RNA药物，聊透了！

胖猫好久没写点基础的东东了，今天跟各位老爷聊聊RNA药物！

与小分子和蛋白药物不同，RNA药物的分子本质是核糖核酸，其治疗作用依赖于RNA通过碱基配对实现高特异的基因靶向，实现对基因表达和蛋白合成的调控。

RNA药物的一个重要优势是开发过程简单，一旦确定目标序列即可快速设计并合成用于临床试验。这一点和小分子或蛋白药物昂贵又耗时的研发形成鲜明的对比。

同时，RNA药物也有独特的劣势，尤其是密码子优化、结构不稳定、免疫原性和大规模生产制造方面。

RNA分子量过大、带负电荷，会导致药代动力学和药效不佳；未修饰RNA由于稳定性差，且会被内源核酸酶降解，半衰期较短；RNA药物递受到多种屏障阻碍，包括细胞膜、内化过程。

基于RNA的药物又细分成多类：mRNA、RNA适配体、反义寡核苷酸（ASOs）、短干扰RNA（siRNA）和微小RNA（miRNA）等。

这些药物的机制和特点各不相同，这篇文章就分别拆开研究下！

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ASO 药物

治疗性ASO由18～30个单链RNA或DNA分子组成，可以特异性结合pre-mRNA或mRNA，通过促进靶标RNA衰变，或抑制其蛋白加工实现药物作用。

最常用的机制是招募RNA酶H降解mRNA。ASO结合靶mRNA编码区，形成稳定双链杂交结构，促进RNA酶H1招募。RNAse H1通过位于N端的RNA结合结构与杂二链结合，导致RNA切割，下调靶标 mRNA 的转录。

ASO还可通过RNAse H1非依赖机制发挥作用，称剪接切换ASOs或剪接切换寡核苷酸（SSO）。这一机制主要受剪接因子蛋白影响，这些蛋白可在特定位点促进（剪接增强剂）或抑制（切割沉默剂）剪接。

ASO的设计和合成都很简单，所以从概念设计到临床应用非常快，临床可通过多种方式给药，包括静脉注射、皮下注射、局部注射和鞘内注射，能够适应不同的医疗需求。

与其他药物类别比，ASOs的免疫耐受良好，严重不良反应风险低。然而，如何高效递送到靶组织，尤其是穿越血脑屏障（BBB）等生物屏障，是一个重大限制。

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mRNA 药物

mRNA是单链分子，结构上有5'帽和3' poly A结构，包含一个编码目标基因的开放阅读框，两侧为5'和3'非翻译区。

mRNA药物进入细胞后指导特定蛋白产生，用于蛋白替代疗法和疫苗接种。一旦进入细胞，编码的蛋白产物是药理活性分子，其药理活性取决于胞内翻译的复杂调控。

mRNA药物可进行个性化设计，能兼顾患者特定因素（如年龄、性别和疾病状态）以最大化疗效和安全性。然而mRNA药物分子不稳定，在递送、免疫激活及个体变异等方面面临挑战。（请看：《》《》）

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干扰 RNA 药物

外源或内源双链RNA被胞质RNAnase III酶Dicer切割为短的成熟双链siRNA或miRNA。

随后，siRNA\miRNA被整合进RNAi诱导沉默复合体（RISC），这是一种核糖核蛋白复合体，包含siRNA\miRNA和RISC催化成分Ago2蛋白。

siRNA\miRNA的正义链会被RISC降解，反义链作为功能成分保留作为蛋白复合物结合靶标mRNA的引导序列。

RISC利用单链引导RNA在细胞质中寻找目标mRNA序列并结合，随后触发Ago2蛋白的内切酶活性，切断目标mRNA骨架中的磷酸二酯键。

siRNA和miRNA都是参与翻译后基因调控的短双链RNA，物理化学特征相似，但功能不同。

siRNA与目标mRNA具有完全互补的碱基配对，能诱导特定靶mRNA降解，实现基因沉默且无脱靶效应；miRNA往往具有不完全的碱基配对，这会导致翻译抑制或mRNA不稳定，但不会降解mRNA。

miRNA的治疗应用依赖两种不同策略：抑制和替代。第一种策略通过使用miRNA拮抗剂抑制内源性miRNA，使miRNA无法被RISC处理或降解；miRNA替代方法模拟内源性miRNA的功能，发挥抑制作用。

siRNA和miRNA均可对目的基因进行沉默，实现药效，但各优势和局限性。

siRNA药物靶向单一mRNA，具有高度选择性，可最大限度地减少离靶基因沉默，已有多种基于siRNA的药物获批，证明了其临床可行性；然而，基于siRNA的药物由于核酸酶降解，体内稳定性较差，导致半衰期短且药代动力学差。

相比下，基于miRNA的药物可同时靶向大量mRNA，调节整个基因网络和通路。这对治疗复杂多基因病非常有用，但多靶点机制增加了非靶点效应风险。

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核酸适配体

适配体是短的合成单链寡核苷酸或多肽，能特异靶向蛋白、小分子、离子或细胞。和靶点结合后，阻断蛋白-蛋白互作，从而起到拮抗剂的作用。

其功能得益于模仿抗体的能力，因此也被称为化学抗体或拟抗体。但与传统抗体不同，适配体具有稳定性强、免疫原性和分子量低，等特点。

适配体也可设计成在胞内发挥作用，这种情况下称为“内聚体”。胞内适配体可结合并调节胞质或核内蛋白活性，影响基因表达、RNA转运或酶活性等。

双特异性适配体是经过工程设计的核酸分子，用来同时结合两个不同的靶点，常是肿瘤相关抗原和免疫细胞受体，这样的机制就类似于 TCE 了。

有意思的是，嵌合体适配体就像 ADC，一个结构是核酸适配体，另个结构是功能性药物，这种设计能够对靶点高特异的结合，实现靶向药物递送的功能。

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CRISPR-Cas系统与gRNA

CRISPR-Cas是一种革命性基因编辑技术，源自细菌适应性免疫机制，通过靶向并切割外来核酸来防御病毒和质粒。其功能依赖于工程化gRNA和RNA引导Cas核酸酶的利用。

其中gRNA专门用于与靶序列碱基配对，并结合Cas蛋白，从而形成Cas-gRNA核糖核蛋白复合物。随后Cas核酸酶在特定目标位点切割双链DNA，或在某些系统中切割单链RNA，从而促进精确的基因组编辑。

基于CRISPR-Cas的药物利用gRNA的精准度引导基因编辑酶至特定DNA序列，实现高度靶向的修饰，精确编辑基因的能力为多种疾病开辟了广泛的治疗可能性，包括遗传疾病、癌症、传染病、神经系统疾病和眼科疾病。

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tRNA

tRNA是长度70–90个核苷酸的 RNA，在蛋白合成过程中将mRNA密码子翻译成相应氨基酸。每个tRNA都是典型的三叶草状二级结构，随后折叠成更紧凑的L形三级结构。

基于tRNA的药物旨在从蛋白质翻译层面治疗遗传疾病。这些疗法利用工程化的tRNA来处理干扰正常蛋白质合成的突变，特别是无义和错义突变。

工程化tRNA能识别mRNA中的过早终止密码子（无意义突变），并插入氨基酸，使核糖体产生全长且功能性强的蛋白质。此外，这些tRNA可以在错义突变位点插入正确的氨基酸，从而有可能恢复蛋白质功能。基于tRNA的药物旨在恢复完整功能性蛋白质的生成，这对治疗效果通常至关重要。然而，与高效细胞递送和稳定性相关的挑战仍是临床翻译的关键。

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环状 RNA

环状RNA是一类内源性、共价闭合的RNA分子，因其稳定性、组织和细胞特异性的表达模式及在基因表达中的不同调控作用而备受关注。与线性RNA不同，环形RNA缺乏游离的5′和3′末端，这赋予了其对外切酶降解的抵抗力，增强了稳定性。

环RNA的机制之一是miRNA海绵化。环状RNA包含多个特定miRNA的结合位点，以序列依赖方式结合miRNA，使其失活，从而防止mRNA靶点被抑制。通过专门设计的环RNA，配合定制的miRNA结合位点，定向到任何miRNA。

除miRNA海绵化外，环RNA还可以设计成以序列依赖的方式直接靶向并与pre-mRNA和mRNA转录本相互作用，通过与剪接因子竞争或影响剪接位点选择，从而导致替代剪接，并通过立体阻碍或RNA二级结构的改变影响mRNA翻译，从而影响翻译效率。

此外，工程化环RNA还可用于通过竞争退火破坏致病或缺陷RNA二级结构，从而恢复正常RNA功能或抑制异常蛋白的翻译。

环RNA治疗代表了下一代有前景的基于RNA的药物，具有稳定性、蛋白质表达和免疫原性等优势。尽管尚未有环状RNA药物获得FDA批准，但该领域正在迅速发展。

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核酶

核酶，或称RNA酶，是具有内在酶活性的小型RNA分子，能识别并结合特定RNA序列，从而催化有害RNA的切割或突变RNA修复等反应。

与蛋白酶不同，核酶仅通过其RNA结构催化生化反应，促进转录后基因表达的调控。通过互补的碱基配对相互作用，核酶可专门的识别区选择性结合目标mRNA，实现特定位点的切割或转录本稳定性和翻译调节。

除催化降解功能外，核酶还能通过空间阻断核糖体对mRNA的访问来抑制基因表达，从而阻止翻译的启动或延长。这种类反义机制不需催化活性，而是利用核酶的序列特异性和稳定杂交。