siRNA 疗法的新突破拓展药物研发管线

什么是 siRNA（小干扰 RNA）？

小干扰 RNA (siRNA) 疗法是一类利用 RNA 干扰（RNAi）通路沉默特定基因的疗法。该机制于 1998 年在秀丽隐杆线虫中首次被报道，由此催生了针对信使 RNA (mRNA) 的 siRNA 分子研发，用于抑制多种疾病相关蛋白质的生成。

2006 年，发现 siRNA 介导基因沉默的科学家荣获了诺贝尔生理学或医学奖。首个获批的 siRNA 疗法药物帕替司兰于 2018 年获准用于治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性多发性神经病。此后陆续获批的 siRNA 药物包括：治疗急性肝性卟啉症的吉沃西兰、治疗原发性高草酸尿症1型的卢马西兰，以及用于治疗高胆固醇血症的英克司兰。近期获批的 vutrisiran 和 nedosiran，将 siRNA 疗法的应用范围进一步拓展到了代谢疾病、心血管疾病及遗传性疾病领域。 

这些进展确立了 siRNA 作为精准治疗手段在多领域应用的基础。从癌症到阿尔茨海默病再到 HIV，均可成为 siRNA 疗法的潜在靶点。据 Pharmaproject 统计，目前有超过 260 种 siRNA 候选药物处于临床前或临床开发阶段。

尽管前景广阔，但迄今为止，利用这些疗法进行稳定可靠的药物开发仍面临重大挑战。未经修饰的 siRNA（即未进行化学修饰或未采用特殊递送系统的 siRNA）极易被生物体液中普遍存在的核糖核酸酶快速降解，这会大幅缩短其有效半衰期并削弱其到达靶细胞的能力。此外，其固有的负电荷和亲水性特性阻碍了高效的细胞摄取，导致其难以穿透细胞膜并达到足够的细胞内浓度。未经化学修饰的 siRNA 还存在诱发先天免疫反应的风险，可能触发脱靶炎症通路并损害整体安全性。

研究人员正取得突破性进展以攻克这些顽固障碍。化学修饰与先进药物递送系统的研究均有所进展，正使‌ siRNA 疗法‌越来越接近‌实现对多种疾病‌更精准的‌治疗目标。

siRNA 疗法的作用机制

siRNA 通过保守且受调控的RNA干扰通路介导基因沉默，促进特定基因转录本的转录后下调（见图1）。

外源性 siRNA 双链通常由 21-23 个核苷酸组成，末端带有 3'-二核苷酸悬垂结构。这些序列进入细胞质后，会被 RNA 诱导沉默复合体 (RISC) 识别。RISC 活化的核心是 Argonaute 2 (AGO2) 内切酶，其通过 ATP 依赖的双链解旋机制选择性保留引导链，同时排出随从链。

成熟的单链 siRNA-RISC 复合物随后通过沃森-克里克碱基配对与互补的靶标 mRNA 转录本结合，主要作用于种子区（第 2-8 位核苷酸）。在后续 siRNA 加工过程中，AGO2 催化 mRNA 在引导链 5′端第 10-11 位核苷酸位置进行位点特异性内切核酸酶切割。该切割破坏了 mRNA 稳定性，促使细胞质外切核酸酶降解 mRNA，从而有效终止翻译过程。

‌为深入了解‌ siRNA 的研究状况，我们查阅了权威的人工标引科学信息库——CAS 内容合集 (CAS Content Collection^TM)。在过去的十年中，相关的期刊发表量呈现轻微波动趋势，但专利发表量持续增长，表明该领域保持着持续的商业兴趣（见图2）。

如前所述，siRNA 疗法凭借精准沉默驱动病理的基因，已迅速发展为覆盖多疾病领域的潜力治疗方式。基于我们对 CAS 内容合集的分析，癌症治疗是研究最突出的领域 (71%)，其次为传染病 (8%)、神经系统疾病 (6%)、心血管疾病 (5%) 和糖尿病 (5%)（见图3）。

然而，倘若缺少化学修饰或先进的药物递送系统，这些疗法将难以充分发挥其有效治疗疾病的潜力。研究人员在这两个领域取得的进展有望确保 siRNA 在体内能够精准递送，并维持在治疗浓度。

例如，通过引入 2′-O-甲基、2′-氟基团及硫代磷酸酯等化学修饰，可增强核酸酶抵抗力、提高结合亲和力并降低免疫原性，从而稳定 siRNA 在循环系统中的稳定性。与此同时，脂质纳米颗粒 (LNPs)、聚合物载体及靶向偶联物等先进递送系统至关重要——它们通过促进内体逃逸和实现组织特异性分布，有效克服了 siRNA 摄取的物理屏障。下面我们会深入探讨这些创新技术：

siRNA 疗法的化学修饰

化学修饰可解决未修饰 siRNA 的多种不足，包括易受核酸酶降解、肾脏快速清除及潜在免疫原性等问题，同时还能精细调节结合亲和力与靶向特异性等特性。这些修饰通常根据其作用于 siRNA 分子的结构组分进行分类：糖基（核糖）、磷酸主链、核碱基、末端基团以及附加基团的偶联。

化学修饰的选择与组合取决于多重因素：RNAi 活性的维持、稳定性增强、免疫原性降低、药代动力学优化及成本效益。尽管某些修饰能带来显著优势，但需权衡其对大规模生产设计复杂性及合成成本增加的问题。 

糖基（核糖）修饰

核糖 2′-位点修饰最为常用：

• 2′-O-甲基 (2′-OMe) 基团可增强核酸酶抵抗力并降低免疫刺激性
  

• 2′-O-甲氧乙基 (2′-MOE) 修饰可进一步增强稳定性并降低毒性
  

• 2′-氟 (2′-F) 取代基在保持高活性的同时显著提高抗酶降解能力
  

• 2′-O-烯丙基修饰用于调节药代动力学属性，在体循环中具有优势

构象修饰如锁核酸 (LNA) 凭借其受限双环结构具有高亲和力，而解锁核酸 (UNA) 通过为骨架引入柔性可能降低脱靶作用。2′-4′桥接核酸亦通过增强构象刚性来提高靶向特异性。

磷酸骨架修饰

siRNA 的磷酸骨架对分子稳定性和细胞摄取至关重要。

• 硫代磷酸酯 (PS) 修饰通过将非桥接氧原子替换为硫原子，显著增强抗核酸酶活性。
  

• 二硫代磷酸酯修饰将两个非桥接氧原子均替换为硫原子，提供更高水平的保护。
  

• 硼修饰磷酸通过引入硼烷基团改变主链特性；甲基膦酸酯修饰使主链呈中性，在不影响细胞递送的前提下降低免疫原性。

碱基修饰

核碱基修饰旨在调节免疫传感器对 siRNA 的识别,并在保持沃森-克里克碱基配对原则的同时改变结合亲和力。

• 引入 5-甲基胞嘧啶可降低免疫激活
  

• 假尿苷可增强RNA整体稳定性并缓解免疫反应
  

• 2-硫代尿苷用于增强定向结合，肌苷则可实现碱基摆动配对，有助于减少非预期的脱靶效应

末端和偶联修饰

末端修饰进一步增强了 siRNA 的药理特性。在 5'-端，通过磷酸基团去除或临时硅烷基保护等修饰手段，可降低递送过程中的免疫识别。在 3'-端，偶联胆固醇或添加氨基则有助于增强与细胞膜的相互作用与摄取效率。靶向配体（如用于肝细胞识别的 GalNAc、用于癌细胞靶向的叶酸、用于组织特异性递送的适配体或抗体）可进一步优化 siRNA 的生物分布。

稳定化与模式化修饰

其他策略包括通过悬垂末端修饰和内部修饰调整结构。悬垂末端修饰（如引入 dTdT 核苷酸或化学修饰的悬垂结构）可增强抗核酸酶能力。模式化修饰包含不对称修饰与位点特异性修饰。例如在随从链进行重度修饰而引导链仅作轻度修饰，可引导 RNAi 机制优先作用于目标功能链；在 RISC 装载与活性关键位点（如末端区、中心区或种子区）实施定向修饰，则能进一步优化特异性和活性。

先进修饰技术

除传统修饰外，像乙二醇核酸 (GNA)、肽核酸 (PNA)、吗啉代修饰及三环 DNA 等先进类似物代表着彻底改变主链结构的创新途径。这些修饰技术为提升稳定性、特异性及整体药理行为提供了替代方案，有时甚至能带来经典 RNA 修饰无法实现的全新特性。

siRNA 疗法递送系统

针对 siRNA 研究中长期存在的稳定性差、细胞摄取率低、毒性及脱靶效应等难题，近期取得重大突破。我们通过分析 CAS 内容合集中常见的 siRNA 递送系统研究，发现多数文献 (63%) 提及非病毒递送系统，37% 涉及病毒载体递送系统（见图 4A）。

我们进一步分析了近年各递送系统相关发文数量的趋势（见图 4B）。脂质载体在近年呈现最显著的增长态势，siRNA 偶联物也有微弱上升。病毒载体与聚合物载体趋势相似，而无机纳米颗粒在近年发展似乎趋于平稳。

病毒载体凭借其天然细胞进入机制实现高效转染，部分通过工程化衣壳改造可实现组织特异性靶向。例如，因其低免疫原性和明确的组织嗜性，AAV 载体已在神经系统疾病及眼科疾病临床试验中应用；而慢病毒系统仍广泛用于靶向癌基因的临床前基因沉默研究。

脂质载体仍是临床应用最成熟的平台。结合离子化脂质、辅助脂质、聚乙二醇化脂质及胆固醇的脂质纳米颗粒 (LNPs)，现已成为 siRNA 递送的标准载体，获 FDA 批准用于遗传性转甲状腺素蛋白介导淀粉样变性的帕替司兰疗法即为典型例证。脂质体通过添加pH敏感的脂质以增强内体逃逸能力，其阳离子型与中性型制剂正针对癌症及遗传性疾病等多种适应症开展临床与临床前评估。固体脂质纳米颗粒 (SLNs) 和脂质体则通过提供可控释放特性与可大规模生产工艺，进一步丰富了脂质平台的多样性。

基于聚合物的载体通过利用 siRNA 与阳离子聚合物的静电络合特性，拓展了递送系统的选择，从而增强了细胞摄取并促进内体逃逸。聚乙烯亚胺 (PEI)、聚-L-赖氨酸 (PLL)、壳聚糖及 PAMAM 树状高分子等材料已针对炎症性疾病、神经系统疾病和肿瘤疾病进行优化。研究人员还通过修饰合成聚合物（如聚β-氨基酯）和天然聚合物（如透明质酸）实现靶向递送，使受体介导的摄取成为可能。

无机纳米颗粒作为 siRNA 载体也备受关注。金纳米颗粒 (AuNPs) 可通过阳离子聚合物功能化确保 siRNA 安全结合，其光热释放机制已在癌症模型中得到验证。介孔二氧化硅纳米颗粒凭借可调孔径和表面的胺基官能化特性，被设计用于在肿瘤微环境中实现 siRNA 的可控释放。由氧化铁构成的磁性纳米颗粒兼具双重优势：通过外部磁场实现定向递送，同时支持磁共振成像 (MRI) 实时监测，因此可应用于诊断与治疗领域。

直接化学偶联策略为 siRNA 递送提供了另一高效途径。通过将 siRNA 与靶向配体（如 GalNAc）共价连接，研究人员实现了经去唾液酸糖蛋白受体介导的肝细胞特异性递送，该受体对肝脏疾病治疗至关重要。其他偶联基团（如胆固醇、脂肪酸、胆汁酸及细胞穿透肽）可增强细胞摄取并优化药代动力学特性，从而将潜在治疗应用拓展至癌症与代谢性疾病领域。值得注意的是，在 FDA 批准的六种 siRNA 疗法中，有五种含有 GalNac 修饰。

其他基于天然生物响应材料的先进递送系统正不断涌现。外泌体作为具有先天性细胞通讯功能且能穿越血脑屏障等生物屏障的细胞囊泡，正被优化成为中枢神经系统疾病的 siRNA 载体。与此同时，针对pH值变化、酶活性、氧化还原条件甚至光照等特定触发因素释放 siRNA 的生物响应材料，正在实体瘤模型和胰腺癌中进行临床前评估。此外，RNAi 微海绵通过将siRNA封装于多孔海绵状结构中，为 RNAi 疗法开辟了新途径，相较传统递送方式有望显著提升递送效率与稳定性。

总体而言，这些多元递送平台不仅改善了 siRNA 的稳定性、生物分布及细胞摄取能力，更将临床应用范围从肝病与遗传疾病拓展至肿瘤学及中枢神经系统疾病领域。先进材料科学与分子靶向策略的融合，正为新一代 siRNA 疗法铺平道路，在多种疾病领域提供更精准、高效且安全的治疗模式。

精准医学中的 siRNA 疗法现状

siRNA 疗法在化学修饰与递送系统方面的进展，正推动其在多种疾病治疗中的研究热潮。如图3所示，当前最受关注的靶点涉及癌症与心血管疾病，但其他领域同样具有潜力：

• 癌症：临床前研究及早期临床试验已针对多种癌症探索KRAS、VEGF、EGFR、HER2和c-MYC等靶点。这些靶点对肿瘤生长、血管生成及免疫逃逸至关重要。早期研究表明，下调这些驱动因子可显著促进肿瘤消退，抑制肿瘤转移。然而肿瘤异质性及微环境复杂性仍是重大挑战，需开发定制脂质纳米颗粒或受体特异性偶联物等先进递送系统，确保siRNA安全有效地抵达目标细胞。最新研究证实其与化疗药物或免疫检查点抑制剂联合应用时，在癌症治疗中具有额外潜力。
• 心血管疾病：siRNA疗法已取得重大突破，如靶向PCSK9的药物英克司兰获批上市，可显著降低低密度脂蛋白胆固醇水平。针对ANGPTL3、APOB和LPA等靶点的药物正处于研发阶段，早期临床数据表明精准的肝靶向给药能有效调节血脂。‍
• 神经系统及神经退行性疾病：针对 APP、BACE1、tau 蛋白和 α-突触核蛋白等靶点的 siRNA 疗法，为阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等疾病带来希望。然而血脑屏障仍是亟待攻克的难题，促使研究者探索直接给药途径（如鞘内注射）或新型纳米载体以增强中枢神经系统药物摄取。‍
• 传染病：针对乙型肝炎病毒转录本或人类免疫缺陷病毒调节蛋白的候选药物，以及在 SARS-CoV-2 背景下调节 ACE2 等宿主因子的研究，均在评估 siRNA 沉默病毒基因的能力。尽管早期研究显示这些策略能有效降低病毒载量，但病毒快速变异及可能激活先天免疫反应仍构成持续挑战。 ‍
• 糖尿病：siRNA 疗法在糖尿病领域的临床转化尚处萌芽阶段。但多项临床前研究证实，通过沉默 PTP1B、TXNIP 和 FOXO1 等靶点可增强胰岛素信号传导并维持胰岛β细胞功能。代谢调控固有的复杂性，以及实现 siRNA 组织特异性递送且避免脱靶效应的难度，进一步延缓了临床应用进程。另有研究采用 siRNA 介导的沉默技术，探索 GLUT4、GSK3B 等关键蛋白在胰岛素信号通路中的作用。

数百种候选药物正处于上述疾病领域的临床前及临床开发阶段（见图5），印证了 siRNA 研究的蓬勃发展态势。目前有四款药物处于III期临床开发阶段，分别针对动脉粥样硬化（诺和诺德/礼来）、亨廷顿病（Ionis 制药/罗氏）、肌强直性营养不良 (Avidity Biosciences) 及肝炎感染 (Alnylam Pharmaceuticals/Vir Biotech)。心血管疾病、神经系统疾病和癌症是候选药物数量最多的三大治疗领域。

siRNA 疗法展望

尽管肝脏仍是 siRNA 研究的主要靶点，当前研发正致力于设计针对大脑、肺部、肾脏及实体瘤等器官的递送系统。这涉及开发新型配体和纳米粒子制剂，以突破血脑屏障等生物屏障。

在肿瘤学领域，siRNA 策略旨在抑制关键致癌基因并对抗耐药性，早期研究已显现出令人鼓舞的结果。脂质载体、聚合物载体及外泌体递送技术的进步有望提升组织靶向的精准度与效率。化学修饰技术的持续优化正增强 siRNA 稳定性并降低免疫反应，从而拓宽治疗窗口。

这些进展有望推动 siRNA 疗法在多种疾病领域的广泛获批与临床应用，通过精准医疗的重要突破，为全球患者带来希望。