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RNA靶向基因激活療法

前言

在21世紀(jì)初,人類基因組計(jì)劃完成后,人們發(fā)現(xiàn)許多疾病是由基因突變導(dǎo)致功能蛋白表達(dá)不足引起的。然而,在藥物開發(fā)中,開發(fā)具有抑制或拮抗作用的藥物更容易。隨著大規(guī)模重組蛋白生產(chǎn)和純化技術(shù)的創(chuàng)新,蛋白質(zhì)替代療法,即重組蛋白在臨床上取得了成功,如治療糖尿病的胰島素。然而,這種方法主要適用于分泌的蛋白質(zhì)或酶,并且受到這些分子復(fù)雜的藥代動(dòng)力學(xué)和成本相關(guān)問題的阻礙。此外,合成蛋白不太可能完全代表由選擇性剪接、翻譯后修飾和其他調(diào)節(jié)機(jī)制引起的蛋白質(zhì)內(nèi)源性功能的多樣性。

近年來,多種基于核酸的治療(NBT)方式已成為內(nèi)源性基因表達(dá)的有效和特異性激活劑。與基因治療補(bǔ)充基因表達(dá)的方法不同,RNA靶向療法通過選擇性調(diào)節(jié)內(nèi)源性RNA介導(dǎo)的細(xì)胞機(jī)制(如轉(zhuǎn)錄、剪接、翻譯、mRNA穩(wěn)定性和亞細(xì)胞定位)增強(qiáng)蛋白質(zhì)生產(chǎn)的能力。

目前,美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)和歐洲藥品管理局已經(jīng)批準(zhǔn)了幾種靶向剪接機(jī)制以調(diào)節(jié)突變外顯子的療法。這些方法可以特異性和可控地增加編碼和非編碼基因的表達(dá),降低開發(fā)和制造成本,從而增加可治療疾病的范圍;谝炎C明的治療潛力和巨大的未滿足的醫(yī)療需求,NBT在未來將迎來更加快速的發(fā)展。

蛋白表達(dá)上調(diào)的生物學(xué)

治療性蛋白的上調(diào)可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞中蛋白質(zhì)生產(chǎn)的任何階段的生物過程來實(shí)現(xiàn),包括轉(zhuǎn)錄、剪接、翻譯或翻譯后修飾。由于這些過程中的許多涉及DNA或mRNA,并由ncRNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié),因此它們特別容易受到NBT的調(diào)節(jié)。

轉(zhuǎn)錄激活是增加蛋白質(zhì)表達(dá)豐度研究最多的方法。遠(yuǎn)端增強(qiáng)子元件通過染色體環(huán)與活性基因啟動(dòng)子的物理相互作用募集轉(zhuǎn)錄因子、染色質(zhì)修飾物、中介復(fù)合體和RNA聚合酶II(Pol II),導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活。啟動(dòng)子區(qū)和增強(qiáng)子的雙向轉(zhuǎn)錄分別產(chǎn)生非編碼啟動(dòng)子RNA(pRNA)和增強(qiáng)子RNA(eRNA)。從蛋白質(zhì)編碼基因座、反式作用的長非編碼RNA(lncRNA)、pRNA和eRNA的反義鏈轉(zhuǎn)錄的天然反義轉(zhuǎn)錄物(NAT)可以對靶基因進(jìn)行表觀遺傳修飾和轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

NAT的一個(gè)關(guān)鍵特征是,它們可以特異性地以順式或反式的方式調(diào)節(jié)其正義基因的轉(zhuǎn)錄、RNA加工和翻譯。此外,NAT還具有多種調(diào)節(jié)功能,包括吸附miRNA和與mRNA配對以提高其穩(wěn)定性。但它們中的大部分是通過協(xié)調(diào)抑制因子來抑制其靶基因的表達(dá)。因此,用反義寡核苷酸(ASOs)靶向NAT可以導(dǎo)致正義基因的去抑制和蛋白表達(dá)的增加。

此外,天然存在的修飾核苷酸,如N6-甲基腺苷、5-甲基胞嘧啶、N1甲基腺苷、假尿苷和2′-O-甲基化核糖,發(fā)生在mRNA和lncRNA的轉(zhuǎn)錄過程中。通過NBTs可以調(diào)節(jié)這些修飾從而影響轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)。翻譯效率還可能受到mRNA結(jié)構(gòu)特征的影響,使用NBTs阻斷或增強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)的活性可能導(dǎo)致治療性蛋白表達(dá)上調(diào)。

臨床階段的NBT

在過去的5-7年里,NBT經(jīng)歷了爆炸性的增長,其中一些已經(jīng)獲得批準(zhǔn),而其他多種NBT正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)中進(jìn)行探索,下表顯示了已獲批的NBT。

調(diào)節(jié)拼接的NBT

突變引起的RNA剪接異常經(jīng)常導(dǎo)致非功能轉(zhuǎn)錄物被無義介導(dǎo)的降解(NMD)迅速破壞,導(dǎo)致受影響蛋白質(zhì)的短缺,這是許多疾病的基礎(chǔ)。此外,前mRNA的正常選擇性剪接可以包含所謂的“有毒外顯子”,導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄物通過NMD快速降解,從而降低蛋白質(zhì)水平。ASOs與調(diào)節(jié)剪接事件的前mRNA上的特定序列結(jié)合,可以防止突變或天然非生產(chǎn)性轉(zhuǎn)錄物的產(chǎn)生,并提高靶蛋白表達(dá)水平。

Vesleteplirsen(SRP-5051),是針對外顯子跳躍治療的下一個(gè)寡核苷酸新藥,其針對的是可以使用外顯子51跳躍治療的杜氏進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良(DMD)患者。在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)(NCT04004065)中,vesleteplirsen治療導(dǎo)致外顯子跳躍增加18倍,肌營養(yǎng)不良蛋白水平增加8倍。然而由于觀察到嚴(yán)重的低鎂血癥,該試驗(yàn)暫時(shí)擱置,后來隨著對尿液生物標(biāo)志物和鎂補(bǔ)充的擴(kuò)大監(jiān)測而恢復(fù)。

WVE-N531,這是一種新型的全身給藥反義寡核苷酸療法,目前正在15名易發(fā)生外顯子53跳躍的DMD患者中進(jìn)行臨床試驗(yàn)(NCT04906460)。中期結(jié)果表明,該藥物的肌肉濃度很高,平均外顯子跳躍率為53%。藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)顯示半衰期為25天,這可能支持每月給藥。WVE-N531的初步臨床結(jié)果表明,與亨廷頓舞蹈癥項(xiàng)目中的第一代DMD剪接轉(zhuǎn)換NBT和敲低NBT相比,其可能具有藥理學(xué)改善。

在用于治療其他疾病的剪接調(diào)節(jié)NBT中,sepofarsen(QR-110)在Leber先天性黑蒙的早期臨床試驗(yàn)中顯示出陽性結(jié)果(NCT03913143)。Sepofarsen靶向CEP290內(nèi)含子26中的c.2991+1655A>G變體。STK-001是Stoke Therapeutics開發(fā)的用于Dravet綜合征的SCN1A靶向剪接切換的寡核苷酸,目前正處于I/IIa期臨床試驗(yàn)(NCT04442295和NCT04740476)。

mRNA的遞送

與注射純化蛋白相比,將外源性mRNA引入病變細(xì)胞具有幾個(gè)優(yōu)勢,包括產(chǎn)生的蛋白產(chǎn)物的正確翻譯后修飾和亞細(xì)胞定位、較低的免疫原性、更簡單的制造過程和更低的成本。

治療性mRNA遞送技術(shù)的代表性臨床應(yīng)用之一是由Translate Bio/Sanofi開發(fā)的用于囊性纖維化的CFTR mRNA療法MRT5005,該療法在II期臨床試驗(yàn)(NCT03375047)中進(jìn)行了測試。MRT5005由體外轉(zhuǎn)錄的、未修飾的CFTR mRNA組成,包裹在脂質(zhì)納米顆粒中,經(jīng)霧化以允許吸入輸送到肺部。MRT5005在囊性纖維化患者中的I/II期臨床試驗(yàn)的中期結(jié)果顯示出良好的耐受性。肺功能結(jié)果參差不齊,部分患者的ppFEV1沒有明顯改善,而16毫克劑量組的3名患者從基線到第8天,平均最大增幅為15.7%。

由Moderna公司開發(fā)的mRNA-3927為丙酸血癥患者提供丙酰輔酶A羧化酶亞基α和β的雙重mRNAs。在進(jìn)行的I/II期臨床試驗(yàn)(NCT04159103)中,10名患者的耐受性良好,初步數(shù)據(jù)顯示,在疾病的自然過程中發(fā)生的臨床危機(jī)數(shù)量有所減少。

促進(jìn)核糖體翻譯的小分子

NBT與RNA的相互作用是基于它們的序列互補(bǔ)性,而RNA靶向小分子(rSM)靶向RNA的3D結(jié)構(gòu)。使用rSMs調(diào)節(jié)RNA靶點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)包括口服可用性,以及在某些情況下的血腦屏障通透性。

RIBOTACs是一種類似于蛋白水解靶向嵌合體(PROTACs)進(jìn)行蛋白酶體降解的小分子機(jī)制,其設(shè)計(jì)了與RNase募集部分相連的rSM,該募集部分可以靶向RNA進(jìn)行降解,能夠上調(diào)疾病相關(guān)蛋白。有設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過在線計(jì)算平臺INFORNA鑒定了一種獲批的藥物,受體酪氨酸激酶抑制劑dovitinib是致癌前miR-21的選擇性結(jié)合物。通過將dovitinib改造為RIBOTAC,這種dovitinib-RIBOTACs能夠在小鼠模型中抑制乳腺癌癥細(xì)胞向肺部的轉(zhuǎn)移。

此外,DT-216是治療弗里德里希共濟(jì)失調(diào)的一種rSM,在I/II期臨床試驗(yàn)中(NCT05285540和NCT05573698),DT-216顯示出良好的耐受性,單劑量給藥后,可使frataxin(FXN)mRNA在24小時(shí)內(nèi)增加1.2至2.6倍。

miRNA靶向NBT

近年來,miRNA已成為非常吸引力的治療靶點(diǎn)。合成寡核苷酸已被用于干擾該途徑,如miRNA模擬物(promirs)和miRNA阻斷劑(antagomirs)。根據(jù)miRNA的作用機(jī)制,這兩種干預(yù)類型都可能導(dǎo)致靶蛋白上調(diào)。

Remlarsen (MRG-201)是一種 miR-29的promirs,研究發(fā)現(xiàn)肺部疤痕組織的積累與miR-29的減少有關(guān)。因此,創(chuàng)造一種類似miR-29的分子的可能會逆轉(zhuǎn)這種疤痕。然而,由于高毒性,在人類的研究很快終止。隨后,miRagen/Viridian開發(fā)了新的、改進(jìn)后的MRG-229分子,他們對該分子進(jìn)行了化學(xué)改進(jìn),使其更加穩(wěn)定,并添加了一種肽,使其能夠更有針對性地傳遞。MRG-229在動(dòng)物模型中耐受性良好,沒有產(chǎn)生任何不良反應(yīng)。

miRNA阻斷劑的開發(fā)也已經(jīng)進(jìn)行了很長時(shí)間,但該領(lǐng)域一直受到多次失敗的困擾。Regulus停止了RGLS4326的臨床試驗(yàn),RGLS4326抑制miR-17,用于治療常染色體顯性遺傳性多囊腎病。然后又開發(fā)了下一代候選分子RGLS8429取代,RGLS8429沒有觀察到RGLS4326的脫靶中樞神經(jīng)系統(tǒng)事件,目前,正在進(jìn)行Ib期臨床試驗(yàn)(NCT02855268)。

另外,在罕見腎臟疾病Alport綜合征(NCT05521191)的II期臨床試驗(yàn)中,對一種抗miR-21的抗病毒藥物lademirsen進(jìn)行了測試。盡管該藥物耐受性良好,但中期無效性分析結(jié)果導(dǎo)致研究終止。

NBT的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

NBT的一些優(yōu)點(diǎn)使其非常適合于治療許多已知疾病導(dǎo)致的蛋白表達(dá)不足。NBT的特點(diǎn)是靶點(diǎn)特異性高,穩(wěn)定性好,半衰期大大延長(如數(shù)周或數(shù)月),不用頻繁給藥。已批準(zhǔn)NBT的多項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明了其良好的耐受性。NBT的開發(fā)時(shí)間周期短、成本低,可以對快速發(fā)展的癌癥和罕見遺傳疾病進(jìn)行個(gè)性化治療。

然而,與傳統(tǒng)的治療模式相比,NBT也都面臨著一些挑戰(zhàn)。目前NBT的一個(gè)常見缺點(diǎn)是它們無法穿過腸壁或血腦屏障。目前,這個(gè)問題可以通過靜脈、皮下、腦內(nèi)、側(cè)腦室或鞘內(nèi)給藥來解決。然而,這些方法是侵入性的,尤其是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的遞送,有一定的可能造成不良影響。因此,需要進(jìn)行更廣泛的研究,以開發(fā)化學(xué)修飾以及載體的給藥技術(shù),從而減少侵入性遞送途徑。此外,與大多數(shù)小分子相比,NBT具有復(fù)雜且目前知之甚少的藥代動(dòng)力學(xué)和藥效學(xué)。盡管存

在這些限制,但據(jù)報(bào)道,NBT開發(fā)的總體成功率與制藥行業(yè)的平均水平持平或高于平均水平。對2006年至2015年間進(jìn)行的7455項(xiàng)藥物開發(fā)計(jì)劃的分析表明,進(jìn)入臨床試驗(yàn)的新分子實(shí)體藥物中只有約6%獲得批準(zhǔn)。在這項(xiàng)分析中,新型生物制劑的成功率為11.5%。

小結(jié)

最近,NBT的進(jìn)展為蛋白質(zhì)表達(dá)上調(diào)治療疾病開辟了巨大的新機(jī)會。新冠肺炎mRNA疫苗的成功將RNA靶向蛋白上調(diào)技術(shù)推到聚光燈下,并可能加速該領(lǐng)域的重大突破;驕y序技術(shù)的改進(jìn),以及NBT在遺傳疾病中的可行性所激發(fā)的新希望,將導(dǎo)致遺傳研究的擴(kuò)展。人類基因組學(xué)的重大進(jìn)展使已知遺傳病因的疾病數(shù)量不斷增加。而這些都增加了NBT上調(diào)蛋白的適用性。

隨著對疾病基因組學(xué)和病理生理學(xué)理解的不斷發(fā)展,以及NBT技術(shù)、制造和監(jiān)管基礎(chǔ)設(shè)施的改進(jìn),NBT的臨床應(yīng)用將不斷擴(kuò)大,為更好地治療“罕見”疾病和個(gè)體化精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)開辟道路。

參考文獻(xiàn):

1.Amplifyinggene expression with RNA-targeted therapeutics. Nat Rev Drug Discov.2023May 30.

       原文標(biāo)題 : RNA靶向基因激活療法

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報(bào)。

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