美研丨寡核苷酸藥物市場(chǎng)前景、發(fā)展挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略

2023-02-16

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2006 年諾貝爾獎(jiǎng)花落siRNA藥物，2018年全球首款siRNA藥物獲批，2020年首個(gè)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(jīng)形成燎原之勢(shì)，發(fā)展勢(shì)頭迅猛，成為生物醫(yī)藥企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。核酸藥物研發(fā)速度極快，靶向性高，有望突破傳統(tǒng)藥物無(wú)法解決的“不可成藥”的靶點(diǎn)。與此同時(shí)，核酸藥物的研發(fā)及工藝壁壘高，藥物于免疫系統(tǒng)的作用機(jī)理尚未完全清晰，遞送和專利修飾保護(hù)極其復(fù)雜。當(dāng)前，核酸類藥物領(lǐng)域進(jìn)入空前蓬勃發(fā)展的歷史時(shí)期。

核酸藥物概述

核酸藥物是指利用核酸分子的翻譯或調(diào)控功能對(duì)疾病進(jìn)行干預(yù)的藥物。與傳統(tǒng)的小分子藥物和抗體藥物相比，核酸藥物能夠從源頭進(jìn)行干預(yù)，抑制疾病相關(guān)基因表達(dá)為病理性蛋白，或引入能夠表達(dá)正常蛋白的基因彌補(bǔ)功能蛋白的不足。

寡核苷酸藥物是由人工化學(xué)合成的寡核苷酸單鏈或雙鏈組成的一類藥物，通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)作用于mRNA，干擾基因的解旋、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、mRNA 的剪接加工乃至輸出和翻譯等各個(gè)環(huán)節(jié)，使編碼異常的基因喪失功能，進(jìn)而阻止“錯(cuò)誤”蛋白質(zhì)的表達(dá)，從而發(fā)揮基因水平上調(diào)控疾病基因轉(zhuǎn)錄翻譯過(guò)程的獨(dú)特機(jī)制。

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寡核苷酸藥物作用于病理基因表達(dá)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(zhuǎn)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(yīng)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(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著相關(guān)研究和技術(shù)的進(jìn)步，核酸藥物迎來(lái)快速的發(fā)展，全球上市的核酸藥物數(shù)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(jīng)退市）和 2 款 mRNA 產(chǎn)品。15 款獲批上市的寡核苷酸藥物包括9款A(yù)SO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(guó)外相比，國(guó)內(nèi)目前還暫無(wú)獲批的寡核苷酸藥物，國(guó)內(nèi)的寡核苷酸藥企業(yè)目前都還處于發(fā)展初期或者上升期。國(guó)內(nèi)企業(yè)中寡核苷酸藥物的領(lǐng)先企業(yè)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(yīng)癥分布廣泛，包含了腫瘤，遺傳病性疾病，心血管系統(tǒng)疾病，新陳代謝疾病等多個(gè)疾病領(lǐng)域。腫瘤和遺傳性疾病病是臨床管線的適應(yīng)癥中占比最多的。

寡核苷酸藥物作用機(jī)制

RNA干擾(RNAi)

RNAi 是指長(zhǎng)雙鏈RNA被剪切為短雙鏈RNA 后，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成siRNA 誘導(dǎo)干擾復(fù)合體（RISC），短鏈RNA的正義鏈降解后，RISC再與特定mRNA結(jié)合，使mRNA降解，最終沉默相應(yīng)基因的表達(dá)。這是一種高度保守的過(guò)程。

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RNAi的作用機(jī)制^[3]

反義寡核苷酸 (ASO)

ASO是指與靶基因mRNA互補(bǔ)的一段單鏈DNA或RNA序列，通常由十幾到幾十個(gè)堿基組成，通過(guò)化學(xué)合成的方式生產(chǎn)。對(duì)ASO進(jìn)行某些特定的化學(xué)修飾后，ASO藥物通過(guò)一定方式進(jìn)入細(xì)胞，能夠特異性地調(diào)控靶基因的表達(dá)。ASO靶向細(xì)胞內(nèi)各種類型核酸（pre-mRNA、mRNA、非編碼 RNA）。ASO 主要通過(guò)刺激 RNAase H 活性來(lái)抑制蛋白質(zhì)生產(chǎn)，這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致靶 mRNA 降解（ASO“Gapmers”）。

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ASO 藥物作用機(jī)制^[3]

核酸適配體 (nucleic acid aptamer)

核酸適配體是通過(guò)大型寡核苷酸文庫(kù)（稱為SELEX）篩選的單鏈DNA或RNA分子，以高選擇性和特異性結(jié)合特定靶點(diǎn)。常見(jiàn)的靶點(diǎn)包括小金屬離子和有機(jī)分子、蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)菌和整個(gè)細(xì)胞。靶點(diǎn)識(shí)別和結(jié)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(guò)與其受體VEGFR結(jié)合來(lái)抑制靶蛋白VEGF-165作用的示意圖。

7-核酸適配體的作用機(jī)理.jpg

核酸適配體的作用機(jī)理^[3]

寡核苷酸藥物優(yōu)勢(shì)

? 特異性強(qiáng)：寡核苷酸藥物是根據(jù)目標(biāo)RNA人工設(shè)計(jì)的，所以目標(biāo)明確，靶點(diǎn)特異性強(qiáng)。

? 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、研發(fā)周期短：寡核苷酸藥物臨床前研發(fā)首先通過(guò)測(cè)定基因序列，針對(duì)疾病基因進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使基因靶向沉默，所以能避免盲目開(kāi)發(fā)，很大程度上節(jié)省研發(fā)時(shí)間。

? 靶點(diǎn)豐富：寡核苷酸藥物從轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行治療，能針對(duì)一些蛋白靶點(diǎn)能有療效的特殊靶點(diǎn)進(jìn)行突破，有望攻克尚無(wú)藥物的遺傳疾病。

8-寡核苷酸與小分子藥物的優(yōu)缺點(diǎn)比較.jpg

寡核苷酸與小分子藥物的優(yōu)缺點(diǎn)比較^[4]

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寡核苷酸藥物開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)和策略

寡核苷酸原料藥生產(chǎn)使用固相合成技術(shù)，在工藝開(kāi)發(fā)、工藝放大和質(zhì)量控制上存在較高壁壘，寡核苷酸原料藥固相合成配套設(shè)備、潔凈環(huán)境等前期投入非常大，同時(shí)生產(chǎn)需符合 GMP要求。因此，國(guó)內(nèi)有能力生產(chǎn)寡核苷酸原料藥的企業(yè)較少，相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套尚不完善，隨著市場(chǎng)需求的增加，能否保證寡核苷酸藥物的及時(shí)供應(yīng)成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和商業(yè)化成功的重要挑戰(zhàn)。

核酸藥物合成&修飾：

美迪西核苷酸藥物化學(xué)合成平臺(tái)可以一站式提供單體合成、修飾；寡核苷酸合成；遞送系統(tǒng)合成以及寡核苷酸偶聯(lián)物的合成。已經(jīng)建成的siRNA庫(kù)，不僅有豐富的單體庫(kù)存，而且擁有龐大的單體合成砌塊庫(kù)，可以快速完成各類修飾單體的合成。美迪西擁有專業(yè)的小核酸藥物的研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以提供高效快捷地研發(fā)服務(wù)；已有多個(gè)siRNA藥物FTE項(xiàng)目完成和進(jìn)行中。

核酸藥物CMC研究：

寡核苷酸藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中藥學(xué)方面的挑戰(zhàn)主要是寡核苷酸大規(guī)模生產(chǎn)能力和分析與質(zhì)控能力要求高，大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)單體原料，設(shè)備，合成工藝及純化方面都有很高要求。制劑方面的挑戰(zhàn)在于制備LNP（GalNac技術(shù)的小核酸除外）的難度高；分析方面挑戰(zhàn)在于寡核苷酸的有關(guān)物質(zhì)與活性成分本身的結(jié)構(gòu)相似性大，質(zhì)量研究與控制需要多原理不同手段的分析方法進(jìn)行，除了一般注射劑研究外還要進(jìn)行LNP的包封率測(cè)定等。美迪西在siRNA等寡核苷酸藥物方面的CMC服務(wù)項(xiàng)目已啟動(dòng)。

核酸藥物藥效學(xué)評(píng)價(jià)：

寡核苷酸藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中藥效學(xué)方面的挑戰(zhàn)包括：靶向不足導(dǎo)致靶部位的寡核苷酸藥物濃度低導(dǎo)致給藥劑量不斷增高；寡核苷酸藥物與非靶 RNA 結(jié)合引發(fā)的脫靶毒性等。

美迪西案例：核酸藥物藥效學(xué)評(píng)價(jià)

? 不同用藥途徑的比較（如靜脈注射，瘤內(nèi)局部注射）

? 體內(nèi)藥效與靶標(biāo)mRNA/蛋白質(zhì)降解(PD)和寡核苷酸藥物的系統(tǒng)暴露量(PK)的相關(guān)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)

10-美迪西案例：Compound-A-–siRNA-plasma-quantification-(20-μL-plasma).jpg

核酸藥物藥代動(dòng)力學(xué)研究：

寡核苷酸藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程中藥代動(dòng)力學(xué)PK方面的挑戰(zhàn)也是此類藥物較大的難題。未經(jīng)修飾的寡核苷酸類藥物成藥性不佳；PK特性差；穩(wěn)定性差；容易被核酸酶降解；分布特性差；和靶標(biāo)的結(jié)合力不佳；生物分析方法開(kāi)發(fā)難度大等。

通過(guò)化學(xué)修飾和遞送系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題。隨著技術(shù)突破，部分難題目前得到較好的解決辦法，其中化學(xué)修飾可以避免核酸類藥物被核酸酶降解并延長(zhǎng)半衰期，高效安全的遞送系統(tǒng)可以使寡核苷酸類藥物精準(zhǔn)的靶向器官，比如肝臟，并提高細(xì)胞攝取效率，使寡核苷酸類藥物發(fā)揮較好的治療功能。寡核苷酸藥物從轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行治療，能針對(duì)難以成藥的特殊蛋白靶點(diǎn)實(shí)現(xiàn)突破，有望攻克尚無(wú)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(dòng)力學(xué)團(tuán)隊(duì)具備完善的寡核苷酸生物分析平臺(tái)、肝臟活體穿刺、肌肉活檢和鞘內(nèi)注射平臺(tái)用于PK和PK/PD研究。

美迪西食蟹猴B超引導(dǎo)下肝臟活體穿刺、肌肉活檢和鞘內(nèi)注射平臺(tái)用于PK和PK/PD

基因療法和核酸藥物的發(fā)展使得建立猴模型并開(kāi)展相關(guān)研究成為熱點(diǎn)。因基因、形態(tài)學(xué)、生理生化等特點(diǎn)與人類高度近似，使得非人靈長(zhǎng)類（尤其是食蟹猴）與人類在進(jìn)化關(guān)系上最為接近，在模型構(gòu)建、疾病機(jī)制研究以及藥物研發(fā)方面優(yōu)勢(shì)突出。目前已經(jīng)建立了多種疾病模型。

在進(jìn)行食蟹猴肝臟疾病模型變化的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)觀察中，由于受到動(dòng)物疾病模型與實(shí)驗(yàn)客觀條件的限制，在對(duì)這些疾病模型的病理分析和診斷時(shí)，科研人員大多通過(guò)盲穿或手術(shù)或安樂(lè)死取材的方法得到肝組織，不僅對(duì)動(dòng)物創(chuàng)傷大、術(shù)后護(hù)理復(fù)雜，且易導(dǎo)致各類并發(fā)癥，不利于疾病模型的長(zhǎng)期觀察。

而美迪西食蟹猴B超引導(dǎo)下肝臟活體穿刺平臺(tái)能夠最大程度地避開(kāi)大血管及膽囊，具有創(chuàng)傷小、穿刺操作安全簡(jiǎn)便、定位準(zhǔn)確、術(shù)后恢復(fù)較好等優(yōu)勢(shì)。B超引導(dǎo)下肝臟活體穿刺平臺(tái)可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示活檢針進(jìn)針取材的全過(guò)程，大大提高了穿刺的成功率和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)也促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利的完善，已經(jīng)多次應(yīng)用于基因治療藥物的臨床前體內(nèi)PK和PK/PD評(píng)價(jià)項(xiàng)目，并在同一個(gè)體動(dòng)物上不同時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連續(xù)采集多份肝臟樣品。

同時(shí)，食蟹猴肌肉活檢平臺(tái)同樣可實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)體動(dòng)物上連續(xù)采集多份肌肉樣品；對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)治療藥物，局部鞘內(nèi)注射平臺(tái)實(shí)現(xiàn)局部治療，都能夠?yàn)榛虔煼ê秃怂崴幬锱R床前PK和PK/PD評(píng)價(jià)提供有力支持。

12-美迪西DMPK部門(mén)開(kāi)展食蟹猴肝臟穿刺活檢用于PK-PD研究.jpg

美迪西DMPK部門(mén)開(kāi)展食蟹猴肝臟穿刺活檢用于PK/PD研究

寡核苷酸藥物未來(lái)市場(chǎng)前景

寡核苷酸藥物具有特異性強(qiáng)、設(shè)計(jì)便捷、研發(fā)周期短、靶點(diǎn)豐富等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前生物醫(yī)藥領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。同時(shí)遞送技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新不斷促進(jìn)核酸藥物給藥途徑的進(jìn)步。核酸藥物遞送平臺(tái)（偶聯(lián)遞送系統(tǒng)、納米顆粒載體等）的開(kāi)發(fā)將推動(dòng)遞送技術(shù)和多種給藥途徑（如：皮下注射、靜脈注射、霧化吸入、瘤內(nèi)注射等）的共同發(fā)展。

未來(lái)，隨著寡核苷酸藥物的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)領(lǐng)域不斷突破創(chuàng)新，技術(shù)的更新將有助于寡核苷酸藥物的發(fā)展。市場(chǎng)需求和市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，寡核苷酸藥物的適應(yīng)癥范圍廣，包括腫瘤、罕見(jiàn)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(yīng)人群基數(shù)大，隨著技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)的成熟，寡核苷酸藥物市場(chǎng)在未來(lái)將有更廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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核酸藥物研發(fā)寡核苷酸藥物