RNA：藥物開發(fā)的“新鑰匙”

楊冬

自從新冠肺炎暴發(fā)并在全世界蔓延以來，人們急切盼望科學(xué)家能夠第一時間研制出高效的疫苗。一些生物制藥公司使用RNA技術(shù)在很短的時間內(nèi)開發(fā)出了新冠疫苗。隨著越來越多的國家批準(zhǔn)新冠疫苗進(jìn)入臨床應(yīng)用，并開始組織大規(guī)模疫苗接種，RNA技術(shù)也走進(jìn)了大眾視野。那么，RNA技術(shù)到底與傳統(tǒng)藥物研發(fā)有什么不同？如何利用RNA技術(shù)開發(fā)新藥呢？

克里克的“中心法則”

與詹姆斯·沃森于1953年共同提出了DNA的雙螺旋模型后，弗朗西斯·克里克在1956年提出了“中心法則”?！爸行姆▌t”認(rèn)為，遺傳信息的流動是從DNA到RNA然后到蛋白質(zhì)的。在細(xì)胞中，遺傳信息被永久地儲存在DNA里面，等到細(xì)胞需要使用某一條信息（即需要表達(dá)某個基因）時，相應(yīng)的信息（即相應(yīng)的基因的序列）就會被臨時寫到RNA上（稱為轉(zhuǎn)錄）。這條RNA被稱為信使RNA，即mRNA。然后，細(xì)胞內(nèi)的核糖體根據(jù)這條mRNA上記錄的信息合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)（稱為翻譯）。合成后的蛋白質(zhì)直接在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮各種作用，其中最重要的作用就是作為生物催化劑（酶）完成各種生物化學(xué)反應(yīng)。

在之后的60多年里，科學(xué)家對“中心法則”進(jìn)行了多次修正。比如，在某些情況下，RNA的信息可以被轉(zhuǎn)移到DNA中，這個過程被稱為逆轉(zhuǎn)錄。很多病毒，如導(dǎo)致艾滋病的人類免疫缺陷病毒，就是逆轉(zhuǎn)錄病毒。它們在其生活史中有一個階段就是把RNA中的信息復(fù)制到DNA上。之后，這段DNA會被病毒插入它們感染的人體細(xì)胞的DNA之中，從而永久地保留在細(xì)胞里面。這也是艾滋病難以被徹底治愈的原因之一。此外，有很多病毒的遺傳信息是保存在RNA中的，它們沒有DNA，流感病毒、狂犬病毒、新冠病毒都屬于此類。

目前的科學(xué)研究還表明，在真核生物（即擁有細(xì)胞核的生物，比如動物、植物、真菌等）的細(xì)胞里，通過轉(zhuǎn)錄合成的往往是mRNA的前體。它們還需要經(jīng)過剪接去除特定的序列（內(nèi)含子）以形成可以翻譯的mRNA。在很多情況下，一種基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以被剪接成不同的mRNA，并被翻譯成不同的蛋白質(zhì)。因此，一種基因所攜帶的遺傳信息并不一定是唯一的。后來，又有研究表明，細(xì)胞里面有很多RNA并不直接攜帶合成蛋白質(zhì)的信息，也就是說它們不是mRNA。這些RNA的作用并不是指導(dǎo)核糖體如何合成蛋白質(zhì)，而是調(diào)控其他基因的表達(dá)。另外，作為最終的“效力分子”之一的生物催化劑也不僅僅局限于蛋白質(zhì)。在有些情況下，RNA也可以作為生物催化劑來發(fā)揮作用。所以，隨著研究的深入，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，RNA的地位日趨重要，真可以稱作“中心法則的中心”了。事實上，不少科學(xué)家猜測，在生命起源的最初階段，生命的主要形式就是各種自我復(fù)制、自我催化的RNA分子，他們把這個階段稱為“RNA世界”，而DNA以及蛋白質(zhì)都是后來才進(jìn)化出來的。

從“小分子”到“大分子”

在藥物開發(fā)過程中，研究人員要首先發(fā)現(xiàn)一個靶點，也就是鎖。因此，藥物開發(fā)就有點像給一把鎖配一把合適的鑰匙。例如，如果你要治療艾滋病，那么人類免疫缺陷病毒中催化逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)錄酶就是一個很好的靶點。如果你有一種藥物，能夠像鑰匙插入鎖中一樣精確地結(jié)合到這個酶上面，那么酶就會失去活性，人類免疫缺陷病毒也就無法復(fù)制了。

大多數(shù)藥物的靶點都是蛋白質(zhì)。從藥物本身而言，大部分藥物都是小分子化合物。進(jìn)入細(xì)胞后，小分子藥物可以與靶點上的特定部位結(jié)合，從而發(fā)揮藥效。近年來，生物制藥公司又開發(fā)了基于蛋白質(zhì)或者小肽的大分子藥物。最常見的大分子藥物是抗體。例如，很多癌細(xì)胞需要表皮生長因子受體才能保持生長，所以，相應(yīng)的抗體可通過阻遏表皮生長因子受體的功能來阻止癌細(xì)胞生長。與小分子藥物相比，大分子藥物與靶點特異性結(jié)合的能力更強(qiáng)，但是由于大分子藥物無法通過腸道吸收，通常依賴于注射，無法開發(fā)成口服藥物。

RNA也能當(dāng)“鑰匙”

隨著科學(xué)家對RNA的認(rèn)知逐步深入，藥物研發(fā)人員又把目光投到了RNA上。能不能將RNA分子開發(fā)為藥物呢？正如前面所講，藥物的本質(zhì)是一把鑰匙，如果想拿RNA作為鑰匙，那鎖又是什么呢？

首先，研究者想到的是，RNA可以用來調(diào)控基因表達(dá)。我們要做的就是以一種RNA為鑰匙去開一把由DNA或者RNA構(gòu)成的鎖。比如，有一種反義寡核苷酸技術(shù)，即通過設(shè)計一段可以和DNA或者其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（mRNA或者mRNA前體）的部分序列互補(bǔ)配對的RNA序列，這樣就有可能阻斷相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄或者翻譯。它也可能影響到mRNA前體的剪切，甚至促進(jìn)mRNA的降解。目前，在這個領(lǐng)域投入較多研發(fā)力量的是伊奧尼斯制藥公司（Ionis）。該公司開發(fā)的諾西那生（Nusinersen）是治療遺傳病脊髓性肌萎縮癥（SMA）的有效藥物，在2016年作為罕見藥物被批準(zhǔn)上市。

對于mRNA這把鎖，目前更有希望的鑰匙是小干擾核酸（siRNA）技術(shù)。這個技術(shù)利用了一種名為RNA干擾（RNAi）的現(xiàn)象。一個比較成功的例子是Inclisiran，這種藥物是PCSK9的小干擾核酸。PCSK9又被稱為前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素，它起著升高血液中低密度脂蛋白膽固醇的作用。因此，從控制膽固醇水平角度出發(fā)，減少PCSK9顯然是一個可行的策略。通過誘導(dǎo)降解PCSK9的mRNA，Inclisiran可以有效達(dá)到治療效果。2020年4月發(fā)表在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》的三期臨床試驗表明，該藥只需要每6個月皮下注射一次，就可以使低密度脂蛋白膽固醇下降約50%。因此，如果Inclisiran未來能夠被批準(zhǔn)上市，它很有可能成為一種可有效治療高膽固醇血癥的藥物。

利用RNA技術(shù)開發(fā)疫苗

前面的例子都是將RNA作為鑰匙，如果我們想讓一個蛋白質(zhì)成為鑰匙，是不是還可以利用RNA技術(shù)呢？答案是肯定的。

我們可以回想一下mRNA。在細(xì)胞內(nèi)，mRNA通過翻譯可以合成它所編碼的蛋白質(zhì)。我們可以給細(xì)胞輸送一條mRNA，讓它在細(xì)胞內(nèi)合成用來作為鑰匙的蛋白質(zhì)，讓這把鑰匙在細(xì)胞內(nèi)打開它的鎖，不就達(dá)到治療效果了嗎？

現(xiàn)在，有很多公司在研究如何利用mRNA技術(shù)開發(fā)藥物。不過，出人意料的是，這個技術(shù)目前最成功的例子（從嚴(yán)格意義上講）并不是藥物，而是疫苗。2020年，全球新冠肺炎流行后，如何能夠快速開發(fā)一種高效的疫苗成了當(dāng)務(wù)之急。兩家生物制藥公司—拜恩泰科和輝瑞，不約而同地使用了mRNA技術(shù)。藥物研發(fā)者的做法是用mRNA編碼新冠病毒的刺突蛋白。這個蛋白對于病毒識別人體細(xì)胞上的受體起關(guān)鍵作用，因此也是抗體識別的主要位點。通過向人體細(xì)胞輸入編碼該蛋白的mRNA，人體細(xì)胞就可以自己合成病毒的刺突蛋白，從而刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體，以達(dá)到免疫效果。目前，三期臨床試驗的初步數(shù)據(jù)顯示，此類疫苗有很好的保護(hù)效果，因此一些國家已經(jīng)批準(zhǔn)了該藥的緊急使用授權(quán)。從理論上講，由于只需要改變RNA的序列就可以使疫苗適應(yīng)不同的病毒突變體，所以mRNA疫苗對于應(yīng)付快速突變的病原體有一定的優(yōu)勢。當(dāng)然，由于mRNA疫苗目前還屬于最新技術(shù)，因此它的生產(chǎn)、副作用等諸多問題還需要進(jìn)一步優(yōu)化。

所有的RNA藥物技術(shù)都面臨一個無法回避的問題：要讓RNA發(fā)揮作用，首先得把RNA送到細(xì)胞里面去。這個問題目前并沒有一個“一錘定音”的解決方案。一個比較常用的方法是用脂質(zhì)體納米顆粒把RNA包裹在里面，然后利用這種顆粒將其送入細(xì)胞內(nèi)。比如，針對新冠肺炎的mRNA疫苗就使用了這種技術(shù)。另一個技術(shù)是通過把RNA與GalNac（N-乙?；?D-半乳糖胺）偶聯(lián)，這種方法可以有效地把RNA遞送到肝臟細(xì)胞內(nèi)（但是僅限于肝細(xì)胞）。比如，前面講的治療高膽固醇血癥藥物Inclisiran就使用了這一技術(shù)?？傊?，如何有效遞送RNA藥物是當(dāng)前一個被積極探索的方向。目前，雖然有很多方法，但是都有各自的局限性，未來應(yīng)該會有更好的解決方案。

藥物從小分子化合物到大分子的蛋白質(zhì)，又到RNA，經(jīng)歷了漫長的演變過程。作為藥物，RNA只是一個新來者，但是可以預(yù)見，RNA藥物會與它的前輩一樣，為人類的健康做出前所未有的貢獻(xiàn)。