,而且这些药物只对肝脏相关疾病有效,RNAi药物对呼吸系统以及心血管疾病并没有效果。

随着临床试验结果的公布,大型制药公司也逐渐开始离场。2010年末,诺华以及罗氏均停止了与Alnylam的合作,Alnylam也因此被逼到了生死边缘。对于RNAi领域来说,这大概是生死存亡的关键时刻了。

即使之后几年默沙东一直对外宣称该公司对RNAi仍然保有热情,但是公开的研发管线中RNAi疗法的项目从未有任何进展。最终在2014年默沙东以当初购买价六分之一的价格将Sirna的IP卖给了Alnylam。

而此时在死亡线上挣扎的Alnylam却有着一种与大型制药公司企业文化所不相融的执着。但实际上Alnylam之所以有能力坚持,与赛诺菲的支持和合作分是不开的。2012年Alnylam与赛诺菲首次达成协议。2014年赛诺菲以7亿美金的价格收购了Alnylam 12%的股份,并获得了该公司部分药物在北美及西欧以外的所有权。今年1月双方又进行了交易重组,Alnylam获得了patisiran以及ALN-TTRsc02的全球所有权,而赛诺菲获得了处于三期临床的药物fitusiran的全球商业化发展权。

重生

随着首个RNAi药物即将获批,生物制药行业也正在重新认识这项技术。例如2016年,Amgen与Arrowhead Pharmaceuticals (该公司2011年收购了罗氏的RNAi项目)达成协议共同进行心血管疾病方面的研究,其交易额高达6.75亿美金。2017年Boehringer也与Dicerna达成合作,共同进行非酒精性脂肪肝以及其他慢性肝病领域的药物研究。

除了资本的重新入场,该领域的技术也在快速的迭代。Patisiran使用的是通过静脉给药的LNP递药技术,但是现在Alnylam以及其他RNA相关公司已经完全抛弃了这类递药方式。而最先进的技术大概是通过RNAi与N-乙酰半乳糖胺 (GalNAc)或者类似的配体进行连接,使药物具有更好的治疗指数,能够皮下给药,提升剂量并减少副作用。

部分使用GalNAc偶联的RNAi技术已经进入三期临床研究。这些药物更容易进入肝脏,与肝内的受体结合。即使排出他汀类药物,整个肝脏相关疾病领域也有超过500亿美金的市场。也就是说即使RNAi药物如果只能应用于肝脏相关疾病的话,这个药物市场也不会太小。但是如果想将RNAi应用于其他治疗领域仍然很具有很高的挑战性。

其实肝脏内潜在的药物靶点已经很多。对于这些靶点来说,相比抗体类药物RNAi能表现出很强的类药性。现阶段的临床试验也证实该技术比较安全,治疗指数比较高,而且药效持续时间长。实际上patisrian在其关键的三期临床试验中达到了所有的一级和二级终点,药物注射18个月之后部分患者会出现一些常见的轻度或者中度副反应,包括注射位点反应以及外周性水肿。而且理论上来讲GalNAc偶联药物ALN-TTRsc02的临床试验结果应该比patisrian更优秀。

但是对于制药领域的从业者来说,RNAi在肝脏疾病中的应用很可能只是一个开始。未来RNAi还有可能在其他类型疾病的治疗中取得成功,比如癌症、外周神经系统疾病等等,一些制药公司也在尝试使用裸露RNAi来治疗肾脏以及眼部的疾病。

而新的递药技术或许能够使RNAi药物更上一层楼。例如Codiak BioSciences正试图利用外泌体来递送寡核苷酸药物。LNP是人工合成的脂质载体,而外泌体是生物体内天然存在的物质,Codiak基于外泌体的药物预计将于今年年末进入临床研究。值得关注的是该款药物是一种靶向KRAS的RNAi。除此之外Arrowhead也在使用另一项新技术,他们在研发RNAi的吸入剂,使这类药物能够作用于肺部。

外泌体似乎很有前景,一些大型制药公司以及生物技术公司正在利用外泌体解决其他类型药物存在的递送问题。因为RNAi也只是广义的寡核苷酸技术中的一个分支,该项技术还包含反义及外显子跳跃类的药物,病毒介导的基因疗法 (见:基因疗法的三十年风雨上市之路),基于mRNA的药物,以及能够基因编辑的CRISPR技术 (见:为什么CRISPR必须拿诺奖?)。而这些技术的发展以及其所使用的递药系统也能够推动RNAi药物的进一步发展。

其实制药公司也已经在寡核苷酸类药物领域获得了一些成功。例如Ionis Pharmaceuticals/赛诺菲的高胆固醇治疗药物mipomersen已经获批上市。但即使如此,这一领域仍有无数未解决的问题。

部分在研RNAi药物

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科学与技术的发展过程总是充满了艰辛与磨难,现在国内做单抗类药物的制药公司很多,但又有多少人真正了解单抗类药物从实验室走向药房货架的二十年经历了多少磨难。我们对于生命科学的认识在不断深入,制药领域也会随之出现一些新的进展,比如CAR-T,PROTAC,比如应用人工智能的Waston。我们在面对这样的新技术时总会不自觉的产生一些不切实际的幻想,认为肿瘤很快就能被治愈,认为人工智能可以取代医生。

但现实总是很残酷,很多时候我们无法预料会遇到什么样的困难,会遭遇怎样的挫折。做新药很难,确实很难,因为我们一直在与设计如此精妙的生物体做对抗。我不知道如此复杂的人体结构是亿万年演化而来,还是上帝所创造。我只知道,作为一名制药行业的从业人员,面对如此复杂的系统,应该多一些敬畏之心。毕竟,想要获得成功,非常不容易。

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