RNA藥物，聊透了！

胖貓好久沒寫點基礎的東東了，今天跟各位老爺聊聊RNA藥物！

與小分子和蛋白藥物不同，RNA藥物的分子本質是核糖核酸，其治療作用依賴于RNA通過堿基配對實現高特異的基因靶向，實現對基因表達和蛋白合成的調控。

RNA藥物的一個重要優勢是開發過程簡單，一旦確定目標序列即可快速設計并合成用于臨床試驗。這一點和小分子或蛋白藥物昂貴又耗時的研發形成鮮明的對比。

同時，RNA藥物也有獨特的劣勢，尤其是密碼子優化、結構不穩定、免疫原性和大規模生產制造方面。

RNA分子量過大、帶負電荷，會導致藥代動力學和藥效不佳；未修飾RNA由于穩定性差，且會被內源核酸酶降解，半衰期較短；RNA藥物遞受到多種屏障阻礙，包括細胞膜、內化過程。

基于RNA的藥物又細分成多類：mRNA、RNA適配體、反義寡核苷酸（ASOs）、短干擾RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等。

這些藥物的機制和特點各不相同，這篇文章就分別拆開研究下！

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ASO 藥物

治療性ASO由18～30個單鏈RNA或DNA分子組成，可以特異性結合pre-mRNA或mRNA，通過促進靶標RNA衰變，或抑制其蛋白加工實現藥物作用。

最常用的機制是招募RNA酶H降解mRNA。ASO結合靶mRNA編碼區，形成穩定雙鏈雜交結構，促進RNA酶H1招募。RNAse H1通過位于N端的RNA結合結構與雜二鏈結合，導致RNA切割，下調靶標 mRNA 的轉錄。

ASO還可通過RNAse H1非依賴機制發揮作用，稱剪接切換ASOs或剪接切換寡核苷酸（SSO）。這一機制主要受剪接因子蛋白影響，這些蛋白可在特定位點促進（剪接增強劑）或抑制（切割沉默劑）剪接。

ASO的設計和合成都很簡單，所以從概念設計到臨床應用非常快，臨床可通過多種方式給藥，包括靜脈注射、皮下注射、局部注射和鞘內注射，能夠適應不同的醫療需求。

與其他藥物類別比，ASOs的免疫耐受良好，嚴重不良反應風險低。然而，如何高效遞送到靶組織，尤其是穿越血腦屏障（BBB）等生物屏障，是一個重大限制。

2

mRNA 藥物

mRNA是單鏈分子，結構上有5'帽和3' poly A結構，包含一個編碼目標基因的開放閱讀框，兩側為5'和3'非翻譯區。

mRNA藥物進入細胞后指導特定蛋白產生，用于蛋白替代療法和疫苗接種。一旦進入細胞，編碼的蛋白產物是藥理活性分子，其藥理活性取決于胞內翻譯的復雜調控。

mRNA藥物可進行個性化設計，能兼顧患者特定因素（如年齡、性別和疾病狀態）以最大化療效和安全性。然而mRNA藥物分子不穩定，在遞送、免疫激活及個體變異等方面面臨挑戰。（請看：《》《》）

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干擾 RNA 藥物

外源或內源雙鏈RNA被胞質RNAnase III酶Dicer切割為短的成熟雙鏈siRNA或miRNA。

隨后，siRNA\miRNA被整合進RNAi誘導沉默復合體（RISC），這是一種核糖核蛋白復合體，包含siRNA\miRNA和RISC催化成分Ago2蛋白。

siRNA\miRNA的正義鏈會被RISC降解，反義鏈作為功能成分保留作為蛋白復合物結合靶標mRNA的引導序列。

RISC利用單鏈引導RNA在細胞質中尋找目標mRNA序列并結合，隨后觸發Ago2蛋白的內切酶活性，切斷目標mRNA骨架中的磷酸二酯鍵。

siRNA和miRNA都是參與翻譯后基因調控的短雙鏈RNA，物理化學特征相似，但功能不同。

siRNA與目標mRNA具有完全互補的堿基配對，能誘導特定靶mRNA降解，實現基因沉默且無脫靶效應；miRNA往往具有不完全的堿基配對，這會導致翻譯抑制或mRNA不穩定，但不會降解mRNA。

miRNA的治療應用依賴兩種不同策略：抑制和替代。第一種策略通過使用miRNA拮抗劑抑制內源性miRNA，使miRNA無法被RISC處理或降解；miRNA替代方法模擬內源性miRNA的功能，發揮抑制作用。

siRNA和miRNA均可對目的基因進行沉默，實現藥效，但各優勢和局限性。

siRNA藥物靶向單一mRNA，具有高度選擇性，可最大限度地減少離靶基因沉默，已有多種基于siRNA的藥物獲批，證明了其臨床可行性；然而，基于siRNA的藥物由于核酸酶降解，體內穩定性較差，導致半衰期短且藥代動力學差。

相比下，基于miRNA的藥物可同時靶向大量mRNA，調節整個基因網絡和通路。這對治療復雜多基因病非常有用，但多靶點機制增加了非靶點效應風險。

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核酸適配體

適配體是短的合成單鏈寡核苷酸或多肽，能特異靶向蛋白、小分子、離子或細胞。和靶點結合后，阻斷蛋白-蛋白互作，從而起到拮抗劑的作用。

其功能得益于模仿抗體的能力，因此也被稱為化學抗體或擬抗體。但與傳統抗體不同，適配體具有穩定性強、免疫原性和分子量低，等特點。

適配體也可設計成在胞內發揮作用，這種情況下稱為“內聚體”。胞內適配體可結合并調節胞質或核內蛋白活性，影響基因表達、RNA轉運或酶活性等。

雙特異性適配體是經過工程設計的核酸分子，用來同時結合兩個不同的靶點，常是腫瘤相關抗原和免疫細胞受體，這樣的機制就類似于 TCE 了。

有意思的是，嵌合體適配體就像 ADC，一個結構是核酸適配體，另個結構是功能性藥物，這種設計能夠對靶點高特異的結合，實現靶向藥物遞送的功能。

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CRISPR-Cas系統與gRNA

CRISPR-Cas是一種革命性基因編輯技術，源自細菌適應性免疫機制，通過靶向并切割外來核酸來防御病毒和質粒。其功能依賴于工程化gRNA和RNA引導Cas核酸酶的利用。

其中gRNA專門用于與靶序列堿基配對，并結合Cas蛋白，從而形成Cas-gRNA核糖核蛋白復合物。隨后Cas核酸酶在特定目標位點切割雙鏈DNA，或在某些系統中切割單鏈RNA，從而促進精確的基因組編輯。

基于CRISPR-Cas的藥物利用gRNA的精準度引導基因編輯酶至特定DNA序列，實現高度靶向的修飾，精確編輯基因的能力為多種疾病開辟了廣泛的治療可能性，包括遺傳疾病、癌癥、傳染病、神經系統疾病和眼科疾病。

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tRNA

tRNA是長度70–90個核苷酸的 RNA，在蛋白合成過程中將mRNA密碼子翻譯成相應氨基酸。每個tRNA都是典型的三葉草狀二級結構，隨后折疊成更緊湊的L形三級結構。

基于tRNA的藥物旨在從蛋白質翻譯層面治療遺傳疾病。這些療法利用工程化的tRNA來處理干擾正常蛋白質合成的突變，特別是無義和錯義突變。

工程化tRNA能識別mRNA中的過早終止密碼子（無意義突變），并插入氨基酸，使核糖體產生全長且功能性強的蛋白質。此外，這些tRNA可以在錯義突變位點插入正確的氨基酸，從而有可能恢復蛋白質功能。基于tRNA的藥物旨在恢復完整功能性蛋白質的生成，這對治療效果通常至關重要。然而，與高效細胞遞送和穩定性相關的挑戰仍是臨床翻譯的關鍵。

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環狀 RNA

環狀RNA是一類內源性、共價閉合的RNA分子，因其穩定性、組織和細胞特異性的表達模式及在基因表達中的不同調控作用而備受關注。與線性RNA不同，環形RNA缺乏游離的5′和3′末端，這賦予了其對外切酶降解的抵抗力，增強了穩定性。

環RNA的機制之一是miRNA海綿化。環狀RNA包含多個特定miRNA的結合位點，以序列依賴方式結合miRNA，使其失活，從而防止mRNA靶點被抑制。通過專門設計的環RNA，配合定制的miRNA結合位點，定向到任何miRNA。

除miRNA海綿化外，環RNA還可以設計成以序列依賴的方式直接靶向并與pre-mRNA和mRNA轉錄本相互作用，通過與剪接因子競爭或影響剪接位點選擇，從而導致替代剪接，并通過立體阻礙或RNA二級結構的改變影響mRNA翻譯，從而影響翻譯效率。

此外，工程化環RNA還可用于通過競爭退火破壞致病或缺陷RNA二級結構，從而恢復正常RNA功能或抑制異常蛋白的翻譯。

環RNA治療代表了下一代有前景的基于RNA的藥物，具有穩定性、蛋白質表達和免疫原性等優勢。盡管尚未有環狀RNA藥物獲得FDA批準，但該領域正在迅速發展。

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核酶

核酶，或稱RNA酶，是具有內在酶活性的小型RNA分子，能識別并結合特定RNA序列，從而催化有害RNA的切割或突變RNA修復等反應。

與蛋白酶不同，核酶僅通過其RNA結構催化生化反應，促進轉錄后基因表達的調控。通過互補的堿基配對相互作用，核酶可專門的識別區選擇性結合目標mRNA，實現特定位點的切割或轉錄本穩定性和翻譯調節。

除催化降解功能外，核酶還能通過空間阻斷核糖體對mRNA的訪問來抑制基因表達，從而阻止翻譯的啟動或延長。這種類反義機制不需催化活性，而是利用核酶的序列特異性和穩定雜交。