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浅析：核酸药物非病毒载体递送系统研究进展

来源：药渡

撰文：幻目

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核酸药物分类

核酸药物主要分为小核酸药物和mRNA两大类，小核酸药物，即寡核苷酸药物，包括反义核酸(ASO)、小干扰核酸(siRNA)、微小RNA(miRNA)、核酸适配体(Aptamer)及其他。mRNA产品可分为mRNA疫苗和mRNA药物。

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核酸药物特点

核酸药物拥有明显优势。传统的小分子化药和抗体药物多是通过与靶点蛋白结合发挥作用，但两者的研发受到靶点蛋白可成药性的限制，而核酸类药物是通过与蛋白质表达相关的基因进行调节，对细胞内外和细胞膜蛋白均可发挥调节作用，而且多数核酸类药物的作用基础是碱基互补配对原则，只需知道靶基因的碱基序列，核酸药物的序列设计就较为容易。

然而，其不稳定性、免疫原性、细胞摄取效率低、内吞体逃逸难等缺陷限制了核酸药物的发展，为了解决核酸药物分子本身相关的挑战，开发能够促进核酸吸收到靶细胞的递送载体系统成为关键。这些递送载体需要克服细胞外和细胞内的屏障，耐受血液中的核酸酶活性，增强和协助核酸药物细胞摄取，并在进入细胞后促进核酸药物内体逃逸。

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核酸药物递送系统

早期研究多使用病毒作为递送核酸的载体，临床实验使用的病毒载体包括：腺病毒(Ad)、腺相关病毒(AAV)、慢病毒(LV)、单纯疱疹病毒(HSV)等。然而，一些病毒载体的不良特性，包括潜在的致癌性、高免疫原性等会导致严重的临床不良事件，影响了对病毒载体临床应用的研究。随着材料和制备技术的发展，价格低廉、易合成、易纯化、具有高转染效率和低免疫原性的非病毒载体成为递送核酸药物的“最佳候选人”。

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GalNac偶联修饰

GalNac(N-乙酰化的半乳糖胺)偶联修饰，是当前最常用的核酸药物递送系统， GalNac是一种乳糖类似物通过将GalNac以三价态的方式共价偶联至核酸3‘末端构成。

GalNac-siRNA偶联化合物经皮下注射后，能够迅速通过循环系统进入肝脏，之后经ASPGR受体介导快速被肝脏细胞内吞，并在溶酶体中积聚、缓慢释放，持久不断地装载到RNA诱导沉默复合体(RISC)上，从而实现长效抑制作用。

目前，GalNAc修饰的药物主要有GalNAc-反义核酸(ASO)与GalNAc-siRNA，由于治疗上有效的ASO已经是经过大量修饰的，因此递送载体并不是必须的。而siRNA因为其本身容易降解，所以多采用载体递送技术。目前，利用GalNac技术上市及进入临床阶段的药物可见表1。

表1. GalNac技术上市及进入临床的药物

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纳米颗粒

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脂质纳米颗粒

脂质纳米颗粒(Lipid Nanoparticle，LNP)，是脂质载体给药系统中的重要技术之一。

主要成分分为以下四种：

可电离的阳离子磷脂为最关键的辅料，是递送和转染效率的决定性因素，由于其比较容易被抗原呈递细胞吸收，因此常应用于疫苗；

中性辅助磷脂，一般为饱和磷脂，可提高阳离子脂质体的相变温度，支持层状脂质双层结构的形成并稳定其结构排列；

胆固醇，有较强的膜融合性，促进mRNA胞内摄入和胞质进入；

聚乙二醇修饰的磷脂(PEGylated lipid)，位于脂质纳米粒表面，改善其亲水性，避免被免疫系统快速清除，防止颗粒聚集，增加稳定性。

目前利用LNP技术已有三款上市药物及十几款临床期的药物，下表列举了一些代表性的药物。

表2. 利用LNP技术上市及临床的代表药物

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聚合物纳米粒

阳离子聚合物因其易于合成和灵活的特性，成为非病毒基因递送载体的另一个主要类型。聚合物可以与核酸结合，在生理pH下形成多聚复合物，以促进基因递送。通常情况下，聚合物纳米颗粒具有带正电的单元，可促进与核酸的静电结合。此外，通过使用可降解的连接物，也可实现核酸与聚合物的共价连接。常见的聚合物材料包括聚乙烯亚胺(PEI)、壳聚糖(CS)。

另一类递送RNA的聚合物，称为树枝状大分子(dendrimers)。这些大分子以一个核心分子为中心，通过重复增长反应合成具有高度分支的聚合物。携带阳离子基团的树枝状大分子，可以与RNA生成复合物。已有研究显示，它们可以将RNA递送到中枢神经系统，将siRNA递送到肝脏内皮细胞中。改造树枝状大分子的结构，可以保护核苷酸不被酶降解。

siG12D-LODER是一种可生物降解的聚合物基质，含有针对KRASG12D的siRNA。目前，诺华正在针对siG12D-LODER进行二期临床研究，以测试siG12D-LODER与化疗药物(如吉西他滨和紫杉醇)联合治疗局部晚期胰腺癌患者的疗效。

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无机纳米粒

• 1、金纳米颗粒

金纳米粒子具有独特的光学特性、合成简单和表面功能化的特性，可通过共价或非共价缀合与核酸选择性协同修饰。核酸链通过硫醇基团共价连接到金纳米颗粒核心上(通常为13-15 nm)。这一策略可用于DNA和siRNA，它们可以直接连接到金核或聚合物修饰的金核上。

球形核酸(SNA)是由排列在小球形金纳米颗粒表面的核酸组成。目前该平台药物NU-0129正在进行一项复发性胶质瘤的临床1期的研究。NU-0129穿过血脑屏障一旦进入肿瘤，核酸成分就能够靶向一种名为Bcl2L12的基因。研究人员认为，用NU-0129靶向Bcl2L12基因，将有助于阻止胶质瘤的生长。

• 2、二氧化硅纳米颗粒

二氧化硅纳米颗粒(直径100-250nm)，由于其良好的生物相容性和可调性而被用于核酸递送。通常，核酸分子通过弱的非共价相互作用，被装载到二氧化硅纳米颗粒中。小孔(2.5-5 nm)的二氧化硅纳米颗粒适合于传递小的siRNA。

• 3、氧化铁纳米颗粒

氧化铁纳米颗粒(由Fe3O4或Fe2O3组成)具有一定尺寸的超顺磁性，作为输送载体和基于磁热的疗法显示出了成功的效果。阳离子氧化铁纳米颗粒与阴离子核酸药物，通过静电相互结合。50-100nm的脂类包裹的氧化铁纳米颗粒，显示出最佳的siRNA递送活性。

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新型递送系统

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外泌体

外泌体是内涵体来源，经由多泡体与质膜融合以后释放到细胞外的，直径介于50-150nm之间的膜性囊泡状小体。外泌体内部含有多种生物学大分子，包括蛋白质、核酸和磷脂等。

外泌体可在细胞间传输各种各样的生物大分子，因此作为一种药物递送方式，具有显著的先天优势：

首先，外泌体是“天然驯化”的纳米载体，本身内含多种有效成分，因此可以适用的负载药物成分类型非常丰富，包括小分子、核酸和重组蛋白等；

其次，外泌体是内源性的纳米颗粒，免疫源性较低，因此安全性高；

第三，外泌体可以循环至人体所有的腔室，具有比较好的组织选择性；

最后，可以对外泌体进行复杂的工程化改造，通过基因或者化学等方式，对外泌体的成分以及生物学功能进行调控，从而能够更好地服务于我们的治疗目的。

表3. 外泌体递送核酸药物研究情况

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多肽类

目前已上市的核酸药物递送采用的技术，无法解决特定组织的靶向性问题，多肽可以解决许多其它递送系统无法解决的问题。非天然氨基酸的化学修饰，极大地提高了多肽药物在体内的半衰期，环肽技术发展增加了多肽结构的刚性、环肽与靶蛋白接触面积大增强其亲和力，PDC药物具有强力的肿瘤穿透性、无免疫原性、肾代谢等特点。

目前，Ionis、Alnylam 、Entrada Therapeutics等公司纷纷建立多肽核酸偶联药物平台，多肽核酸偶联物未来可期。

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其他

科学大牛张锋创立的Aera Therapeutics推出了一种名为蛋白纳米颗粒(Protein Nanoparticles，PNP)的新型递送平台，利用内源性人类蛋白质，解决当前递送技术的局限。

专注于RNA疗法的生物技术公司Altamira Therapeutics宣布，其正在研发一种新颖的基于肽的SemaPhore纳米颗粒技术平台。该递送平台被设计用于通过全身或局部给药，可安全有效地将寡核苷酸如siRNA以及mRNA递送到靶细胞中。目前，该公司基于此平台已建立了2条在研siRNA项目临床前管线，用于治疗KRAS驱动癌症和类风湿性关节炎。

小结

核酸疗法的研发经历了漫长的发展历程，化学修饰和递送系统等关键技术的突破在核酸疗法的产业化中发挥了重要的作用。

通过选择较好的药物递送载体以及采用靶向修饰等策略，超级药物核酸疗法将引领创新药进入新时代。

参考文献：

1.Kulkarni, J.A. et al. “The Current Landscape of Nucleic Acid Therapeutics.” Nature Nanotechnology, 2021,16(841):630-643.

2.DebackerAJ, Voutila J, Catley M, Blakey D,Habib N. Delivery of Oligonucleotides to the Liver with GalNAc: From Researchto Registered Therapeutic Drug. Mol Ther. 2020 Aug 5;28(8):1759-1771.

3.https://clinicaltrials.gov/