核酸藥物是指可用于治療疾病的核酸本身或與之密切相關的化合物，包括天然核苷酸和經化學修飾的核苷酸。雖然核酸藥物的類型多種多樣，但它們都有一個共同的作用機制，通過Watson-Crick堿基互補配對機制特異性識別內源性核酸序列，從而發(fā)揮作用[1]。除基因治療以外，用于治療的核酸還可通過抑制DNA或RNA的表達，從而抑制與疾病相關的異常蛋白表達，且不影響其他蛋白的表達[2]。與抗體藥物相比，核酸藥物表現出超過抗體藥物的功效和安全性，又因相對較小的分子量而利于藥企批量生產。這些特點，使核酸藥物有望應用于以前難以治療的癌癥和遺傳性疾病，以及流感等病毒感染引起的疾病。

一、核酸藥物的分類

核酸藥物包括DNA藥物和RNA藥物。

1.DNA藥物DNA藥物包括反義寡核苷酸和DNA適配體[3]。（1） 反義寡核苷酸（ASO）反義寡核苷酸是長度在8-50個堿基的單鏈短序列，通過Watson-Crick堿基互補配對與目標mRNA結合，使目標mRNA被內源性的核糖核酸酶H降解或使目標mRNA因空間位阻而發(fā)生功能阻滯[4-5]。（2） DNA適配體適配體又被稱為“化學抗體”，是合成的長度在56-120個堿基的DNA或RNA單鏈序列。適配體的目標序列為蛋白編碼序列，通常可作為誘餌，與目標序列的親和力極高。DNA適配體與反義寡核苷酸類似，都是單鏈短序列，可通過空間結構識別來有效結合目標序列[6]。適配體具有無藥物毒性、無免疫原性的特征，與單克隆抗體產品相比組織穿透能力更強，更易生產，體外修飾更簡單，并且可以靜脈或皮下注射，是未來替代單克隆抗體的更具潛力和吸引力的產品[7]。

2. RNA藥物RNA類核酸藥物包括short interfering RNAs（siRNA)、micro RNA（miRNA）、RNA適配體、核糖酶以及 Circular RNAs（circRNA）等。RNA在細胞內的作用普遍被認為是蛋白合成過程中的遺傳信息傳遞信使，直到19世紀80年代，RNA的其他功能才逐漸被揭開[3]。（1） siRNAsiRNA是一個長20到25個核苷酸的雙鏈RNA。siRNA序列與基因編碼序列互補配對，誘導相應信使RNA降解，從而阻礙mRNA向蛋白質翻譯，即為RNA干擾。RNA干擾通路是1998年由Fire等人在線蟲研究過程中發(fā)現，RNA干擾機制見圖2。RNA干擾機制的功能似乎是機體實現自我保護的手段，保護自身免受外來可移動的遺傳信息的侵襲，如誘導活躍期病毒引起RNA或雙鏈RNA的降解[8]。由于RNA干擾可以通過體外實驗誘導發(fā)生，siRNA的治療對于由基因異常表達或基因突變引起的疾病，如癌癥、病毒感染和遺傳疾病等具有巨大的應用潛力[7]，并且干擾過程發(fā)生在細胞質中，不需要穿透細胞核，這使siRNA藥物開發(fā)更具吸引力。

（2） miRNAmiRNA于1993年發(fā)現，從蠕蟲基因組信息到與人類疾病相關，其功能逐漸被研究和發(fā)掘[10]。miRNA是非編碼基因組的重要組成部分，由15-22個堿基組成。是轉錄后基因表達調控中關鍵的負調節(jié)因子。miRNA療法又可分為兩類，一類為miRNA拮抗劑，另一類為人工合成miRNA類似物，其中后者又被稱為“miRNA替代療法”[3]。研究表明，miRNA的失調與人類多種疾病的發(fā)病機制相關，如糖尿病、肥胖、阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥以及心血管和自身免疫性疾病等病變組織中都存在miRNA的過表達[11]，這使得miRNA成為疾病研究的靶點之一[12-13]。miRNA作為治療藥物的優(yōu)勢在于，它們能夠同時作用于多個分子，而不像傳統(tǒng)的靶向單個基因，這使miRNA在調節(jié)與正常和癌癥細胞生物學相關的不同生物細胞過程中極為有效[14]。（3） RNA適配體RNA適配體可以作為治療藥物在于它可以通過折疊為三維結構與靶蛋白集合并抑制靶蛋白，其作用機制類似于蛋白拮抗劑。RNA適配體可以結合病毒蛋白，因此可以作為siRNA的運輸載體。其他類型RNA藥物必須進入胞內才能與其靶標結合并發(fā)揮作用，RNA適配體不僅可以進入細胞與胞內靶標結合，同時可以直接與胞外靶標相互作用[15]。但RNA適配體本身對核酸外切酶比較敏感，需要對其末端進行修飾封頂，防止末端降解[16]。（4） 核糖酶在蛋白質缺乏的情況下，部分RNA可以作為酶起到生物催化作用，這類RNA被稱為核糖酶[17]。核糖酶具有特異性高、靶點范圍廣、可在蛋白翻譯前發(fā)揮作用等特點，無論是人工合成的核糖酶還是天然的核糖酶，都可以有效地抑制基因表達。目前，核糖酶中，錘頭型核酶和發(fā)夾型核酶都得到了廣泛的研究，錘頭型核酶催化特異性和高效性使其研究最為廣泛和深入。核糖酶可以作為潛在的治療靶點，來進一步驗證相關基因與疾病的關系。另外，核糖酶剪切mRNA的功能可以使其在癌癥以及病毒學中得到進一步的應用[18]。

二、核酸藥物研究進展

近年來，核酸藥物取得了長足的發(fā)展， 比如致力于研發(fā)mRNA療法的，擁有豐富的研發(fā)管線的BioNTech AG，目前有1項進入臨床I期，11項進入臨床II期。2020年Nature Reviews Drug Discovery雜志《RNA therapeutics on the rise》中分析了來自Informa Pharma Intelligence’s Biomedtracker的核酸藥物數據，有431個核酸藥物在研項目。在這些候選核酸藥物中，63%處于早期非臨床階段，32%處于臨床早期階段（臨床I期或II期階段），3%處于臨床III期，還有5個品種（Viltolarsen、Casimersen (SRP-4045)、Volanesorsen、Lumasiran、Inclisiran）處于新藥注冊階段（目前這5個品種均已被FDA獲批上市）。

其中，Inclisiran是一種siRNA，可以與肝臟中的PCSK9蛋白的mRNA結合，通過RNA干擾作用，降低mRNA的水平，抑制肝臟中PCSK9的蛋白表達，進而增強肝臟清除血液中低密度脂蛋白膽固醇的能力。Inclisiran 已于2020年12月11日在歐盟上市，成為首款也是唯一進入慢性病用藥市場的siRNA類藥物，用于治療成人高膽固醇血癥及混合性血脂異常。Inclisiran在中國注冊申請的臨床試驗已經獲批并開展，適應癥是高膽固醇血癥。

國際核酸藥物研發(fā)領域已如火如荼，截止2021年8月，國際上已有14個核酸藥物上市。國內也出現了多家開展核酸藥物研發(fā)的制藥企業(yè)，其中杭州天龍研發(fā)治療肝細胞癌的核酸藥物CT102處于臨床I期階段。

三、核酸藥物面臨的挑戰(zhàn)

雖然核糖核酸藥物研發(fā)已經取得了巨大的進展，但其進一步發(fā)展仍然需要面對諸多挑戰(zhàn)，如核酸藥物遞送系統(tǒng)（DDS），體內核酸分子的不穩(wěn)定性以及核酸藥物不良反應等。

1. 藥物的傳遞系統(tǒng)（DDS）單鏈結構的核酸藥物的系統(tǒng)傳遞相對容易。大部分的單鏈核酸藥物被肝臟和腎臟吸收，但偶爾出現被其他組織吸收的情況，如視網膜神經節(jié)細胞可以直接吸收裸露的siRNA分子。對于雙鏈核酸藥物來講，其吸收會更具挑戰(zhàn)性，其雙鏈結構抑制了核酸藥物的硫代磷酸主鏈增強吸收的作用能力[19]。但脂質納米載體的發(fā)展為雙鏈結構核酸藥物的發(fā)展創(chuàng)造了機會，脂質納米載體因其體積、載藥效率以及特異的物理化學性質使其能有效的提高核酸藥物的穩(wěn)定性，并完成藥物的體內傳遞，避免藥物體內降解和有效釋放[20]。

2. 核酸分子的不穩(wěn)定性治療用核糖核酸藥物通常包含15~30個單鏈或者雙鏈的核苷酸。短的DNA或RNA分子對核酸內切酶或外切酶都非常敏感，極易被降解。核酸藥物被注入體內后，遇到的第一個生物屏障即血漿及組織中的核酸酶，通常一小時內甚至幾分鐘即被完全降解。另外，腎臟對siRNA分子的清除能力極強，這也導致了siRNA在血液中的半衰期極短，一般只有幾分鐘。因此，通常需要對核酸藥物進行化學修飾來增強其穩(wěn)定性[21，22]。化學修飾還可引入其他優(yōu)勢，如：增強其與靶標結合的親和力或提高生物利用度。硫代磷酸化修飾是目前應用最廣泛而且是第一種被開發(fā)和應用的化學修飾方式，核苷酸鏈中磷酸上帶雙鍵的氧原子被硫原子取代[23]。這種修飾方式雖然會降低核糖核酸與靶標之間的親和力，但增強了其穩(wěn)定性，提高了生物利用度。核酸藥物的分子量一般在5-12kDa，可被腎臟過濾。硫代磷酸化后，核酸藥物可以低親和方式與血漿蛋白結合，從而降低了腎臟的清除率，進而提高肝臟等其他器官中藥物的利用度[19]。

3. 核酸藥物的不良反應對于核酸藥物療法，需要考慮兩個方面的安全問題。首先，應考慮序列特異性問題。對于以蛋白敲除為目的的核酸藥物來講，如果在靶標組織或非靶標組織中過度敲除目標轉錄本或編碼蛋白，則會導致負面效果。同時，因核酸藥物與RNA有較強的親和力，導致其可能與非靶標之外的序列結合。通常，尋找唯一靶標序列可以降低這種風險[19]。另一方面，需要考慮的是核酸藥物化學修飾相關的安全問題。不同的修飾有其自身的安全特性，同一化學性質的核酸藥物通常安全表現相似，但部分通過激活Toll樣受體誘導免疫反應的序列，其安全特性卻不盡相同[24]。CpG序列是其中一種，而胞嘧啶核苷酸的甲基化通?？梢院艽蟪潭冉档惋L險[19]?？傮w來說硫代磷酸化主鏈是核酸藥物毒性的主要誘因，通過改變藥物的化學特性、藥物的轉運載體以及藥物偶聯物最終降低病人用藥量，從而降低用藥風險，減少副作用。

四、核酸藥物的藥代動力學

雖然獲批或在研的核酸藥物或核酸療法已經獲得了階段性成果，但具有相對完整藥代動力學（ADME）數據的核酸藥物相對較少。核酸藥物的藥代動力學性質很大程度上取決于核酸磷酸主鏈及核糖的化學修飾類型，因其化學修飾策略將直接影響核酸藥物生物穩(wěn)定性及與血漿蛋白的結合能力。如硫代磷酸化修飾可促使核酸與血漿蛋白的非特異性結合，從而對血液清除、生物分布和細胞攝取產生有益效果。另外，核糖2' 端修飾可以增強核酸對核酸外切酶的抗降解能力，延長藥物的體內的半衰期。

吸收由于口服核酸藥物的胃腸吸收效率較低，大部分核酸藥物均目前通過腸外途徑給藥，如靜脈滴注，皮下注射或局部給藥。硫代磷酸化核酸藥物與血漿蛋白結合率超過90%，其半衰期約為1~2小時。分布核酸藥物組織聚集主要發(fā)生在腎臟、肝臟、脾、淋巴結、脂肪細胞和骨髓。然而，對于未被包被的硫代磷酸化siRNAs在給藥幾分鐘后便會消失，組織中無法檢測到相應的siRNAs，這是siRNA被認為是體內生物利用度較差，需要對其傳遞系統(tǒng)和修飾進行優(yōu)化設計的最重要的原因。其他研究報道，鎖核酸（LNA）修飾的anti-miR-122可通過腹腔注射或靜脈注射被肝細胞有效吸收。代謝未修飾的寡核苷酸的主要代謝產物是在3' 端缺失一個堿基的寡核苷酸，這些寡核苷酸將進一步降解為缺失兩個或兩個以上堿基的寡核苷酸。在引入第二代化學修飾技術，如2' 端甲氧基化修飾后，其降解產物則是較短的內切酶剪切產物。排泄核酸藥物的大多數代謝物最終通過尿液排出，少量通過膽道清除[20]。(生物谷世聯博研Bioexcellence）

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