小核酸藥物靶點(diǎn)的類型、作用原理及臨床前動物模型應(yīng)用的介紹

在生命科學(xué)的前沿陣地，小核酸藥物正以破竹之勢掀起一場醫(yī)藥革命。不同于傳統(tǒng)化療藥物的“地毯式轟炸”，這類基于基因調(diào)控的超精準(zhǔn)“導(dǎo)彈”，憑借對疾病根源基因的定向打擊，為攻克諸多疑難雜癥帶來曙光。今天，讓我們一同探秘小核酸藥物的核心靶點(diǎn)，揭開其類型、作用原理、基因組戰(zhàn)場坐標(biāo)及臨床前動物模型應(yīng)用的神秘面紗。

圖1. 小核酸藥物工業(yè)的關(guān)鍵里程碑^[1]。

Part.1 小核酸藥物家族全解析：各有所長的基因調(diào)控特工隊(duì)
小核酸藥物陣營匯聚三大主力干將，恰似功能各異卻協(xié)同作戰(zhàn)的特種部隊(duì)。

反義寡核苷酸（ASO）
反義寡核苷酸堪稱 mRNA 的“封鎖者”。這類單鏈核酸分子專為互補(bǔ)結(jié)合靶標(biāo) mRNA 設(shè)計(jì)，像定制化拼圖般嚴(yán)絲合縫嵌入，直接阻斷翻譯起始或引發(fā) RNase H 介導(dǎo)的 mRNA 降解，從源頭掐斷致病蛋白合成鏈路。在脊髓性肌萎縮癥治療里，ASO 精準(zhǔn)綁定 SMN2 基因轉(zhuǎn)錄本，修正剪接異常，讓功能性蛋白重獲表達(dá)，為絕癥患者點(diǎn)燃希望之光。

圖2. ASO作用示意圖^[1]。

小干擾 RNA（siRNA）
小干擾 RNA 是 RNA 干擾（RNAi）pathway 的激活先鋒。雙鏈結(jié)構(gòu)的 siRNA 一旦潛入細(xì)胞，即刻被 Dicer 酶拆解成單鏈向?qū)�，融�?RISC 復(fù)合體，依循堿基互補(bǔ)鎖定目標(biāo) mRNA，催化其特異性裂解。肝炎治療賽道上，針對乙肝病毒 mRNA 的 siRNA 藥物高效沉默病毒復(fù)制關(guān)鍵基因，遏制病情進(jìn)展，展現(xiàn) RNAi 強(qiáng)大威力。

圖3. siRNA的RNAi機(jī)制^[1]。

微小 RNA（miRNA）
微小 RNA仿若機(jī)體自帶的精細(xì)“調(diào)光開關(guān)”。天然 miRNA 通過不完全匹配結(jié)合多個靶 mRNA 的 3’非翻譯區(qū)，微調(diào)蛋白輸出水平；人工設(shè)計(jì)的 miRNA 模擬物或抑制劑，能矯正失調(diào)的 miRNA 網(wǎng)絡(luò)。心血管疾病研究中，上調(diào)護(hù)心 miRNA 表達(dá)或抑制促炎 miRNA，可重塑病理心肌細(xì)胞命運(yùn)，開拓治療新思路。

圖4. miRNA的RNAi機(jī)制^[1]。

Part.2 基因組戰(zhàn)場精準(zhǔn)制導(dǎo)：鎖定關(guān)鍵戰(zhàn)略坐標(biāo)
小核酸藥物的“打擊精度”取決于對基因組靶區(qū)的精妙抉擇，不同藥物各有所攻。

ASO 常聚焦于 mRNA 的關(guān)鍵功能域，尤其是 5' 帽附近啟動子區(qū)或剪接位點(diǎn)周遭。干預(yù)鐮刀型細(xì)胞貧血癥時，ASO 瞄準(zhǔn) β-珠蛋白基因前體 mRNA 異常剪接節(jié)點(diǎn)，修正遺傳密碼錯誤，促使正常血紅蛋白重生。

siRNA 偏愛靶向蛋白編碼區(qū)的開放閱讀框（ORF），此處堿基序列特異，易于精準(zhǔn)識別。在腫瘤靶向治療中，針對致癌激酶融合基因 ORF 設(shè)計(jì) siRNA，可精確敲低變異蛋白，且不誤傷旁系基因，實(shí)現(xiàn)高效低毒抗癌。

miRNA 相互作用位點(diǎn)散布 mRNA 3’ UTR，猶如多點(diǎn)控制的電路樞紐。開發(fā)神經(jīng)退行性疾病藥物時，調(diào)控神經(jīng)元生死攸關(guān)的 Bcl-2 家族成員 mRNA 3’ UTR 上 miRNA 響應(yīng)元件，平衡細(xì)胞凋亡與存活，守護(hù)大腦機(jī)能。

Part.3 臨床前動物模型：藥物研發(fā)的“試煉場”
從實(shí)驗(yàn)室研究到臨床應(yīng)用，合適的動物模型是小核酸藥物研發(fā)過程中不可或缺的關(guān)鍵驗(yàn)證平臺，其選擇策略直接關(guān)系到項(xiàng)目的成敗。南模生物已成功開發(fā)了多種人源化小鼠模型，為藥物研發(fā)提供了重要支持。

案例一：
Lp(a)作為心血管疾病的重要致病因子，可通過促進(jìn)動脈硬化、炎癥反應(yīng)及血栓形成的病理機(jī)制，獨(dú)立引發(fā)心血管系統(tǒng)損傷，其遺傳相關(guān)性已獲醫(yī)學(xué)界廣泛認(rèn)可。然而當(dāng)前臨床治療領(lǐng)域尚未建立針對該靶點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化治療方案，基于核酸干擾技術(shù)的新型藥物研發(fā)為突破這一困境帶來曙光。其中，Olpasiran（含AMG890/SLN360等候選藥物）在降低Lp(a)水平的臨床前研究中展現(xiàn)出顯著療效與良好的安全窗，極有希望成為首個獲批的治療性藥物。

為加速小核酸藥物開發(fā)進(jìn)程，南模生物創(chuàng)新構(gòu)建了系列LPA人源化小鼠模型，通過模擬人類疾病特征，為藥效評估及機(jī)制研究提供精準(zhǔn)的定制化解決方案。

pAlb-hLPA-Tg（NM-TG-231782）
 

圖5. 血清hLPA蛋白水平及單次給藥后抑制率。(Data來自合作者）

案例二：
INHBE作為核酸藥物的靶點(diǎn)，是因其在脂肪代謝中的作用。研究表明，INHBE的罕見功能缺失突變可以促進(jìn)健康的脂肪儲存，降低肝臟炎癥、血脂異常和Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。因此，靶向INHBE的RNAi療法被認(rèn)為是一種有潛力的減肥藥物，因?yàn)樗�能夠增加脂肪消耗，改善新陳代謝，同時保持肌肉質(zhì)量。

南模生物利用同源重組把小鼠 Inhbe 基因替換成人 INHBE 的完整編碼序列，構(gòu)建 INHBE 人源化敲入小鼠。該模型可用來評價(jià)靶向人類 INHBE 的小核酸藥物（siRNA、ASO 等）的體內(nèi)活性、藥代/藥效關(guān)系及毒性。該 hINHBE 人源化小鼠已驗(yàn)證具備高表達(dá)、可分泌、可被小核酸藥物高效抑制 三大特征，是靶向人 INHBE 的核酸藥物臨床前體內(nèi)研究的首選模型。

hINHBE（NM-HU-233512）

圖6. qPCR檢測肝臟中INHBE的表達(dá)。hINHBE小鼠被隨機(jī)分為 3 組，分別接受測試藥物（合作者提供）的治療。結(jié)果顯示，測試藥物能有效降低肝臟中INHBE的表達(dá)。

案例三：
SERPINC1（抗凝血酶III，ATIII）是一種重要的絲氨酸蛋白酶抑制劑，屬于SERPIN超家族成員，主要功能是抑制凝血酶及其他活化絲氨酸蛋白酶，調(diào)節(jié)凝血級聯(lián)反應(yīng)，是彌散性血管內(nèi)凝血（DIC）的重要標(biāo)志物。SERPINC1的異常與血栓栓塞風(fēng)險(xiǎn)增加、高血壓、腎臟疾病等多種疾病相關(guān)。SERPINC1作為重要的凝血調(diào)節(jié)因子，其靶點(diǎn)人源化小鼠模型的開發(fā)可能有助于研究其在疾病中的作用機(jī)制，以及開發(fā)針對SERPINC1相關(guān)疾病的治療策略。

南模生物開發(fā)的SERPINC1人源化小鼠模型，意義在于其能夠更接近人類生理系統(tǒng)，提高藥物研發(fā)的準(zhǔn)確性和效率。通過基因編輯技術(shù)，人源化小鼠模型可以模擬人類疾病狀態(tài)，為藥物篩選、毒性評價(jià)、免疫治療等提供重要工具。

hSERPINC1（NM-HU-225075）

圖7. APTT檢測hSERPINC1小鼠的凝血時間。

案例四：
ANGPTL3是一種由肝臟合成的脂蛋白酯酶和內(nèi)皮酯酶抑制劑，抑制ANGPTL3被證實(shí)可降低血清低密度脂蛋白（LDL）、血清和肝臟甘油三酯水平，是心血管疾病的一個新治療靶點(diǎn)。Arrowhead公司的ARO-ANG3是一款靶向ANGPTL3的RNAi療法，被開發(fā)用于治療血脂異常、家族性高膽固醇血癥，已進(jìn)入臨床III期。

南模生物自主研發(fā)了ANGPTL3人源化小鼠模型，可用于相關(guān)藥物的開發(fā)。

hANGPTL3(4)（NM-HU-210036）

圖8. 檢測給藥前后hANGPT3小鼠的血脂水平。將hANGPT3小鼠隨機(jī)分為兩組（n=8），對小鼠施用ARO-ANG3（一種靶向ANGPTL3的核酸藥物），結(jié)果顯示，ARO-ANG3處理組TG，T-CHO，HDL-C水平顯著降低。

圖9. qPCR和ELISA檢測給藥前后hANGPT3小鼠的ANGPT3 mRNA和蛋白水平 。結(jié)果顯示，ARO-ANG3處理組的人 ANGPT3表達(dá)顯著降低。

案例五：
補(bǔ)體系統(tǒng)是先天免疫系統(tǒng)的一部分，主要功能是通過溶胞，吞噬及介導(dǎo)炎癥反應(yīng)來清除入侵的病原體。補(bǔ)體系統(tǒng)的各成分可根據(jù)不同的生物學(xué)功能分為3類：補(bǔ)體固有成分（C2、C3、C5等）、補(bǔ)體調(diào)節(jié)蛋白（CI抑制物、I因子、H因子）和補(bǔ)體受體（CR1、CR2、CR3、CR4、CR5、C3aR等）。補(bǔ)體失效或過度激活也會導(dǎo)致多種疾病，如缺血性中風(fēng)、膿毒癥等急性炎癥，牙周病、眼部疾病等慢性炎癥，紅斑狼瘡等自身免疫性疾病；此外，一些腫瘤、腎病、神經(jīng)退行性疾病、慢性溶血、血栓性微血管病等也與補(bǔ)體系統(tǒng)異常有關(guān)。

南模生物已成功構(gòu)建補(bǔ)體系統(tǒng)相關(guān)的人源化小鼠模型系列，為補(bǔ)體靶向藥物研發(fā)提供關(guān)鍵體內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺。

hC3（NM-HU-2000079）

圖10 ELISA檢測血清hC3水平。結(jié)果顯示，ARO-C3處理組hC3小鼠的血清human C3水平顯著降低。

圖11. hC3小鼠的生存率和體重。結(jié)果顯示，ARO-C3處理組小生存率增高且體重?zé)o明顯變化。
 

圖12. hTFR1小鼠中TFR1靶向治療藥物的體內(nèi)評價(jià)。給藥18h后采集腦組織和血清，對抗體的腦濃度、血清濃度及腦血清比進(jìn)行定量分析。如圖所示，TFR1表現(xiàn)出更高的血清清除率和增強(qiáng)的腦暴露水平。

Part.4 展望：突破瓶頸，駛向治愈彼岸
小核酸藥物靶點(diǎn)研究雖碩果累累，但征途依舊充滿挑戰(zhàn)。脫靶效應(yīng)如同暗礁，可能引發(fā)免疫風(fēng)暴或意外基因沉默；遞送載體穿越生物屏障的效率瓶頸，制約藥物全身可用性。然而，隨著人工智能輔助靶點(diǎn)篩選、新型納米遞送系統(tǒng)迭代升級，精準(zhǔn)度與遞送效能持續(xù)攀升。

從罕見病救贖到抗擊重大疾病，小核酸藥物靶點(diǎn)探索已點(diǎn)亮希望燈塔。未來，借由深耕靶點(diǎn)機(jī)制、精研動物模型，更多小核酸良藥將跨越研發(fā)鴻溝，精準(zhǔn)命中病魔要害，為全球患者開啟康復(fù)新紀(jì)元，書寫基因療法華章。此刻，我們正站在生命科學(xué)顛覆性突破的前夜，靜候佳音奏響。

南模生物針對小核酸藥物研究的常見靶點(diǎn)自主研發(fā)了多種人源化動物模型，助力小核酸藥物的臨床前研究，模型信息詳見下表，歡迎咨詢。

參考文獻(xiàn)

1. Miao Y, Fu C, Yu Z, Yu L, Tang Y, Wei M. Current status and trends in small nucleic acid drug development: Leading the future. Acta Pharm Sin B. 2024 Sep;14(9):3802-3817. doi: 10.1016/j.apsb.2024.05.008. Epub 2024 May 15. PMID: 39309508; PMCID: PMC11413693.

2. Bowerman M, Becker CG, Yáñez-Muñoz RJ, Ning K, Wood MJA, Gillingwater TH, Talbot K; UK SMA Research Consortium. Therapeutic strategies for spinal muscular atrophy: SMN and beyond. Dis Model Mech. 2017 Aug 1;10(8):943-954. doi: 10.1242/dmm.030148. PMID: 28768735; PMCID: PMC5560066.

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上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領(lǐng)域，打造了以基因修飾動物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構(gòu)建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評價(jià)等多個技術(shù)平臺，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動物模型產(chǎn)品解決方案。