导读：

东方富海博士后创新实践基地秉承研究发现价值、研究引领投资的理念，对投资实务进行前瞻性研究。我们特别设立了“富海洞察”专栏，用于发布基地系列研究报告，供交流探讨。本文是ASO类药物的相关研究，为基地出品的第三篇报告，由周榆博士撰写。

 

2020年，受到新冠疫情的影响，以mRNA疫苗为代表的核酸类生物医药技术快速发展，小核酸类药物也逐步在全球扩大规模。根据相关材料，预计到2025年全球小核酸药物市场将会达到112亿美元，反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide, ASO）作为其中最为成熟的技术路线，代表了小核酸药物的发展方向之一。

 

ASO指与靶基因mRNA互补的一段单链DNA或RNA序列，通常由十几到几十个碱基组成，通过化学合成的方式生产。对ASO进行某些特定的化学修饰后，ASO药物通过一定方式进入细胞，能够特异性地调控靶基因的表达。ASO能够直接作用于RNA，这与占创新药主流的小分子药物和抗体类药物都不一样。根据中心法则，所有的基因表达，都需要RNA的参与。直接作用于RNA的特殊机制，为ASO的未来带来无限的可能。

1引子

人类自诞生以来，就一直在与疾病做着艰苦卓绝的斗争。从神农尝百草，到煤焦油制药；从化学小分子，到抗体靶向药，人类对药物的研发创新从未停止，新的药物也层出不穷。然而，仍然有非常多的临床需求没有得到满足。

小分子药物与抗体类药物靶点多为蛋白质，包括激酶、受体、抗原等。编码蛋白的基因只占了基因组信息的极少部分。人类的基因组中，仅1.5%的序列编码了蛋白质，其中和疾病相关的蛋白只占10-15%，而在这些疾病相关的致病蛋白中，超过 80%的蛋白质不能被目前常规的小分子及大分子药物所靶向，属于不可成药蛋白，因此药物靶点的选择范围非常狭窄。

 

目前全球已批准的药物仅可以与由0.05%的基因组所编码的约700种蛋白质相互作用。临床需求和技术现实之间，存在着几乎不可调和的矛盾，新的技术出现迫在眉睫。

 

自1953年沃森和克里克提出著名的DNA双螺旋结构模型以来，分子生物学横空出世。随着研究的发展，关于DNA-RNA-蛋白质相互关系的“中心法则”和“Watson-Crick 碱基配对”原则，成为了现代生命科学的基本定律。

▲中心法则

 

中心法则的主干内容是关于编码蛋白质的基因如何将DNA序列转化为蛋白质分子。根据中心法则，编码蛋白质的DNA将自身储存的遗传信息以转录的方式传递给mRNA，核糖体再将mRNA上记录的信息翻译成蛋白质。因此，对蛋白质的上游mRNA进行调控，成为了突破现状的一个可行的思路。

 

2ASO的历史

小核酸类药物可以对mRNA进行调控，根据作用机制，可以主要分为ASO和RNA干扰（RNA interference，RNAi）两类。ASO药物的发现比RNAi要早很多，现有的发展也强于RNAi，是目前小核酸类药物的主流。

▲ASO药物发展史

 

1978年哈佛大学科学家Zamecni等人设计合成了一条与劳斯肉瘤病毒基因互补的短RNA，并发现这条短RNA可以在体外培养的组织中抑制病毒的复制，首次提出反义核酸概念。直到80年代后期，几家开发反义核苷酸的公司成立，才真正地开始将这一概念转化为药物平台。

 

1993年反义核苷酸的第一个临床实验被批准；1998年第一个反义核苷酸药物Fomivirsen（福米韦生）上市，开启了ASO的临床应用时代。2013年以后，尤其是2016年以后，多种面向罕见病的ASO药物上市，ASO药物开始走上历史舞台。

 

ASO药物的机制主要分为两大类。一类是基于RNase H1的mRNA切割降解机制；另一大类是基于ASO碱基互补配对，封闭mRNA关键区域，造成空间位阻，从而影响mRNA的成熟或者翻译。

▲基于RNase H1的ASO作用机制

 

▲基于空间位阻的ASO作用机制

 

3ASO药物的设计与修饰

要将反义核苷酸的初步概念开发为强大的治疗方式，需要解决一系列的科学问题和技术问题。

 

ASO是一个由12-24个寡核苷酸构成，并通过Watson-Crick碱基互补原则识别匹配靶mRNA的药物平台。在80年代后期，虽然已经可以人工合成许多核苷类似物和一些相关的磷酸盐类似物，但是并没有将良好的药物特性引入ASO的药物化学改良之中。在随后的时间里，人们开始了广泛的努力来修改和修饰ASO的结构。

 

迄今为止，人们已经合成和评估了数以千计的核苷类似物。这些核苷类似物的加入，增强了ASO与RNA中同源序列的结合，增加了ASO对核酸酶的抵抗力，改善了ASO的药代动力学特性，减少了免疫原性并且优化了与目标RNA结合后的药理反应。

▲核酸局部结构

 

基于长期以来的研究以及对核酸结构和生物化学的理解，ASO的骨架和核糖的修饰是需要关注的重点。核酸由若干核苷酸聚合而成，核苷酸之间通过化学键相连。这些核苷之间的连接基团就是骨架。天然的核酸是以磷酸二酯键作为骨架，通过核糖（或者脱氧核糖）连接碱基和骨架。

 

现有对核酸骨架和糖环的多种修饰方式可以改善ASO的成药性，综合考虑各种需求，诞生了一些经典的ASO结构和修饰（B基团就是碱基）。

▲ASO的常见修饰

 

骨架修饰

骨架修饰。骨架的修饰是最基础的修饰之一，最早的骨架修饰就是硫代磷酸酯修饰（PS）。

硫代磷酸酯修饰（PS）算是第一代的ASO修饰方法，通过基于mRNA切割的机制发挥作用。在PS-ASO中，磷酸基团的非桥连氧原子被硫原子取代，形成P-S键，从而抵抗基于核酸酶的降解，提高了半衰期。

▲PS修饰的ASO结构

 

与未修饰相比，PS-ASO与白蛋白等血清蛋白具有很强的结合能力，这进一步降低了药物在肾脏的清除率，延长了ASO在体内的循环时间。

小鼠静脉内注射30 mg/kg PS-ASO后，药代动力学显示48小时后经尿液排出率仅为40%。与未修饰的ASO相比，PS-ASO在全身给药时主要分布在肝脏、肾脏和脾脏，并表现出良好的细胞摄取。但是PS-ASO也表现出了一些免疫原性和相关的毒性，这使得PS-ASO的应用存在相当的局限性。

 

PS 骨架修饰在 ASO 设计中很容易被容忍，并且不会破坏 RNase H 活性。在每个连接处都包含 PS 修饰的ASO的活性低于未经修饰的ASO，所以含 PS 的ASO通常仅在末端进行修饰。

 

核糖修饰

核糖修饰。核糖作为核酸中具有活性基团的复杂结构，一直都是业界进行修饰和改造的重点。核糖的修饰又可以分为两大方向：2’位取代修饰（2’-Ribose substitutions）和核糖的结构改造与桥接核酸(Ribose modifications and Bridged nucleic acids，BNA)。

 

对于2’位取代修饰，主流的有2'- O-甲氧基 (2'-O-methyl，2'-OMe)、2ʹ- O-甲氧乙氧基 (2ʹ-O-methoxyethy，2ʹ-MOE)和2ʹ-氟 (2ʹ-Fluoro，2ʹ-F)。

▲核糖的2’位取代修饰

这些修饰可以增加ASO对核酸酶抗性，从而提高血浆稳定性、增加组织半衰期，从而延长药物作用，并且还可以增强ASO对互补 RNA 的结合亲和力，并在一定程度上降低免疫原性，减少副作用。虽然这些2’的取代修饰本身并不能改善ASO的递送效果，但它们可以弥补有限的药物生物利用度，从而提高药物的作用效率。

 

核糖的结构改造与桥接核酸BNA相比较而言就复杂得多。桥接核酸 (BNA) 可以算作是一种新型结构的核苷酸，其中核糖的结构通过 2’ 和 4’ 碳原子之间的桥被限制在 3'-内构象中。最常用的变异是锁核酸 (LNA) 、约束乙基BNA（cEt）、2' – O和4' -C-乙烯桥连核酸（ENA）。

▲LNA，cEt和ENA的修饰结构

 

BNA 增强核酸酶稳定性和寡核苷酸对靶RNA的亲和力。以LNA为例，在LNA中，每个修饰过的核苷酸的熔解温度（Tm，即与mRNA结合后，与mRNA发生解离所需的温度，温度越高切合强度越高）增加3~8℃，在ASO的设计中有举足轻重的作用。

 

碱基修饰

碱基修饰。碱基作为ASO中极其重要的组成部分，承担了识别mRNA序列的功能。碱基从某种意义上，决定ASO的功能。

 

目前唯一广泛被使用的碱基修饰，就是嘧啶环上的C5甲基取代（5-Methylcytosine）。采用此种修饰的ASO主要集中于RNase H1这条技术路径之中，修饰后的ASO具有更好的亲和力，能够提高特异性和结合效率，同时免疫原性更低。

▲C5甲基取代

 

此外，还有一种碱基修饰方式G-clamp（G型夹）也具有提高ASO效率的功能。G-clamp是一种胞嘧啶的类似物，含吩恶嗪残基，通过Watson-Crick和Hoogsteen碱基配对，在靶序列中与互补的鸟嘌呤核碱基形成总共五个氢键，可以大幅度提高ASO与mRNA的退火温度。

▲G-clamp

类ASO活性结构

类ASO活性结构。尽管大多数ASO都是来源于 RNA 或 DNA，但目前也已开发出与这些天然原型有很大不同的其他化学类似物。比较主流的几个类ASO化学结构有磷酰二胺吗啉代寡聚体（PMO）、肽核酸（PNA）、三环DNA（tcDNA）等。

 

1、磷酰二胺吗啉代寡聚体（PMO）

PMO是phosphorodiamidate morpholino oligonucleotide的缩写，意为磷酰二胺吗啉代寡聚体。PMO既对骨架进行了修饰，又对核糖进行了替换。

▲PMO结构

在PMO中，五碳的核糖被六元的吗啉基团所代替，增加了ASO的溶解效果。磷酸二酯键被换为二胺磷酸键，使得ASO可以抵抗蛋白酶和酯酶的水解作用。每个吗啉环都与二胺磷酸键相连，这样的改变，使得PMO呈现电中性，通过空间位阻或者剪切效应发挥其功能。

 

迄今为止，Sarepta Therapeutics的两种 PMO 药物已获得FDA批准：Eteplirsen和Golodirsen，分别靶向抗肌萎缩蛋白mRNA的外显子51和53。

 

2、肽核酸（PNA）

 

肽核酸（peptide nucleic acid，PNA）是含有中性N-2-氨基乙基甘氨酸单元的核酸类似物，碱基通过柔性甲基羰基接头与骨架进行连接。本质上，肽核酸并不能算是核酸，是一种核酸结构的类似物。

▲PNA结构

 

由于PNA的骨架是电中性的，PNA同样对酶的降解具有很强的抗性，并且对RNA序列有很强的亲和力。

 

PNA的溶解度不高，细胞摄取也少，导致PNA在应用上遇到一些麻烦。不过现在已经开发了各种化学修饰的PNA，比如阳离子PNA、赖氨酸PNA等来解决这些问题。

 

4ASO的药物递送系统

ASO作为一个由数十个核苷酸或者核苷酸类似物组成的寡聚物，仍然算是一个生物大分子，拥有生物大分子的通病——吸收困难。不管化学修饰如何，ASO的大小、亲水性和电荷对体循环、组织外渗、 细胞摄取和内体逃逸都对药物开发构成了另外的挑战，因为ASO药物需要进入细胞内并完成内体逃逸，进入细胞胞质，与mRNA结合后才能发挥药理作用。为了克服ASO的细胞摄取与内体逃逸效率低等障碍，递送系统对于提升药物靶向性和生物利用度是必要的。

目前辅助ASO发挥作用的递送系统分为两大类。一类是直接共价结合偶联在ASO分子末端的生物缀合物修饰递送系统，另一类是纳米囊泡载体，或者说是纳米颗粒（Nano Particle）。

 

生物缀合物修饰递送系统直接偶联在ASO的末端，可以被认为是ASO化学修饰的一部分。这种偶联方法的一个共同思路是促进偶联物与其相应的细胞表面受体蛋白之间的相互作用，从而通过受体介导的内吞作用实现ASO的内化，实现生物缀合物与细胞类型相关受体的相互作用能够靶向递送至特定组织或组织内的细胞类型。迄今为止，饱和此类受体途径的生理效应尚未得到广泛研究。

 

常见的生物缀合物修饰递送系统有GalNAc偶联物、多肽偶联物等。

GalNAc

GalNAc是N-乙酰半乳糖胺（N-acetylgalactosamine）的缩写，是目前应用最广泛、也是唯一得到监管机构批准上市的生物缀合物ASO递送系统。GalNAc可以与实质肝细胞表面的去唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）特异性结合，实现细胞的快速胞吞。该技术具有高度的肝靶向特异性，给药后高效富集到肝组织，进入其他组织的量非常少。

▲GalNAc结构

▲GalNAc引导核酸类药物机制

美国Alnylam公司最早采用GalNAc递送技术，并拥有关于GalNAc技术的专利。Alnylam的GalNAc缀合技术目前经过了两代更迭：第一代是基于标准模板化学（standard template chemistry，STC）的GalNAc技术，第二代是基于增强的稳定化化学（enhanced stabilization chemistry，ESC）技术。第二代的效力比第一代提高了10倍以上。

 

此外，许多其他制药公司，如Dicerna Pharmaceuticals、Silence Therapeutics、Arbutus Biopharma 和 Arrowhead Pharmaceuticals，也在开发 GalNAc 偶联产品。

 

GalNAc偶联技术是小核酸类药物向肝脏递送的有效方式，并且相对于LNP等其他药物递送技术，结构也更为简单，成本较低，量产更为方便。但是GalNAc只能递送小核酸（siRNA/ASO等），对于mRNA之类较大的核酸无能为力。此外，GalNAc只能向肝实质细胞中递送核酸药物，无法对其他组织、器官尤其是肿瘤有效递送，应用局限性很大。

多肽偶联物

细胞穿透肽（cell-penetrating peptide, CPP）是一种有吸引力的配体来源，可赋予治疗性寡核苷酸偶联物以组织/细胞靶向、细胞穿透或内涵体溶解特性。CPP通常是一种短于30个氨基酸的肽段，自然界多种天然蛋白的结构域具有细胞穿透肽的功能。

▲多肽-ASO偶联物

 

目前已有若干个团队将CPP应用于ASO的开发。CPP与电荷中性ASO化学物质（如PMO和PNA）的直接化学偶联后，取得了相当好的引导效果，可以有效地帮助ASO进入细胞。

 

多肽-ASO的一个主要技术难点是毒性，在使用富含精氨酸的CPP-ASO的大鼠（非常高剂量）和食蟹猴研究中都展现出了一定的肾脏损伤。目前的研究工作是针对优化肽化学以减轻肾毒性而不影响递送效果。

 

Sarepta Therapeutics正在开发 SRP-5051，这是一种多肽-PMO（PPMO）药物，用以针对抗肌萎缩蛋白外显子51。此外，PepGen Ltd.也正在将该技术商业化。

 

其他偶联物修饰递送系统

 

除了GalNAc和多肽，还有其他偶联物修饰递送系统在小核酸药物的递送中发挥作用，比如脂质偶联物修饰、抗体和适配体偶联物等。不过这些修饰方法在siRNA的药物递送中优势更加明显，这里仅做简单介绍。

 

脂质分子已被用于增强 siRNA和ASO的传递。胆固醇修饰的小核酸已经被证明可以用于沉默肝脏基因。

▲脂质分子与小核酸偶联

 

抗体早已被用作其他种类药物的递送载体，代表性技术就是抗体偶联药物ADC。抗体用于寡核苷酸递送的效用仍处于开发的早期阶段。核酸适配体是一个具有特殊三级结构的核酸，能够发挥与抗体类似的功能。

▲抗体-小核酸偶联

 

 ▲适配体-小核酸偶联

 

抗体/适配体和细胞表面受体之间的特定相互作用有可能将其递送到使用其他技术无法获得的组织和/或细胞亚群。

 

ASO药物递送载体的另外一个大类就是纳米颗粒。

纳米技术和材料科学的进步为寡核苷酸药物递送的挑战提供了优势和潜在的解决方案，特别是跨越生物屏障和跨膜细胞内递送的要求。纳米颗粒递送系统的主要优势包括纳米颗粒生物物理（例如，尺寸、形状和化学/材料组成）和生物学特性（例如，用于靶向的配体功能化）的定制优化，是一个允许高度定制的递送平台。这个平台不光能够用来递送ASO，也能递送siRNA、mRNA等其他类型的分子。

 

用于核酸药物递送的各种纳米载体处于不同的开发阶段，包括与阳离子脂质体、非共价络合的树枝状大分子、无机纳米颗粒（磷酸钙纳米颗粒等）。目前公认比较优秀的递送系统主要有内源性的外泌体、阳离子脂质体。

 

阳离子脂质体

阳离子脂质体（Lipid nanoparticle, LNP）是增强核酸递送的最常见方法之一。将聚阴离子核酸药物与脂质混合会导致核酸凝聚成纳米颗粒，这些纳米颗粒具有更有利的表面电荷，并且足够大（直径约 100 nm）以触发内吞作用的吸收。脂质复合物是聚阴离子核酸和阳离子脂质之间直接静电相互作用的结果，通常是相对不稳定的复合物的异质群体。

 

目前商业化最成功的递送载体之一就是阳离子脂质体LNP。LNP通常由四种成分组成：一种可电离的阳离子脂质，它促进自组装成直径约100纳米的颗粒，并允许内体将核酸释放到细胞质中；聚乙二醇（PEG）修饰的脂质，可延长制剂的半衰期；胆固醇，作为稳定剂；天然存在的磷脂，以支撑脂质双层结构。

▲LNP的结构

 

其中最关键的材料是可电离的阳离子脂质，这也是技术难度和专利壁垒所在之处。不同公司使用的阳离子脂质的结构不一。莫德纳(Moderna)采用了自主开发的可电离脂质SM-102，而辉瑞和BioNTech则从Acuitas公司获得了一种名为ALC-0315的可电离脂质的许可。

▲不同结构的阳离子脂质体

 

虽然不同厂家的LNP存在一定的差异，但专利仍然是一个不可忽视的问题。专利对LNP的保护主要有3个方面：首先，是保护LNP中阳离子脂质体的化学结构，这也是LNP专利的核心；其次，是保护LNP中阳离子脂质体与其他组分之间的构成比例，包括不同脂质之间的比例以及阳离子脂质体与mRNA的配比；最后，专利还对LNP的用途提供保护。LNP与新化合物分子类似，专利保护期也是20年。

 

LNP技术最初由加拿大生物化学家Ian MacLachlan在Tekmira公司发明，他离开公司后，公司改名为Arbutus，并保留了多个LNP专利。随后Arbutus将专利授权给Moderna、BioNTech和CureVac等公司，形成了如今的LNP专利格局。

▲LNP专利格局

 

LNP有许多优点，但是其缺陷仍然不可忽略。

 

首先是毒性问题。LNP在某种程度上会引起免疫激活和过敏问题，还会引起输液反应，造成患者头痛、肌肉痛等副反应。此外，阳离子脂质体在细胞水平也表现出轻微的毒性。

 

其次是缺乏靶向性。目前，大多数静脉注射的LNP会聚集到肝脏，肌肉注射的LNP会被免疫细胞摄取，但是其他的大部分组织器官，LNP还无法递送。

内源性外泌体

另一个引起人们兴趣的纳米技术是基于外泌体（exosome）的天然生物纳米颗粒。外泌体是直径在40到100 nm之间的天然纳米级囊泡，由大多数细胞类型释放，几乎存在于所有生物体液中，并作为生物活性分子（例如蛋白质、脂质和核酸）在相邻细胞或远处细胞之间的天然转运工具。外泌体在多年前就已被发现，但最近十几年才被广泛关注，并在药物运输中发挥一定的作用。

▲经过工程化改造的外泌体载体

 

作为递送系统，外泌体与传统的载体系统相比具有多种优势。

首先，由于外泌体是源自内源性细胞的天然纳米载体，与任何外来制剂相比，它们与免疫系统的生物相容性更高，因此在体内使用时不太可能引起细胞毒性或免疫反应。

 

其次，外泌体的小尺寸使它们能够避免单核吞噬细胞系统（清除大于100 nm的颗粒）的吞噬作用，并促进它们通过血管开窗外渗和通过细胞外基质。

 

第三，外泌体具有穿越血脑屏障等生物屏障的能力。血脑屏障可防止约98%的药物和核酸进入大脑，外泌体的这一功能对开发靶向中枢神经系统的核酸类药物显得尤为重要。

 

当然，外泌体还需要经过一系列的工程化改造，才能成为合适的药物递送载体。例如，通过在外泌体表面表达来自于病毒识别细胞受体的肽段，可以赋予外泌体靶向特定组织器官的能力。

▲表面经过修饰的外泌体具有靶向性

 

外泌体是由细胞分泌的天然产物，其符合GMP标准的量产技术一直是制约其发展的拦路虎之一。随着2018年GMP标准外泌体制备程序的陆续发表，外泌体的临床应用开始走上快车道。

 

5已获批的ASO药物

ASO的机制自从上世纪70-80年代被发现并逐步明确以来，各大研发机构和药企都在尝试在临床上应用。1999年，第一种ASO药物Fomivirsen (福米韦生)在FDA的批准下正式上市。

经过各国审批机构批准上市的ASO药物一共有9种，但是有2种因为各种原因已退市，目前仍在售的ASO药物一共有7种。

▲获批ASO药物列表

这些药物虽然都是ASO，但是采用了不一样的修饰结构。有意思的是，不同公司之间的ASO天差地别，但是同一个公司内的不同管线，却有着极高的相似度。

 

Fomivirsen

Fomivirsen(福米韦生)由Ionis Pharma和诺华联合开发，是FDA批准上市的第1个反义药物，由 21个硫代脱氧核苷酸（PS-ASO）组成，核苷酸序列为5’- GCGTTTGCTCTTCTTCTTGCG-3’，主要用于治疗艾滋病（AIDS）病人并发的巨细胞病毒(CMV)性视网膜炎。

▲Fomivirsen的结构

 

作为第一种上市的ASO，Fomivirsen的设计非常朴素，没有对核苷酸进行任何的修饰，仅仅是使用硫代磷酸酯修饰（PS）骨架，是最简单的PS-ASO。

 

Fomivirsen于1998年和1999年先后获美国FDA和欧盟EMA批准上市，用于治疗免疫功能低下患者（主要是艾滋病人）的巨细胞病毒性视网膜炎。Fomivirsen是一种注射到眼内（玻璃体内）的抗病毒药物，它不能治愈眼部巨细胞病毒的感染，但可能有助于防止症状恶化。

 

由于高活性抗逆转录病毒疗法（high-activity anti-retroviral therapy，HAART）的快速发展，巨细胞病毒的患者数量锐减，该药物于2002年和2006年先后在欧盟国家和美国退市。

 

Mipomersen

Mipomersen（米泊美生），商品名Kynamro，由Ionis Pharma（原Isis Pharma）研发，核酸序列为5’-GCCUCAGTCTGCTTCGCACC-3’。2012年，因心血管和肝脏副作用，欧盟EMA拒绝了Mipomersen的上市申请，后于2013年作为孤儿药在美国获批上市，用于治疗纯合子家族性高胆固醇血症患者。通过皮下注射，Mipomersen可以抑制低密度脂蛋白前体蛋白的产生，从而降低高胆固醇风险患者的低密度脂蛋白水平。

▲Mipomersen药物结构

 

Mipomersen以PS骨架的DNA作为主链，在两端各有5个核苷酸进行了2’-MOE的修饰，部分碱基（红标）进行了甲基化的修饰。

 

Mipomersen一直深陷于肝脏和心血管安全问题之中，于2012年和2013年两次被EMA拒绝。2018年，Mipomersen停产退市。

 

Inotersen

 

在经历了Mipomersen的失败后，Ionis没有就此放弃ASO技术，而是继续开发了众多类似的药物，Inotersen就是其中之一。

 

Inotersen的商品名为Tegsedi，于2018年获批上市，是一种治疗成人遗传性甲状腺素介导的淀粉样变性的多发性神经病变等疾病的ASO药物。遗传性运甲状腺素蛋白（hATTR）淀粉样变性是由TTR基因突变导致的一种可遗传退行性疾病，表现为外周感觉神经病变、自主神经病变或心肌病。Inotersen通过阻断TTR蛋白的产生，从而减缓疾病的发展。

▲Inotersen的结构

 

Inotersen的结构与Mipomersen的结构十分相似，几乎可以认为是仅仅存在序列上的不同，这说明Mipomersen的失败可能另有更深层次的原因，而不是ASO技术本身的问题。

 

Nusinersen

Nusinersen（诺西那生）是由渤健公司（Biogen）研发的脊髓性肌肉萎缩症（SMA）治疗药物，于2016年12月23日首次在美国获批，是全球首个SMA精准靶向治疗药物。该药物通过鞘内注射给药，可以直接将药物输送到脊髓周围的脑脊液中，从而改善运动功能、提高生存率，改变SMA的疾病进程。

▲Nusinersen的结构

▲Nusinersen商品

 

与Ionis的开发策略不同，Biogen采用开发的Nusinersen的每一个核苷酸都进行了2’-MOE的修饰，大多数的碱基进行了5号位的甲基化修饰。这相比于最原始的ASO，特异性及药物代谢性能都得到了长足的提升，因此Nusinersen仅数月进行一次注射治疗，为患者减少许多痛苦。

Nusinersen是唯一一种在中国获批上市，并被纳入医保的ASO药物。2019年4月28日，Nusinersen在中国获批上市，成为中国唯一一种治疗SMA的药物。2021年12月3日，中国国家医保局宣布将Nusinersen纳入医保，2022年1月1日起，Nusinersen的价格从近70万元/针降至3.3万元/针。

 

Eteplirsen和Golodirsen

开发ASO药物的另一个巨头Sarepta Therapeutics采用了与Ionis不一样的思路：采用PMO技术为基础开发自己的ASO药物。以Eteplirsen和Golodirsen为例，这两种药物拥有几乎一模一样的结构，仅在序列和长度上有所不同。

▲Eteplirsen和Golodirsen的结构

 

Eteplirsen是一种治疗杜氏肌营养不良（DMD）的药物，专门适用于抗肌营养不良蛋白基因(dystrophin gene)中存在确证突变可导致51号外显子跳跃(exon 51 skipping)的DMD患者。杜氏肌营养不良症是一种X染色体隐性遗传疾病，主要发生于男孩。该病由抗肌营养不良蛋白基因突变所致，属于进行性肌营养不良症常见类型。据统计，全球平均每3500个新生男婴中就有一人罹患此病。患者在学龄前就会因骨骼肌不断退化出现肌肉无力或萎缩，导致不便行走。大部分DMD患者在3-5岁发病，7-12岁完全丧失行走能力，20岁左右会因为心肌、肺肌无力死亡。Eteplirsen在药物研发阶段引起了许多争议。在最初申请上市时，评审小组的结论是Eteplirsen临床试验有严重缺陷，数据少并且不足以支持获得批准的条件。2016年9月，经过一年多的反复争论，FDA最终还是批准了Eteplirsen的应用。

 

Golodirsen于2019年12月在FDA获得批准通过，同样是用于治疗杜氏肌营养不良，不过针对的是53号外显子跳跃。Golodirsen引起了与Eteplirsen一样的争议。FDA认为，经过Golodirsen治疗的患者骨骼肌中营养不良蛋白的表达水平产生统计学意义上的改变，可以合理地推测经过治疗的DMD患者可能从中获益，因此批准了Golodirsen的上市。Golodirsen的进一步批准将取决于上市后验证性试验中临床益处的确认。

 

6在研ASO药物汇总

ASO的家族在不断扩展中。根据数据库的不完全统计，全球共有超过50个药物正处于临床阶段。

▲在研ASO药物统计

从这些未来可能即将上市的候选药物来看，ASO的适应症正从一些罕见病，逐渐扩展到常见病，例如乙肝感染、肥胖症、白血病乃至非小细胞肺癌和胰腺癌等恶性肿瘤。经过数十年的努力，小核酸药物在实践中遇到的实际困难正在被逐步解决，ASO技术逐渐从罕见病和遗传病的“优惠”中走了出来，即将成为人类对抗疾病的中坚力量。

 

7总结

总体而言，基于ASO的药物具有许多好处。由于Watson-Crick碱基识别、优化的合成路径以及开发阶段的广泛质量控制，ASO的药物设计具有常规药物无法比拟的灵活性。ASO药物可以数周，乃至数月给药一次，这是常规药物无法比拟的另一个优点。

 

世界正在经历新冠大流行。Alnylam Pharmaceuticals等公司正在评估几种基于 ASO 的药物，以针对 SARS-CoV-2。不同的企业拥有自己的ASO药物模板，基于这些模板，可以快速设计出全新的ASO药物，这极大地缩短了药物研发周期，降低了企业成本，也为开发一些需求紧急的药物提供可能。

 

2021年1月，美国 FDA 还发布了一份新的关于个体化ASO药物研究用新药（IND）申请的程序建议指南，提供了有关早期开发和IND提交过程的清晰信息。期待随着各方努力，ASO疗法可以逐步攻克更多的罕见病和常见病，造福更多患者。