寡核苷酸药物的类别及其作用原理

反义寡核苷酸

反义寡核苷酸(Antisense oligonucleotides, ASODNs)是指人工合成的、与特定基因互补的寡核苷酸(DNA或RNA)及其类似物，长度为13−25个碱基的核酸片段，它可以通过碱基互补配对原则结合于靶基因或靶RNA上，从而抑制基因的表达。很多遗传性、代谢性和病毒性疾病都是由于基因表达异常引起的。

反义寡核苷酸作为药品的原理是利用碱基互补配对原则与特定的信使RNA (Messenger RNA，mRNA)进行配对，抑制其表达，阻断遗传信息从DNA传递到蛋白质。根据核酸杂交原理，反义寡核苷酸能与特定的基因、病毒核酸或其转录产物结合，特异性抑制致病基因或病毒基因的表达。通过反义寡核苷酸抑制致癌基因或病毒的关键编码基因，可特异性抑制肿瘤细胞增殖生长并诱导细胞凋亡。

靶向mRNA或microRNA的反义寡核苷酸，已被广泛用作分子生物学的研究工具，以特异性和选择性地下调特定基因的表达。基因表达的产物是蛋白质，传统小分子药物主要作用于致病蛋白质，而反义寡核苷酸药物则直接作用于致病基因本身，因此比小分子化学药物更具选择性，而且具有高效、低毒、稳定有效、不易产生耐药性等优点，是理想的抗癌和抗病毒药物。

第一个通过美国食品及药品管理局(Food and Drug Administration，FDA)咨询委员会认证并应用于临床的反义核酸药物是用于治疗艾滋(AIDS)病人巨细胞病毒感染的视网膜炎的福米韦生(Fomivirsen或Virtravene)。然而，早先的实验室或临床研究中一些反义核酸稳定性、特异性和有效性不高，并且存在严重的毒副作用，因此学术界一度对反义核酸药物产生质疑，并导致上世纪末反义核酸药物的研发相对较为缓慢。

然而，近年来一些高效的新型反义核酸药物的出现，使反义核酸药物研究得以复兴。反义寡核苷酸作为用于抗肿瘤、抗病毒治疗的药物，是目前最有应用前景的基因靶向治疗药物。目前有数十种反义寡核苷酸药物正在进行临床试验或动物实验，针对包括癌症、肥胖、心血管疾病、精神病、代谢性疾病和病毒感染等。靶向作用于miRNA或mRNA的反义寡核苷酸预计能用于治疗多种人类疾病。

2013年1月美国ISIS公司和Genzyme公司合作的一大成果——反义寡核苷酸药物Mipomersen (商品名KYNAMROTM)通过美国FDA认证。Mipomersen是合成的烷基修饰反义寡核苷酸辅助降脂药物，通过抑制载脂蛋白ApoB-100的mRNA，以降低家族性高胆固醇血症(HoFH)患者的低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、载脂蛋白B (Apo B)、总胆固醇(TC)和非高密度脂蛋白胆固醇(非高密度脂蛋白C)。

如图1所示，针对成熟mRNA，既可以设计反义寡核苷酸，使其与mRNA结合形成杂合体，利用RNase H识别并酶解DNA:RNA杂合体的作用，使mRNA降解，从而抑制基因表达；也可以针对mRNA 5′-非翻译区设计反义寡核苷酸，使其翻译受阻。另外，针对前体mRNA，还可以在内含子与外显子剪切位点处设计反义寡核苷酸，使其不能正常剪切，称为剪切捕获(Splicing arrest)，此方法已经成功应用于杜氏肌营养不良(Duchenne muscular dystrophy，DMD)的基因治疗。

DMD是抗肌萎缩蛋白(肌营养蛋白)外显子跳读(Exon skipping)引起的。2016年9月19日，FDA批准Sarepta Therapeutics公司的反义RNA药物Eteplirsen (Exondys 51)，用于治疗外显子51跳读型杜氏肌营养不良。Eteplirsen通过静脉注射给药，可帮助51号外显子跳读DMD患者合成一些抗肌萎缩蛋白，延缓疾病进程，是FDA批准的首个DMD药物。

小分子干扰RNA

小分子干扰RNA (Small interfering RNA, siRNA)是一类长度在20−25 bp的双链RNA片段。siRNA通过与特定的核酸序列互补而影响特定基因的表达，在生物体内许多代谢过程中扮演重要角色。RNA干扰的原理如图2所示，siRNA通过结合到靶标mRNA上使其降解或抑制其翻译。Hamilton等于1999年首先在Science杂志报道发现了siRNAs在植物转录后基因沉默中的作用。

Lagos-Quintana等2003年在Nature杂志报道了化学合成的siRNA可以在哺乳动物细胞中引起RNAi作用。随后一系列的发现激发了学术界和产业界应用RNAi技术在生物医学研究和药物开发上的热情。作为基因治疗药物研究的热点，小分子干扰RNA研究方兴未艾，然而至今尚未有siRNA药物开发成功上市。究其原因，是由于siRNA与靶标的结合并非一一对应，而是具有一定的非特异性，容易产生脱靶效应。与反义寡核苷酸相比，siRNA既有级联放大效应带来的作用显著、需要剂量低的优点，但又有稳定性差、容易被降解和难以被输送到靶细胞的缺点。

核酸适配体

核酸适配体(Aptamer)是一类由化学合成的单链RNA或单链DNA寡核苷酸组成的小分子核酸配基。其原理如图3所示，核酸适配体能够折叠形成高级结构，并通过识别特异的三维结构，与其靶标进行相互作用，具有高特异性和亲和性，故而又有化学抗体之称。

与普通的蛋白抗体相比，核酸适配体有诸多优点：一是由于其分子量较低(8-25 kDa)，因此能够快速渗透组织；二是适配体在体内几乎不会引起免疫反应；三是由于核酸适配体分子本质上具有很强的热稳定性；四是核酸适配体识别范围非常广，能够识别离子、药物、毒素、蛋白质、病毒、细菌、癌细胞，甚至肿瘤和组织。

近年来，核酸适配体已被应用于临床研究，例如能与血管内皮生长因子特异性结合的一种RNA适配体药物Macugen已被美国FDA批准用于老年湿性黄斑变性(Wet age-related macular degeneration)以及家族性渗出性玻璃体视网膜病变(Familial exudative vitreoretinopathy)的治疗。另外，如表1所示，目前还有多种适配体药物处于临床试验阶段。