美研丨寡核苷酸藥物市場前景、發展挑戰及應對策略

2023-02-16

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2006 年諾貝爾獎花落siRNA藥物，2018年全球首款siRNA藥物獲批，2020年首個mRNA疫苗獲批上市等等，這些都讓世人看到核酸類藥物的巨大潛力。核酸藥物作為繼小分子化藥和抗體藥物后的第三大類型藥物，在全球已經形成燎原之勢，發展勢頭迅猛，成為生物醫藥企業研發的重點和熱點。核酸藥物研發速度極快，靶向性高，有望突破傳統藥物無法解決的“不可成藥”的靶點。與此同時，核酸藥物的研發及工藝壁壘高，藥物于免疫系統的作用機理尚未完全清晰，遞送和專利修飾保護極其復雜。當前，核酸類藥物領域進入空前蓬勃發展的歷史時期。

核酸藥物概述

核酸藥物是指利用核酸分子的翻譯或調控功能對疾病進行干預的藥物。與傳統的小分子藥物和抗體藥物相比，核酸藥物能夠從源頭進行干預，抑制疾病相關基因表達為病理性蛋白，或引入能夠表達正常蛋白的基因彌補功能蛋白的不足。

寡核苷酸藥物是由人工化學合成的寡核苷酸單鏈或雙鏈組成的一類藥物，通過堿基互補配對作用于mRNA，干擾基因的解旋、復制、轉錄、mRNA 的剪接加工乃至輸出和翻譯等各個環節，使編碼異常的基因喪失功能，進而阻止“錯誤”蛋白質的表達，從而發揮基因水平上調控疾病基因轉錄翻譯過程的獨特機制。

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寡核苷酸藥物作用于病理基因表達的不同階段^[1]

核酸藥物分類

核酸藥物可主要分為寡核苷酸藥物和mRNA兩大類。代表性寡核苷酸藥物主要包括反義寡核苷酸(ASO)、小干擾 RNA(siRNA)、微小 RNA(miRNA)、小激活RNA（saRNA）、核酸適配體 (aptamer)和轉錄因子誘餌(decoy)、核酶（ribozyme）等。其中ASO和siRNA類型的寡核苷酸藥物應用廣泛。

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寡核苷酸藥物分類^[1]

全球寡核苷酸藥物發展現狀

近年來，隨著相關研究和技術的進步，核酸藥物迎來快速的發展，全球上市的核酸藥物數量逐年遞增，截至目前全球共有17款核酸藥物獲批上市。包括 15 款寡核苷酸藥物（3款已經退市）和 2 款 mRNA 產品。15 款獲批上市的寡核苷酸藥物包括9款ASO藥物、5款siRNA藥物和1 款核酸適配體。

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已獲批的核酸藥物^[2]

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已獲批的寡核苷酸藥物 (截至2022年6月)^[2]

與國外相比，國內目前還暫無獲批的寡核苷酸藥物，國內的寡核苷酸藥企業目前都還處于發展初期或者上升期。國內企業中寡核苷酸藥物的領先企業包括艾博生物、瑞博生物、圣諾制藥、中美瑞康等。

全球寡核苷酸藥物適應癥分布廣泛，包含了腫瘤，遺傳病性疾病，心血管系統疾病，新陳代謝疾病等多個疾病領域。腫瘤和遺傳性疾病病是臨床管線的適應癥中占比最多的。

寡核苷酸藥物作用機制

RNA干擾(RNAi)

RNAi 是指長雙鏈RNA被剪切為短雙鏈RNA 后，與蛋白質結合形成siRNA 誘導干擾復合體（RISC），短鏈RNA的正義鏈降解后，RISC再與特定mRNA結合，使mRNA降解，最終沉默相應基因的表達。這是一種高度保守的過程。

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RNAi的作用機制^[3]

反義寡核苷酸 (ASO)

ASO是指與靶基因mRNA互補的一段單鏈DNA或RNA序列，通常由十幾到幾十個堿基組成，通過化學合成的方式生產。對ASO進行某些特定的化學修飾后，ASO藥物通過一定方式進入細胞，能夠特異性地調控靶基因的表達。ASO靶向細胞內各種類型核酸（pre-mRNA、mRNA、非編碼 RNA）。ASO 主要通過刺激 RNAase H 活性來抑制蛋白質生產，這反過來又會導致靶 mRNA 降解（ASO“Gapmers”）。

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ASO 藥物作用機制^[3]

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核酸適配體 (nucleic acid aptamer)

核酸適配體是通過大型寡核苷酸文庫（稱為SELEX）篩選的單鏈DNA或RNA分子，以高選擇性和特異性結合特定靶點。常見的靶點包括小金屬離子和有機分子、蛋白質、病毒、細菌和整個細胞。靶點識別和結合涉及三維、形狀依賴性的相互作用以及疏水相互作用。下圖是適配體Pegaptanib通過與其受體VEGFR結合來抑制靶蛋白VEGF-165作用的示意圖。

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核酸適配體的作用機理^[3]

寡核苷酸藥物優勢

? 特異性強：寡核苷酸藥物是根據目標RNA人工設計的，所以目標明確，靶點特異性強。

? 設計簡便、研發周期短：寡核苷酸藥物臨床前研發首先通過測定基因序列，針對疾病基因進行合理設計，使基因靶向沉默，所以能避免盲目開發，很大程度上節省研發時間。

? 靶點豐富：寡核苷酸藥物從轉錄后水平進行治療，能針對一些蛋白靶點能有療效的特殊靶點進行突破，有望攻克尚無藥物的遺傳疾病。

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寡核苷酸與小分子藥物的優缺點比較^[4]

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寡核苷酸藥物開發挑戰和策略

寡核苷酸原料藥生產使用固相合成技術，在工藝開發、工藝放大和質量控制上存在較高壁壘，寡核苷酸原料藥固相合成配套設備、潔凈環境等前期投入非常大，同時生產需符合 GMP要求。因此，國內有能力生產寡核苷酸原料藥的企業較少，相關產業配套尚不完善，隨著市場需求的增加，能否保證寡核苷酸藥物的及時供應成為產品開發和商業化成功的重要挑戰。

核酸藥物合成&修飾：

美迪西核苷酸藥物化學合成平臺可以一站式提供單體合成、修飾；寡核苷酸合成；遞送系統合成以及寡核苷酸偶聯物的合成。已經建成的siRNA庫，不僅有豐富的單體庫存，而且擁有龐大的單體合成砌塊庫，可以快速完成各類修飾單體的合成。美迪西擁有專業的小核酸藥物的研發團隊可以提供高效快捷地研發服務；已有多個siRNA藥物FTE項目完成和進行中。

核酸藥物CMC研究：

寡核苷酸藥物開發過程中藥學方面的挑戰主要是寡核苷酸大規模生產能力和分析與質控能力要求高，大規模生產對單體原料，設備，合成工藝及純化方面都有很高要求。制劑方面的挑戰在于制備LNP（GalNac技術的小核酸除外）的難度高；分析方面挑戰在于寡核苷酸的有關物質與活性成分本身的結構相似性大，質量研究與控制需要多原理不同手段的分析方法進行，除了一般注射劑研究外還要進行LNP的包封率測定等。美迪西在siRNA等寡核苷酸藥物方面的CMC服務項目已啟動。

核酸藥物藥效學評價：

寡核苷酸藥物開發過程中藥效學方面的挑戰包括：靶向不足導致靶部位的寡核苷酸藥物濃度低導致給藥劑量不斷增高；寡核苷酸藥物與非靶 RNA 結合引發的脫靶毒性等。

美迪西案例：核酸藥物藥效學評價

? 不同用藥途徑的比較（如靜脈注射，瘤內局部注射）

? 體內藥效與靶標mRNA/蛋白質降解(PD)和寡核苷酸藥物的系統暴露量(PK)的相關性分析

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核酸藥物生物分析：

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美迪西案例：Compound A –siRNA plasma quantification (20 μL plasma)

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核酸藥物藥代動力學研究：

寡核苷酸藥物開發過程中藥代動力學PK方面的挑戰也是此類藥物較大的難題。未經修飾的寡核苷酸類藥物成藥性不佳；PK特性差；穩定性差；容易被核酸酶降解；分布特性差；和靶標的結合力不佳；生物分析方法開發難度大等。

通過化學修飾和遞送系統可以解決這些問題。隨著技術突破，部分難題目前得到較好的解決辦法，其中化學修飾可以避免核酸類藥物被核酸酶降解并延長半衰期，高效安全的遞送系統可以使寡核苷酸類藥物精準的靶向器官，比如肝臟，并提高細胞攝取效率，使寡核苷酸類藥物發揮較好的治療功能。寡核苷酸藥物從轉錄后水平進行治療，能針對難以成藥的特殊蛋白靶點實現突破，有望攻克尚無藥物治療的疾病包括遺傳性疾病和其他難治性疾病。

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核酸藥物遞送壁壘^[5]

美迪西藥代動力學團隊具備完善的寡核苷酸生物分析平臺、肝臟活體穿刺、肌肉活檢和鞘內注射平臺用于PK和PK/PD研究。

美迪西食蟹猴B超引導下肝臟活體穿刺、肌肉活檢和鞘內注射平臺用于PK和PK/PD

基因療法和核酸藥物的發展使得建立猴模型并開展相關研究成為熱點。因基因、形態學、生理生化等特點與人類高度近似，使得非人靈長類（尤其是食蟹猴）與人類在進化關系上最為接近，在模型構建、疾病機制研究以及藥物研發方面優勢突出。目前已經建立了多種疾病模型。

在進行食蟹猴肝臟疾病模型變化的長期動態實驗觀察中，由于受到動物疾病模型與實驗客觀條件的限制，在對這些疾病模型的病理分析和診斷時，科研人員大多通過盲穿或手術或安樂死取材的方法得到肝組織，不僅對動物創傷大、術后護理復雜，且易導致各類并發癥，不利于疾病模型的長期觀察。

而美迪西食蟹猴B超引導下肝臟活體穿刺平臺能夠最大程度地避開大血管及膽囊，具有創傷小、穿刺操作安全簡便、定位準確、術后恢復較好等優勢。B超引導下肝臟活體穿刺平臺可實時動態顯示活檢針進針取材的全過程，大大提高了穿刺的成功率和實驗結果的準確性，同時也促進了實驗動物福利的完善，已經多次應用于基因治療藥物的臨床前體內PK和PK/PD評價項目，并在同一個體動物上不同時間點實現連續采集多份肝臟樣品。

同時，食蟹猴肌肉活檢平臺同樣可實現在同一個體動物上連續采集多份肌肉樣品；對于神經系統治療藥物，局部鞘內注射平臺實現局部治療，都能夠為基因療法和核酸藥物臨床前PK和PK/PD評價提供有力支持。

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美迪西DMPK部門開展食蟹猴肝臟穿刺活檢用于PK/PD研究

寡核苷酸藥物未來市場前景

寡核苷酸藥物具有特異性強、設計便捷、研發周期短、靶點豐富等優點，是當前生物醫藥領域研究的重點。同時遞送技術的發展與創新不斷促進核酸藥物給藥途徑的進步。核酸藥物遞送平臺（偶聯遞送系統、納米顆粒載體等）的開發將推動遞送技術和多種給藥途徑（如：皮下注射、靜脈注射、霧化吸入、瘤內注射等）的共同發展。

未來，隨著寡核苷酸藥物的應用領域和技術領域不斷突破創新，技術的更新將有助于寡核苷酸藥物的發展。市場需求和市場規模將持續擴大，寡核苷酸藥物的適應癥范圍廣，包括腫瘤、罕見病、病毒性疾病、腎臟疾病、心血管疾病、炎癥類疾病、代謝類疾病等。因此，寡核苷酸藥物潛在適應人群基數大，隨著技術的發展和生產的成熟，寡核苷酸藥物市場在未來將有更廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1] Kazuki Takakura, et al. The Clinical Potential of Oligonucleotide Therapeutics against Pancreatic Cancer. Int J Mol Sci. 2019 Jul 6;20(13):3331. doi: 10.3390/ijms20133331.

[3] Ageliki Laina, et al. RNA Therapeutics in Cardiovascular Precision Medicine. Front Physiol. 2018 Jul 25;9:953. doi: 10.3389/fphys.2018.00953. eCollection 2018.

[4] Phuc Tran, et al. Delivery of Oligonucleotides: Efficiency with Lipid Conjugation and Clinical Outcome. Pharmaceutics. 2022 Feb 1;14(2):342. doi: 10.3390/pharmaceutics14020342.

[2] Seong Jun Jo, et al. Clinical Pharmacokinetics of Approved RNA Therapeutics. Int J Mol Sci. 2023 Jan 1;24(1):746. doi: 10.3390/ijms24010746.

[5] Xuyu Tan, etal. Nucleic acid-based drug delivery strategies. JControl Release. 2020 Jul 10;323:240-252.

[6] David Bumcrot, et al. RNAi therapeutics: a potential new class of pharmaceutical drugs. Nat Chem Biol. 2006 Dec;2(12):711-9. doi: 10.1038/nchembio839.

核酸藥物研發寡核苷酸藥物