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核酸藥物根據其結構和作用機制可分為四類：反義寡核苷酸類 (ASO)、小干擾RNA類(siRNA)、適配體類(Aptamer)和信使RNA類 (mRNA)，其中前三類統稱為小核酸藥物。
小核酸藥物是指分子量較小的單鏈或雙鏈核酸，一般由少于30個的堿基（對）組成，主要通過堿基互補配對原則作用于細胞內的mRNA，調控蛋白質的表達，從而治療因蛋白水平異常而引起的各類疾病。
圖1 核酸藥物分類示意圖
（Front Bioeng Biotechnol. 2021; 9: 628137.）
小核酸藥物是與小分子藥物、抗體藥物完全不同的全新藥物類別，利用靶細胞內天然存在的轉錄和翻譯機制發揮作用，無需復雜的蛋白質工程生產，具有設計簡便，研發周期短，候選靶點豐富等優勢。
表1 核酸藥物與抗體、小分子藥物對比
圖2 小核酸藥物將靶點從蛋白水平擴展到RNA和DNA水平
（Pharmacol Rev. 2020 Oct; 72(4): 862–898.）
20世紀80年代初，抑制蛋白質合成的反義寡核苷酸 (ASOs)促進了小核酸藥物的快速發展。進入21世紀，RNAi和siRNA的應用拓展了小核酸藥物范圍，其它多種RNA調節因子和相關機制也逐步得到充分的驗證。
圖3 小核酸藥物主要發展進程
（Cell Death and Disease (2022) 13:644.）
目前全球已有十余種小核酸藥物獲批上市，如下所示：
表2 已上市小核酸藥物
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
PART 01
反義寡核苷酸類（ASO）療法
ASO為18-30nt個堿基組成的單鏈RNA，可通過堿基互補配對與靶標mRNA的特定序列結合，但已批準的ASO藥物可分為兩大類。
1、ASO通過結合靶序列誘導靶mRNA的裂解；
2、ASO主要通過基于位阻的機制來調節pre- mRNA的剪接。
圖4 ASO作用機制（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
Nusinersen是由Ionis和Biogen合作開發一款明星產品，用于治療SMN1基因缺失或失活突變，導致運動神經元存活蛋白 (SMN)水平較低，形成的脊髓性肌萎縮癥（SMA）。人類基因組中存在SMN2基因，與SMN1高度同源，區別在于SMN2基因外顯子7的調控序列被異質核核糖核蛋白（hnRNP）的結合所掩蓋，因此在翻譯時相比SMN1缺少外顯子7，會產生大量無功能且不穩定的蛋白質。
Nusinersen作為ASO藥物，能夠與SMN2外顯子7的調控序列結合，取代hnRNP，從而翻譯形成全長的SMN蛋白，增加功能性SMN蛋白的水平，改善患者的運動神經元功能并減緩疾病進展。
圖5 Nusinersen作用機制
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
PART 02
小干擾RNA（siRNA）療法
siRNA是長度為21-25 nt與靶基因互補的小片段雙鏈RNA，進入細胞后先形成RISC前體，然后被切斷并解離得到RISC復合物，該復合物中保留的siRNA引導鏈與靶標 mRNA結合，引導 RISC 切斷該mRNA，抑制蛋白合成。
RISC 復合物切斷靶mRNA后 ，可回收利用，單個 siRNA可在多輪mRNA切割中循環使用。
圖6 siRNA作用機制（Biomedicines . 2021 May 14;9(5):550.）
Inclisiran是一款由Alnylam公司開發的用于高脂血癥的siRNA療法，通過將靶向PCSK9的雙鏈siRNA與GalNAc偶聯，使其特異性進入肝臟組織，從源頭上阻斷PCSK9的表達，從而降低LDL-C的水平，實現降脂的治療目的。
圖7 Inclisiran作用機制（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
PART 03
適配體（aptamer）療法
Aptamer為20-70個堿基組成的單鏈DNA或RNA，經過自身卷曲、折疊形成特定的三維構型，并通過范德華力、氫鍵、靜電作用、堿基堆積力等，利用其空間結構與靶標高親和性、高特異性地結合。由于Aptamer具有良好的靶向性能，并且其三維結構可以攜帶藥物，因此其具有成為藥物載體的潛力。
圖8 Aptamer作用機制
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
PART 04
信使RNA (mRNA)療法
外源mRNA進入體內后，由自體細胞表達出特定的蛋白質，通過內源表達功能蛋白來發揮其治療作用。
圖9 mRNA作用機制
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
編碼抗原序列的mRNA疫苗通過脂質納米載體等遞送平臺被引入細胞，然后通過翻譯產生抗原，激活免疫反應。
圖10 mRNA疫苗作用機制
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
PART 05
RNA遞送系統
RNA療法的遞送仍然面臨巨大的挑戰，現有遞送方式可分為添加靶向片段、脂質納米顆粒包封RNA片段以及不經修飾直接給藥到靶器官。
圖11 RNA藥物遞送途徑
（Exp Mol Med. 2022 Apr; 54(4): 455–465.）
RNA藥物具有親水性和負電荷，不能跨越細胞膜擴散，需要遞送載體和/或化學修飾才能達到其靶標。當系統給藥時，RNA遞送系統需要保護RNA免受血清核酸酶的侵害以及免疫系統清除，避免與血清蛋白的非特異性相互作用，并阻斷腎臟清除。雖然免疫原性和核酸酶等生物屏障通常通過化學修飾RNA來解決，但將RNA封裝到納米載體中既可以保護RNA又可以將RNA傳遞到細胞中。
圖12 RNA納米載體（Med. Chem. 2022, 65, 6975?7015.）
PART 06
寡核苷酸在大腦的定位遞送
局部定位注射是RNA藥物遞送的有效手段，定量檢測RNA藥物在靶點器官內的分布和攝取，是該類藥物體內藥理的關鍵。
通過側腦室定位注射將RNA藥物遞送至大腦，定時檢測藥物在腦部的分布。
圖13 小鼠腦部熒光
PART 07
結語
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