治疗遗传病的RNA药物研究进展

Abstract

RNA药物能够通过识别互补序列靶向对应基因以抑制特定蛋白或RNA的表达，或通过翻译合成目的基因编码的蛋白来发挥遗传性疾病治疗作用。RNA药物主要分为寡核苷酸药物（包括反义寡核苷酸、小干扰RNA和RNA适配体）和信使RNA药物等。其中，反义寡核苷酸和小干扰RNA已用于临床治疗遗传病，而RNA适配体和信使RNA药物目前还处于临床试验阶段。当前主要通过对RNA药物进行化学修饰（如对信使RNA进行假尿嘧啶修饰）来降低免疫原性和提升药物疗效，以及开发纳米粒载体、细胞外囊泡和类病毒载体等递送载体来解决RNA药物的稳定性、特异靶向性和安全性等问题。本文概述了目前用于治疗遗传病的11种RNA药物的具体作用分子机制，并简单讨论了RNA药物的化学修饰及递送载体的研究现状。

遗传病是指DNA发生有害突变引起的疾病，表现为单基因或多基因的突变、染色体数或结构的异常，以及环境因素与基因突变的共同作用结果^［1］。尽管随着分子生物学及基因检测技术的发展，遗传病的临床诊断率已得到显著提高，但这些疾病的治疗仍举步维艰，95%以上的遗传病只能通过药物干预缓解其临床症状，尚无特效治疗方法，更谈不上治愈^［2］。

基于DNA的基因治疗可以通过替换、修复有缺陷的基因，进而彻底治疗基因缺陷所致的疾病，是治愈遗传病的希望^［3］。当前，主流的基因治疗技术包括腺相关病毒等病毒载体介导的基因替换与补偿技术、CRISPR-Cas9基因编辑技术及其衍生出的碱基编辑器技术（腺嘌呤碱基编辑器和胞嘧啶碱基编辑器等^［4-5］），这些技术的开发有望为致病基因突变明确的遗传病患者提供个性化的治疗策略。如CRISPR-Cas9技术已应用于治疗镰状细胞性贫血、地中海贫血、杜氏肌营养不良、CRYGC基因突变引发的白内障、α1-抗胰蛋白酶缺乏症等遗传病的研究^［6］。

虽然基因治疗具有巨大的应用潜力，但其仍面临着一些问题。一方面，CRISPR可能会在具有相似序列的位置上进行切割，造成脱靶效应。这些脱靶切割可能发生在整个基因组中，导致产生损害细胞功能、直接杀死细胞或致癌的有害突变。另一方面，作为一种直接针对人体基因组进行修整的“精密手术”，自诞生伊始，基因治疗便面临一系列的伦理问题，如病毒递送工具的安全性与整合风险、基因干预的潜在利弊、研究参与者参与机会的公正性、研究参与者知情同意的真实性，以及参与者的隐私和医学信息保密等^［7］。

随着COVID-19 mRNA疫苗的成功研发以及多种基于RNA的新型药物获批，RNA药物已跃居创新药物研究的前沿。RNA药物是一种基于RNA分子来预防或治疗特定疾病的新方法，其核心是在RNA水平调节蛋白质的生成和功能。与基因治疗比较，RNA药物具有遗传毒性风险较低、靶点范围广和设计灵活等特点^［8］。目前，RNA药物主要分为三类：①靶向结合天然RNA的寡核苷酸药物，如ASO和siRNA；②利用RNA自身的空间结构靶向蛋白质的RNA药物，如RNA适配体；③以编码蛋白质为目的的mRNA^［9］。美国Pfizer公司开发的Comirnaty和美国Moderna公司开发的Elasomeran都是基于mRNA的COVID-19疫苗。这些疫苗通过编码SARS-CoV-2刺突蛋白的mRNA序列，使受接种者细胞产生特异性抗原进而启动体液和细胞免疫应答来抵御COVID-19^［10］。此外，许多研究已证明RNA药物用于治疗遗传病的可行性，这为遗传病患者带来曙光。2016年，美国FDA批准了ASO药物Eteplirsen用于DMD的治疗。Eteplirsen针对特定突变，可用于治疗约14%的DMD病例^［11］。截至目前，美国FDA共批准了17种RNA药物或疫苗，包括9种ASO、5种siRNA、1种RNA适配体和2种mRNA，其中11种RNA药物的适应证为遗传病，见表1。另外有23种正在进行临床试验的RNA候选药物，见表2。可以看出，RNA类药物在治疗遗传病中具有巨大潜力。

表1.

美国食品药品监督管理局批准用于治疗遗传性疾病的RNA药物

RNA药物	商品名	获批年份	作用机制	适应证	修饰类型	给药方式
反义寡核苷酸
Mipomersen	Kynamro	2013	诱导ApoB mRNA降解	家族性高胆固醇血症	硫代磷酸	皮下注射
Nusinersen	Spinraza	2016	诱导SMN2 mRNA中外显子保留	脊髓性肌萎缩	硫代磷酸、2'-氧-甲氧基乙基	鞘内注射
Eteplirsen	Exondys 51	2016	诱导DYS mRNA中外显子跳跃	DMD	磷酰二胺吗啉代寡核苷酸、聚乙二醇化	静脉输注
Inotersen	Tegsedi	2018	诱导TTR mRNA降解	遗传性TTR淀粉样变性病	硫代磷酸、2'-氧-甲氧基乙基	皮下注射
Golodirsen	Vyondys 53	2019	诱导DYS mRNA中外显子跳跃	DMD	磷酰二胺吗啉代寡核苷酸	静脉输注
Viltolarsen	Viltepso	2020	诱导DYS mRNA中外显子跳跃	DMD	磷酰二胺吗啉代寡核苷酸	静脉输注
Casimersen	Amondys 45	2021	诱导DYS mRNA中外显子跳跃	DMD	磷酰二胺吗啉代寡核苷酸	静脉输注
小干扰RNA
Patisiran	Onpattro	2018	RNA干扰介导的TTR mRNA切割	遗传性TTR淀粉样变性	2'-甲氧基、2'-氧-甲基	静脉输注（LNP）
Givosiran	Givlaari	2019	RNA干扰介导的ALAS1 mRNA切割	急性肝卟啉症	N-乙酰半乳糖胺偶联、2'-甲氧基、2'-氟	皮下注射
Lumasiran	Oxlumo	2020	RNA干扰介导的HAO1 mRNA切割	1型原发性高草酸尿症	N-乙酰半乳糖胺偶联、2'-甲氧基、2'-氟	皮下注射
Vutrisiran	Amvuttra	2022	RNA干扰介导的TTR mRNA切割	遗传性TTR淀粉样变性	N-乙酰半乳糖胺偶联	皮下注射

APOB：载脂蛋白B；mRNA：信使RNA；SMN：运动神经元存活蛋白；DYS：抗肌萎缩蛋白；DMD：进行性假肥大性肌营养不良；TTR：甲状腺素转运蛋白；LNP：脂质纳米粒；ALAS：氨乙酰丙酸δ合酶；HAO：羟基酸氧化酶.

表2.

正在临床研究用于治疗遗传性疾病的RNA药物

RNA药物	研发机构	适应证	靶 点	临床研究阶段	修饰类型	给药方式
反义寡核苷酸
RO7248824	Roche	快乐木偶综合征	泛素蛋白连接酶E3A	Ⅰ期	锁核酸修饰	鞘内注射
WVE-N531	Wave Life Sciences	进行性假肥大性肌营养不良	抗肌萎缩蛋白	Ⅱ期	磷酸基胍修饰	静脉注射
WVE-003	Wave Life Sciences	亨廷顿病	亨廷顿蛋白	Ⅰ/Ⅱ期	磷酸基胍修饰	鞘内注射
WVE-004	Wave Life Sciences	肌萎缩侧索硬化	C9ORF72基因	Ⅰ/Ⅱ期	磷酸基胍修饰	鞘内注射
DYNE-101	Dyne Therapeutics	1型强直性肌营养不良	肌强直蛋白蛋白激酶	Ⅱ期	抗体-寡核苷酸偶联	静脉注射
AKCEA-APOCIII-LRx	Ionis Pharmaceuticals	家族性高乳糜脂血症	ApoC-Ⅲ	Ⅲ期	N-乙酰半乳糖胺偶联	皮下注射
Ultevursen	ProQR Therapeutics	Usher综合征Ⅱ型、非综合征性视网膜色素变性	USH2A基因13号外显子	Ⅱ/Ⅲ期	硫代磷酸、2'-氧-甲氧基乙基	玻璃体内注射
Sepofarsen	ProQR Therapeutics	莱伯遗传性视神经病变	CEP290基因的p.Cys998X突变	Ⅰ/Ⅱ期	硫代磷酸、2'-氧-甲基	玻璃体内注射
QR-1123	ProQR Therapeutics	常染色体显性视网膜色素变性	视紫红质	Ⅱ期	硫代磷酸、2'-氧-甲氧基乙基	玻璃体内注射
QR-010	ProQR Therapeutics	ΔF508突变的囊性纤维化	囊性纤维化跨膜传导调节因子	Ⅰ/Ⅱ期	硫代磷酸、2'-氧-甲基	吸入给药
QR-313	Phoenicis Therapeutics	营养不良性大疱性表皮松解症	COL7A1的前体mRNA	Ⅰ/Ⅱ期	—	透皮给药
Drisapersen	BioMarin Pharmaceutical	进行性假肥大性肌营养不良	抗肌萎缩蛋白	Ⅱ期	硫代磷酸、2'-氧-甲基	静脉注射
小干扰RNA
ADX-324	ADARx Pharmaceuticals	遗传性血管性水肿	血浆激肽释放酶抑制剂	Ⅰ期	—	皮下注射
Nedosiran	Dicerna Pharmaceuticals	Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ型原发性高草酸尿症	乳酸脱氢酶	Ⅲ期	N-乙酰半乳糖胺偶联	皮下注射
Inclisiran	Novartis Pharmaceuticals	纯合子型/杂合子型家族性高胆固醇症	前蛋白转化酶枯草溶菌素/Kexin9型	Ⅲ期	硫代磷酸	皮下注射
TD101	TransDerm	N171K突变的先天性甲肥厚	N171K突变的角蛋白	Ⅰ期	—	皮下注射
ARC-AAT	Arrowhead Pharmaceuticals	α1抗胰蛋白酶缺乏症	α1抗胰蛋白酶	Ⅰ期	—	静脉注射
RNA适配体
BT200	Medical University of Vienna	血小板型血管性血友病、血友病A	血管性血友病因子	Ⅱ期	聚乙二醇修饰	皮下注射
mRNA
mRNA-3705	Moderna	甲基丙二酸血症	甲基丙二酸单酰辅酶A变位酶	Ⅱ期	—	静脉注射（LNP）
mRNA-3745	ModernaTX	糖原贮积病1a	葡萄糖-6-磷酸酶	Ⅰ期	—	静脉注射（LNP）
VX-522	Vertex Pharmaceuticals Incorporated	囊性纤维化	囊性纤维化跨膜传导调节因子	Ⅰ期	—	吸入给药（LNP）
ARCT-810	Arcturus Therapeutics	鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症	鸟氨酸氨甲酰基转移酶	Ⅱ期	—	静脉注射（LNP）
ARCT-032	Arcturus Therapeutics	囊性纤维化	囊性纤维化跨膜传导调节因子	Ⅰ期	—	吸入给药（LNP）

—：无相关资料. C9ORF72：9号染色体开放阅读框72；ApoC-Ⅲ：载脂蛋白C3；CEP290：中心体蛋白290；COL7A1：Ⅶ型胶原蛋白α1；LNP：脂质纳米粒.

本文总结了近年来用于遗传病治疗的RNA药物的作用分子机制，讨论了RNA药物的化学修饰及递送载体的研究现状，旨在为相关研究人员提供RNA药物治疗遗传疾病的最新进展，并从RNA的新视角为临床疾病预防和治疗提供思路。

1. RNA药物治疗遗传病的作用机制

RNA药物根据其分子量的大小可以分为两类：一类是分子量较小的寡核苷酸药物，如ASO、siRNA、RNA适配体，主要通过化学合成来获得；另一类是分子量较大的mRNA药物，其在细胞内可直接翻译成目标基因编码的蛋白产物，主要通过体外转录来获得^［12］。不同类型的RNA药物利用细胞内源性的工具，以不同的作用机制来实现遗传病的治疗。

1.1. 寡核苷酸药物

寡核苷酸药物的长度一般小于30 nt，包括ASO、siRNA和RNA适配体等^［13］。

1.1.1. ASO

ASO一般是指一段由15~25个核苷酸组成的、与靶基因配对的单链核苷酸分子，以沃森-克里克（Watson-Crick）碱基配对的方式与特异的RNA序列结合，主要通过两种作用方式来调节目标RNA的功能^［14］。①降解机制：ASO与成熟mRNA结合形成杂合体，通过细胞内一些降解途径，导致mRNA降解，从而抑制基因表达。具体的作用机制可进一步分为核糖核酸酶H介导的降解、AGO2介导的降解、无义介导的降解以及No-go（翻译停滞）降解。如Mipomersen可与载脂蛋白ApoB-100的mRNA结合，切割其mRNA，进而抑制ApoB-100蛋白的表达。而ApoB-100是低密度脂蛋白及其前体极低密度脂蛋白的主要成分，因此Mipomersen可用作降脂药物治疗家族性高胆固醇血症^［15］。再如治疗成人遗传性TTR淀粉样变性的Inotersen。Inotersen通过与TTR mRNA结合，抑制TTR蛋白的生成，降低TTR淀粉样变性的积累，从而达到治疗遗传性TTR淀粉样变性的效果^［16］。②空间位阻机制：ASO与RNA结合后，通过空间位阻效应调控RNA的转录、剪切和翻译等过程，从而抑制或促进基因表达。其最常见的作用是调节前体RNA的剪切，主要以外显子跳跃和外显子保留为主。外显子跳跃治疗即通过人工合成的ASO与靶基因结合，抑制某一剪切增强子位点，以阻止特定外显子参与剪接，从而恢复突变的开放阅读框。这一过程虽然会使转录本长度缩短，但不会破坏整体阅读框架，进而产生截短但有功能的蛋白质^［17］。外显子保留则是通过ASO与目标前体mRNA的靶序列结合后，阻断剪切因子的识别，以恢复特定外显子，从而提高蛋白质翻译效率。如目前四种用于DMD的ASO类药物（Casimersen、Eteplirsen、Golodirsen、Viltolarsen）就是基于ASO调节前体mRNA剪接的原理。DMD是常见的X连锁隐性遗传性神经肌肉病，是由DYS基因突变导致DYS缺失而引起的肌肉萎缩性疾病，恢复DYS功能或增加其表达是一种有前景的治疗手段。这四种ASO类药物均通过外显子跳跃的方法以增加功能性DYS的表达，延缓DMD进展。具体来说，Casimersen和Eteplirsen与突变的DYS结合，并通过外显子跳跃分别将45和51号外显子从RNA中排除，以产生一种略微缩短但功能正常且对肌肉至关重要的DYS蛋白；Golodirsen和Viltolarsen则靶向DYS 53号外显子，以诱导DYS在53号外显子发生跳跃，增加患者DYS水平，从而达到治疗效果^［18-21］。而于2016年获得美国FDA批准的Nusinersen则通过外显子保留的机制用于治疗脊髓性肌萎缩。脊髓性肌萎缩是一种由SMN1纯合缺失或突变导致SMN低表达引起的运动神经元疾病，常表现为运动神经元变性，患者近端肢体和躯干呈现进行性、对称性肌无力和肌萎缩。SMN2作为SMN1的同源基因，同样能够产生SMN蛋白。然而，由于SMN2前体mRNA的剪接沉默位点1上通常存在异构核糖核蛋白，导致7号外显子被剪切，使得SMN蛋白的产生速率大幅降低。基于此原理开发的Nusinersen能够与SMN2前体mRNA的靶序列特异性结合，以取代剪接沉默位点1的异构核糖核蛋白，保留7号外显子，从而提高SMN蛋白的翻译效率，产生更稳定的全长SMN蛋白并发挥治疗作用^［17］。

1.1.2. siRNA

siRNA通常是由19~25个碱基对组成的双链RNA分子，可下调特定基因的表达。许多遗传病与特定基因的异常表达密切相关，常表现为突变基因或错误折叠蛋白质的过表达^［22］，而siRNA疗法可通过选择性沉默致病基因实现遗传病的治疗。

siRNA介导的RNA干扰作用机制主要分为三个阶段：①细胞质核糖核酸内切酶Dicer将双链RNA或短发夹RNA切割，得到21~25 bp的siRNA，通常在每条链的3 $\mathrm{´}$ 端有两个悬垂的磷酸化碱基；②成熟的siRNA被组装到RISC中，然后被分离成正义链和反义链，正义链从复合体中释放出来形成成熟的RISC，反义链仍然存在，作为引导复合体的向导，并与靶mRNA序列进行配对；③向导RNA与靶mRNA互补结合触发RISC中的内切酶AGO2切割靶序列，切割mRNA被细胞识别为异常，从而导致mRNA的降解，不能翻译与合成蛋白质^［23］。

基于siRNA药物的研发已经发展了近20年，目前美国FDA已批准了四种siRNA药物用于遗传病的治疗，其中有两种针对遗传性TTR淀粉样变性。2018年10月，全球第一款siRNA药物Patisiran获得美国FDA批准上市用于治疗遗传性TTR淀粉样变性。Patisiran可靶向结合TTR mRNA变体上的保守序列，从而减少TTR淀粉样蛋白的沉积并促进其在外周组织中的清除，以及组织功能的恢复^［24］。相比Patisiran需每三周给药一次，于Vutrisiran只需每季度皮下注射一次即可获得更好的疗效，且药物的效力和稳定性都有所提升^［25］。除此之外，由美国Alnylam公司研发的Givosiran可用于治疗成人急性肝卟啉症。急性肝卟啉症由肝脏血红素合成途径中的突变引起，该突变会导致ALAS1上调，从而诱导具有神经毒性的代谢产物氨基乙酰丙酸和胆色素原的生成和蓄积^［26］。Givosiran由含21个碱基的有义链和含23个碱基的反义链组成，能特异性地与ALAS1 mRNA上的靶序列结合，使ALAS1合成减少，氨基乙酰丙酸和胆色素原的产生也随之减少，达到治疗效果^［27］。siRNA药物Lumasiran用于治疗1型原发性高草酸尿症^［28］。这是一种罕见的遗传性肝脏疾病，会导致患者体内产生过量的草酸盐并累积于肾脏不能及时排出，最终发展为终末期肾衰竭^［29］。Lumasiran是一种皮下注射的siRNA药物，通过专有的ESC-GalNAc递送平台（提高RNA干扰疗法的稳定性，靶向递送至肝脏），靶向编码肝脏中乙醇酸氧化酶的HAO1 mRNA。Lumasiran能降低肝脏乙醇酸氧化酶的水平，从而消耗生成草酸所需的基质，减少草酸生成，为1型原发性高草酸尿症患者带来曙光^［28］。

1.1.3. RNA适配体

RNA适配体是一种能够与靶分子特异性结合的单链核糖核苷酸，其通过特定的空间构象和碱基序列选择性识别目标分子。这种识别过程通常涉及适配体与靶分子之间的氢键、范德华力、离子相互作用等非共价相互作用^［30］。RNA适配体的结合解离常数可达到皮摩尔至纳摩尔水平，与单克隆抗体结合能力相当。一旦RNA适配体与靶分子结合，其可以通过多种途径干扰靶分子的功能，如阻止靶分子与其他分子结合、阻碍酶催化反应发生和改变靶分子的构象等。RNA适配体可通过体外筛选方式获得，其突出优势是易于合成、易于修饰、免疫原性低，因而被认为具有治疗多种疾病的潜力。然而，从上世纪90年代RNA适配体药物的概念提出至今，全世界仅有一种RNA适配体药物进入临床使用，即Pegaptanib，由加拿大Valeant公司开发用于治疗湿性年龄相关性黄斑变性^［31］。在遗传病的治疗方面，BT200是一种聚乙二醇化的能与人血管性血友病因子A1结构域特异性结合的适配体，Ⅱ期临床试验结果表明，低剂量BT200可能对于血管性假血友病因子缺乏引起的遗传性出血性疾病具有显著的治疗效果。

1.2. mRNA药物

mRNA是由DNA的一条链作为模板转录而来的、携带遗传信息、能指导蛋白质合成的一类单链RNA。目前将mRNA作为药物用于治疗主要体现在两个方面：①mRNA疫苗：将编码抗原序列的mRNA疫苗通过脂质纳米载体等递送平台引入细胞，然后由人体细胞通过翻译过程产生蛋白质抗原，激活免疫反应；②mRNA药物：将体外合成的目的基因mRNA递送至特定细胞内来补偿细胞内缺少的特定蛋白质以行使功能^［32］。

在遗传病和罕见病的治疗领域，基于蛋白质替代疗法的定向递送mRNA药物有着巨大的潜力。囊性纤维化是一种单基因常染色体隐性遗传疾病。mRNA介导的蛋白质替代疗法可用于产生囊性纤维化跨膜电导调节蛋白质的功能拷贝，为治愈这种单基因疾病带来希望。一项双盲安慰剂对照试验显示，脂质体包裹的mRNA经鼻内给药至囊性纤维化患者后，4周内未检测到免疫反应或功效降低，表现出良好的持续性^［33］。此外，针对甲基丙二酸血症、鸟氨酸氨甲酰转移酶缺乏症、法布里病、糖原贮积病1a等代谢性罕见病，临床前实验证实mRNA具有良好的疗效，最近的研究还发现其在急性间歇性卟啉病上具有治疗潜力^［34］。

1.3. 其他RNA药物

核酶是一种具有核酸内切酶活性的RNA分子，可特异性切割RNA序列，下调基因表达水平^［35］。因此，若已知显性遗传病的致病基因序列，则可设计特异性核酶抑制其表达，达到治疗效果。马方综合征是由于FBN1基因突变导致的显性遗传病。研究表明，锤头状核酶可靶向FBN1 mRNA 5 $\mathrm{´}$ 端，减少成纤维细胞中变异FBN1的细胞外沉积，从而使正常FBN1含量相对增加，有望为马方综合征患者的治疗提供新思路^［36］。

saRNA与siRNA类似，也是小分子双链RNA，且saRNA具有基因激活功能，能激活目的基因的表达^［37］。因此，saRNA有望通过增加某一重要基因的表达水平弥补由于基因缺陷引起的相关遗传病。然而，目前有关saRNA在遗传病中的研究相对较少。

2. 治疗遗传病RNA药物的设计和递送

尽管基于RNA药物的新型治疗方法已在癌症、病毒感染、遗传病等治疗中显示出一定的应用前景，但RNA药物在成药性方面仍受众多因素制约，面临稳定性差、半衰期短、免疫原性、组织靶向性、细胞摄取和内涵体逃逸等多方面的挑战^［8］。如何安全、高效地将这些功能性分子递送到靶组织是RNA药物研发的关键。目前，可以通过多种途径改善RNA药物，包括对RNA药物进行化学修饰和提供安全有效的递送载体^［38-39］。

2.1. RNA药物的化学修饰

迄今，美国FDA批准的所有RNA靶向药物都是经过化学修饰的RNA类似物。RNA药物的化学修饰对于提高药物疗效和降低毒性有着重要作用。一方面，经化学修饰后的RNA药物能降低免疫原性，大幅提高药物的安全性；另一方面，化学修饰能够增强RNA药物抵抗内源性内切酶和外切酶降解的能力，提升药物疗效。针对siRNA药物，化学修饰还可以增强其反义链对RISC负载的选择性，以降低脱靶毒性^［40-42］。寡核苷酸药物通常可以依据核糖核苷酸的本体结构进行大量修饰，如硫代磷酸取代磷酸骨架中的非氧桥，以及用惰性基团（2 $\mathrm{´}$ -氧-甲氧基乙基、2 $\mathrm{´}$ -甲氧基、2 $\mathrm{´}$ -氟）取代核糖2 $\mathrm{´}$ -羟基位点等^［43］。然而，化学修饰并不适用于所有RNA药物，mRNA的功能和结构对修饰更敏感，因此常采用天然存在的RNA修饰，如对体外合成的mRNA进行5 $\mathrm{´}$ 端加帽修饰和开放阅读框中的核苷酸修饰（假尿嘧啶修饰和5-甲基胞嘧啶修饰等），能有效降低mRNA的免疫原性，提高mRNA稳定性和翻译效率等^［32］。

除此之外，RNA分子还能与脂质、半乳糖、蛋白/多肽或适配体等共价偶联，以增加RNA药物的半衰期，并提高靶向性。其中寡核苷酸药物与GalNAc的偶联实现了肝脏靶向递送，是寡核苷酸药物发展历程中的重大突破^［44-45］。目前已有多种基于GalNAc偶联技术开发的产品获批上市，如Givosiran、Lumasiran和Inclisiran等，这三者对遗传性代谢疾病和心血管系统疾病的治疗都具有显著的优势。

2.2. RNA药物的递送载体

RNA药物尽管有巨大的应用潜力，但众多处于临床前的RNA药物向临床转化仍十分困难，缺乏安全有效的递送系统是限制该类药物应用的关键。siRNA、ASO等寡核苷酸药物可通过化学修饰或抗体偶联等方式直接输送至体内。然而，mRNA分子由于尺寸大、带有负电荷以及易被核酸酶降解等固有缺陷，其递送策略的开发壁垒进一步拔高，严重阻碍了这类药物的临床转化。因此，研发出高效安全的递送系统是mRNA药物进入发展新阶段的必由之路。

以慢病毒和腺相关病毒为代表的病毒载体虽递送效率高，但存在可能与基因组整合、脱靶效应以及宿主排斥等固有缺陷，使其在RNA药物递送领域的应用受限。目前，基于脂质的纳米载体递送系统LNP凭借其相对安全的优势，成为mRNA药物的主流递送载体。事实上，LNP虽易被抗原提呈细胞吸收，但其通过内吞途径进入细胞后，不易从内吞体逃逸出来，因此LNP的递送效率较低且缺乏除肝脏以外的靶向性，仍需进一步开发和探索^［46］。而介于病毒载体与非病毒载体之间的VLP递送策略给目前的递送现状增添了新鲜血液：一方面其借助了病毒外壳，使得感染细胞的效率较高；另一方面，在基因载荷方面，VLP-mRNA可以递送如整个CRISPR元件大小的载荷，突破了腺相关病毒载体运载能力小的限制^［47］。除VLP外，细胞外囊泡作为细胞内源性纳米粒，可凭借其相对惰性、低免疫原性、生物降解性和生物相容性等特质，有望开发为下一代纳米递送工具。然而，细胞外囊泡的大规模制造、生产和纯化工艺仍需优化^［48］。以下简单介绍纳米粒载体、病毒样颗粒和细胞外囊泡的设计原理，及其在RNA领域中的应用情况。

2.2.1. 纳米粒载体

纳米粒是目前研究最为广泛的一类载体，其基本原理是包裹于纳米粒中的RNA被细胞内吞后形成内体，内体在酸性条件下释放RNA，随后利用细胞内源性元件进行翻译。根据纳米材料的不同，纳米粒载体可分为基于脂质的纳米载体递送系统和基于聚合物的纳米递送系统。LNP由于配方简单、生物相容性好、生物利用度高、有效载荷大，成为目前发展最快的一类药物递送系统，已用于mRNA和siRNA的递送。LNP包含胆固醇、辅助脂质、聚乙二醇修饰脂质和带有氨基的阳离子或可电离脂质这四种基本成分。其中，阳离子脂质可与带负电的RNA吸附结合；胆固醇能够稳定纳米粒的空间结构；辅助脂质则可以加快LNP在细胞中的结构变化，加速RNA的释放；聚乙二醇修饰脂质有利于提高LNP的整体稳定性，延长其在血浆中的半衰期，以使更多的RNA药物富集到靶组织^［49］。目前，已有三种基于LNP的RNA药物获批上市，包括美国Alnylam公司的Patisiran、美国Pfizer公司的BNT-162和美国Moderna公司的mRNA-1273。其中，Patisiran是siRNA类药物，后两者是COVID-19的mRNA疫苗。

不同于LNP，基于聚合物的纳米递送系统是以高分子聚合物为载体，利用带正电荷的胺基吸附结合带负电荷的RNA，将RNA包载于聚合物内部形成的一种储库型药物递送载体。根据结构的不同，可将聚合物分为线型聚合物、树枝状大分子聚合物和超支化聚合物，按需选择不同种类的聚合物可以实现不同的药物释放行为。同时，通过对聚合物表面进行靶向因子修饰，可实现药物对特异性病灶部位的靶向递送^［50］。然而，有关该递送系统对RNA药物的递送尚处于研究阶段。

2.2.2. 病毒样颗粒

病毒样颗粒来源于病毒支架，是一种可以感染细胞但缺乏病毒遗传物质的病毒蛋白组装体，通过利用病毒特性可实现体内RNA的有效递送。不同VLP的设计原理各不相同，目前报道的用于递送RNA药物的VLP主要有两种：①VLP-mRNA技术，即利用mRNA茎环结构和噬菌体衣壳蛋白特异识别的原理，通过病毒工程技术研发的新型递送技术，目前已经在小鼠模型中证明VLP-mRNA可用于治疗疱疹性基质性角膜炎，并在多种疾病中开展临床前研究，如病毒性角膜炎、地中海贫血和血友病^［51］；②选择性内源性衣壳化的细胞递送系统（selective endogenous encapsidation for cellular delivery），该系统基于内源父源表达蛋白10会与自身mRNA的5 $\mathrm{´}$ 和3 $\mathrm{´}$ 端非翻译区序列结合的特性，实现对插到5 $\mathrm{´}$ 和3 $\mathrm{´}$ 端非翻译区序列之间的目的序列进行封装并在其周围形成一个球形的保护囊，进而用于包装和递送特定的RNA^［52］。

2.2.3. 细胞外囊泡

细胞外囊泡是由细胞释放的各种具有膜结构的囊泡（直径为40~1000 nm）。由于免疫原性低、可生物降解及低毒性，细胞外囊泡已经成为免疫治疗、再生医学等领域非常有前景的药物递送载体^［53］。2011年就有报道利用外泌体靶向递送siRNA以治疗阿尔茨海默病的相关探索，对外泌体表面膜蛋白进行改造后，通过电穿孔的方法使外源性siRNA进入外泌体中，随后外泌体携带特定的siRNA进入中枢神经系统并将其引入神经元，可显著下调阿尔茨海默病相关蛋白BACE1的表达^［54］。在此基础上，有研究人员构建了靶向中枢神经系统的携带有环状RNA的细胞外囊泡，其能有效缓解慢性应激引起的抑郁样行为障碍，显示环状RNA也可以作为RNA药物^［55］。然而到目前为止，还没有基于细胞外囊泡载体的RNA药物进入市场，部分原因在于细胞外囊泡的大规模生产能力不足和纯化工艺不完善。

3. 展望

综上所述，RNA药物在治疗遗传病方面正在展现良好的应用前景。受到COVID-19 mRNA疫苗等新型RNA药物成功上市的启发，越来越多的研究人员正在致力于开发基于RNA的新药。随之而来的是基于RNA的疾病预防、诊断和治疗研究开始迅速兴起，我们将其称为“RNA医学”。RNA医学的应用场景非常广阔，主要包括以下几个领域：一是用于疾病预防的RNA疫苗。RNA疫苗通过携带编码特定抗原的mRNA分子来引导人体细胞产生抗原蛋白，从而诱导免疫系统产生特定的免疫应答。随着技术的不断发展，RNA疫苗有望成为未来预防传染病和恶性肿瘤等重大疾病的重要工具。二是用于疾病诊断的RNA检测技术。将疾病发生发展不同阶段的RNA异常作为诊断分子标志物，可以帮助快速准确地诊断特定疾病。例如在癌症早期患者血液中出现的特定RNA或RNA修饰可用作诊断指标，或者检测病理组织中特定RNA的表达情况来作为诊断或预后的重要指标。三是用于疾病治疗的RNA药物。利用RNA技术来调控基因表达和修复异常基因，从而精准有效地治疗遗传病、肿瘤、心脑血管疾病和神经退行性疾病等。我们有理由相信，包括RNA药物在内的RNA医学将从新的视角为突破目前的一些医学困境，促进疾病预防和诊疗水平提高，从而护佑人类生命健康做出应有的贡献。

［缩略语］

成簇的规律间隔的短回文重复序列（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）；2019冠状病毒病（coronavirus disease 2019，COVID-19）；信使RNA（messenger RNA，mRNA）；反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide，ASO）；小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）；严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）；食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）；进行性假肥大性肌营养不良（Duchenne muscular dystrophy，DMD）；抗肌萎缩蛋白（dystrophin，Dys）；载脂蛋白B（apolipoprotein B，ApoB）；甲状腺素转运蛋白（transthyretin，TTR）；运动神经元存活蛋白（survival motor neuron protein，SMN）；RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC）；氨乙酰丙酸δ合酶（aminolevulinate delta synthase，ALAS）；N-乙酰半乳糖胺（N-acetyl-D-galactosamine，GalNAc）；羟基酸氧化酶（hydroxyacid oxidase，HAO）；原纤蛋白（fibrillin，FBN）；小激活RNA（small activating RNA，saRNA）；脂质纳米粒（lipid nanoparticle，LNP）；病毒样颗粒（virus-like particle，VLP）

利益冲突声明

所有作者均声明不存在利益冲突

Conflict of Interests

The authors declare that there is no conflict of interests