摘要：siRNA治疗方法已获得广泛关注，目前已有六种siRNA获准用于临床应用。尽管它们被研究用于治疗代谢、心血管、传染性和罕见遗传疾病，以及癌症和中枢神经系统（CNS）疾病，但依然存在几个药物可用性挑战。在这里，我们提供有关这些挑战的深入讨论，包括靶向积累和细胞摄取（‘进入’）、内溶酶体逃逸（‘逃逸’）以及体内药效表现（‘疗效’）——这三个‘E’挑战，同时也阐明siRNA药物开发。此外，我们提出几种有前景的策略，这些策略在促进siRNA治疗药物临床转化方面具有巨大潜力，包括探索多样的配体-siRNA结合物、扩大潜在疾病靶点，以及开掘新的修饰几何形状，以及开发组合疗法。

1.理论上，siRNA能够靶向任何感兴趣的基因，潜在地解决那些对小分子和蛋白质而言‘无法药物化’的疾病靶标。

2.目前，已有六种siRNA治疗药物获得临床使用批准，以及大约20种其他候选药物已进入临床研究的后期阶段。

3.靶向累积和细胞摄取（进入）、内溶酶体逃逸（逃避）以及体内药理学性能（疗效）（三个‘E’挑战）是siRNA药物开发中最关键的瓶颈。

4.配体缀合的siRNA是有前景的平台，已经在强健的肝外递送方面取得了突破。复杂且适当的化学修饰可能会在siRNA方式的稳定性和长期疗效方面带来惊人的突破。

【NO.1】siRNA治疗的蓬勃发展

从制药历史的角度来看，小分子药物作为最早开发和应用的治疗方式，享用了超过一个世纪的使用，而蛋白质和抗体相对较晚出现，并且研究了将近半个世纪。尽管核酸分子作为一种新型治疗方法的发展时间较短（20-30年），但它们已经引起了制药行业的显著全球关注，成为第三种最显著的治疗方式。核酸药物仍在快速探索和开发中，特别是在RNAi领域，其广泛而深远的治疗潜力日益显现。考虑到这一点，我们相信即将到来的时期将是核酸的一个关键时代，既扩大了治疗选择的范围，也为该领域提供了新可能性。

与传统的小分子药物和抗体相比，siRNA（见词汇表）具有丰富的疾病靶点、高开发成功率、短开发时间、强大且持久的疗效，以及平台化模式的卓越特征。目前，六种siRNA药物（patisiran、givosiran、lumasiran、inclisiran、vutrisiran和Rivfloza）已成功商业化。尽管siRNA药物在临床实践中的应用前景广泛，但其开发面临关键挑战，包括靶向积累和细胞摄取（进入）、内溶酶体逃逸（逃逸）和体内药效（疗效）（三大“E”挑战）。在本文中，我们阐述了siRNA治疗的当前状态和未来前景，概括了该领域所遇到的关键挑战，并提出了一系列应对策略。通过提供广泛的见解和灵感，本文旨在为科学和制药界提供有价值的指导。

【NO.2】siRNA疗法的最新研究和开发状态

近年来，siRNA疗法在多个候选药物的前临床和临床研究开发中显示出了巨大的潜力。截至2023年8月，全球范围内有15种在临床二期或后期阶段的研究siRNA药物（表1），涵盖广泛的治疗领域，包括罕见疾病和遗传性疾病，并扩展到常见疾病。主要制药公司已扩大其研究重点，以涵盖代谢性疾病、心血管疾病、乙型肝炎和癌症等常见病。例如，ALN-AGT（NCT04936035i，NCT05103332ii，随机）目前正在开发中，用于治疗高血压，并已进入二期临床试验。Olpasiran（NCT05581303iii，随机）旨在治疗动脉粥样硬化斑块，正在进行三期研究。SLN360（NCT05537571iv，随机）是一种降脂siRNA，已进入二期研究。RBD1016（NCT05961098v，随机）是一种用于治疗乙型肝炎的N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）结合siRNA，将在欧洲开始二期试验。STP705和STP707由两种siRNA组成，靶向转化生长因子β1（TGF-β1）和环氧合酶2（COX-2），并以肽纳米粒（PNPs）形式制备。STP705局部施用到病变组织中，以治疗原位鳞状细胞癌（isSCC）（NCT04844983vi，二期，随机）和基底细胞癌（BCC）（NCT04669808vii，二期，非随机），而STP707（NCT05037149viii，一期，非随机）则通过静脉注射到身体中，用于治疗几种实体瘤和纤维化肝病，例如原发性硬化性胆管炎（PSC）。

表1.选定的商业化或晚期研究的siRNA疗法

从产品管道的角度来看，siRNA疗法的一个显著突破在于其扩展到肝外疾病，包括小分子药物和抗体药物一直未能涉足的领域，如中枢神经系统疾病。ALN-APP（NCT05231785ix，第一阶段，随机）是一种经椎管内给药的siRNA，靶向淀粉样前体蛋白（APPs），用于治疗阿尔茨海默病（AD）和脑淀粉样血管病（CAA）。最近，ALN-APP的第一阶段研究在单药剂量递增试验中获得了积极的中期结果。ARO-SOD1（NCT05949294xi，第一阶段，随机）是一种针对中枢神经系统内超氧化物歧化酶1（SOD1）的研究性siRNA，可能用于治疗由SOD1突变引起的肌萎缩侧索硬化症（ALS），目前正在进行第一阶段研究。此外，临床开发的RNAi疗法正在向将siRNA递送到其他组织（如眼睛、肌肉、肺部和脂肪）迈进。Tivanisiran（SYL1001）（NCT03108664xii，NCT04819269xiii，随机）目前正在进行第三阶段临床研究，以治疗干眼症。ARO-DUX4（第一/第二阶段）用于治疗面肩肱肌营养不良（FSHD）已提交临床试验。ARO-MUC5AC（NCT05292950xv，第一阶段，随机）、ARO-RAGE（NCT05276570xvi，第一阶段，随机）和ARO-MMP7（NCT05537025xvii，第一/二a阶段，随机）目前正在研究用于治疗肺部疾病。

值得注意的是，siRNA的给药频率已经实现了历史性的突破。siRNA的增强稳定性修饰使其能够在体内持久抑制基因和治疗效果，同时避免潜在的序列依赖性非特异性效果。例如，Leqvio在头三个月只需给药两次，随后每六个月治疗一次，以有效管理原发性高胆固醇血症或混合性脂质异常。

目前，全球有超过100家公司从事siRNA领域，其中大约30家公司专注于siRNA药物开发。根据Informa Pharma Intelligence的生物追踪记录，目前大约有200种基于siRNA/RNAi的药物正在进行临床前和临床研究。自2016年以来，共有14种siRNA和反义寡核苷酸（ASO）获得批准商业化。此外，寡核苷酸治疗领域在并购方面也见证了显著活动。近年来，在心血管和代谢疾病、神经系统疾病和乙型肝炎等领域有一些值得注意的许可协议。代表性的siRNA递送平台包括脂质纳米颗粒（LNP）、GalNAc-siRNA偶联物（GalAheadTM、PDoV-GalNAc等）、GEMINI、™TRiM™、PNP、RIBO-GalSTAR®和RIBO-OncoSTAR，而IKARIA™的建立是为了开发长效siRNA。

【NO.3】siRNA临床研究的瓶颈

尽管siRNA药物研究取得了重大进展，但仍存在一些需要克服的关键挑战。具体来说，三个“E”挑战（进入、逃逸、疗效）是限制siRNA临床翻译和应用的三个关键问题。

图1.限制siRNA临床翻译和应用的三个“E”挑战

3.1进入挑战：靶向积累和细胞摄取

第一个挑战是在靶器官/组织中实现siRNA的高效富集并有效内化到靶细胞中（图1A）。由于它们的大尺寸和阴离子电荷，未修饰的裸siRNA显示出低生物利用度，半衰期短至几分钟。纳米载体封装的siRNA通常与血清蛋白结合，导致网状上皮系统（RES）摄取和吞噬清除。此外，siRNA可被血浆、组织和细胞质中存在的核酸酶或磷酸酶快速降解。全身清除后，siRNA必须穿过毛细血管的内皮才能进入组织，由于广泛的粘附和紧密连接，这尤其具有挑战性。尽管siRNA可能被动地积累在肝脏或肿瘤组织等多孔部位，但将这些治疗剂输送到优先吸收这些分子的器官以外的身体其他部位，以及血液-脑屏障（BBB）和血液-视网膜屏障等屏障的有效穿越，仍然面临巨大的挑战。

3.2逃逸激发试验：内体和溶酶体逃逸

第二个挑战是如何实现有效的内体和溶酶体逃逸。虽然siRNA可以通过内吞作用进入细胞，但只有不到1%的siRNA可以从内吞作用中逃逸，被动siRNA逃逸率低于0.01%。去唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）是一个明显的例外，其肝细胞表达水平约为500000或更高，循环时间不到20分钟。足够的GalNAc-siRNA偶联物可以在肝细胞的细胞质中积累，以在治疗期间达到治疗水平。虽然这为未来基于RNAi的肝脏治疗靶向带来了希望，但siRNA逃逸对于其他类型的细胞来说仍然是一个未解决的问题。大多数表面受体的表达范围为10000–100000或更短，受体回收时间大约或超过90分钟（图1B）。由于细胞质和内体中siRNA的降解，观察到在任何给定时刻，只有极小的内吞GalNAc-siRNA偶联物存在于体内细胞质中。值得注意的是，虽然内体包埋的RNA治疗药物起到了作用，从而维持了较长的单剂量反应持续时间，但这一优势被很大一部分无法穿透细胞质的内吞RNA治疗药物所抵消。因此，虽然内体的释放确实是抑制RNA疗法在人类疾病治疗中更广泛应用的主要障碍，但值得注意的是，需要有一种平衡，以在一定程度上维持贮存效应，确保长时间的持续反应。

迄今为止，试图使用改良的pH敏感性、离子穿透剂、氯喹样溶酶体试剂、成孔肽如蜂毒肽、十二烷基磷酸胆碱（DPC）和/或GalNAc偶联的蜂毒肽样肽（NAG-MLP）来增强内体逃逸，但尚未完全解决细胞毒性与内体逃逸增加之间的关系。

3.3疗效挑战：体内药物性能

第三个挑战是要求良好的体内稳定性、持久效果和安全性。使用病毒载体进行体内核酸递送有一些毒副作用和目前主要限于临床前研究。化学合成的载体系统，如阳离子脂质和大多数无机纳米颗粒，可在体内诱导细胞凋亡和炎症。给药系统还必须确保生产、质量控制和运输的便利性，以实现大规模临床应用。此外，目前RNA药物临床前研究中广泛使用的小鼠模型并不是毒性评价模型，因为从小鼠模型获得的RNA剂量反应关系不能直接应用于人类。非灵长类动物模型通常缺乏与人类的基因组序列的足够重叠来预测药效学效应，因此有必要扩大非人灵长类动物（NHP）模型的使用，或者作为潜在的选择，扩大与疾病相关的类器官的使用。未经修饰的寡核苷酸通常在体内不稳定，并且很容易被血液中的核酸酶降解。此外，外源寡核苷酸可能在体内显示免疫原性并引起免疫反应。随着技术的突破，化学修饰【例如，对硫代磷酸盐（PS）骨架、核糖和链末端的修饰】已被广泛用于增强siRNA的稳定性，减少/消除脱靶效应和免疫原性，从而提高siRNA的“功效”（图1C）。通过复杂的修饰，siRNA已成功实现99%的基因沉默并在体内持续存在，允许低剂量季度、半年甚至每年给药。化学修饰的进化史及其对siRNA功效的影响是一个令人着迷的研究领域，值得进一步全面探索。

然而，尽管取得了这些可喜的成就，但仍存在一些挑战。例如，修饰诱导的稳定性和特异性增强可能会降低沉默活性或引起意想不到的不良反应（图1D）。此外，在临床前和临床研究中，都需要仔细评估siRNA的免疫原性和毒性（包括脱靶诱导毒性）。更重要的是，一系列专利家族对siRNA药物开发的知识产权格局做出了重大贡献。例如，WO2016028649概述了一种几何结构，该几何结构将siRNA的两条链的修饰划分为由核苷酸计数的特定范围定义的不同区域，从而提供每个区域的修饰单体的化学结构或物理化学性质。WO2013074974描述了一种dsRNA双链体，其基序由一条或两条链中三个连续核苷酸上的三个相同修饰组成，特别是在切割位点附近。此外，WO2018185241重点介绍了反义链5'端2位和14位核苷酸的修饰策略，以及正义链上的核苷酸，对应于反义链的11、13、11和13或11-13位。这些专利对siRNA药物开发构成了重大障碍，必然需要该领域的其他实体建立独特的技术。

【NO.4】克服三个“E”挑战的有前途的策略

为了应对这些挑战并推动siRNA疗法的发展，几种有前途的策略或方法值得探索。

图2.克服三个“E”挑战的有前途的方法

4.1开发新型化学修饰

优化化学修饰是提高siRNA稳定性、特异性、安全性和生物利用度的重要方向。这包括开发新的化学修饰单体、修饰模式和RNAi触发结构（图2A-C）。传统的siRNA修饰主要涉及2′-O-甲基化（2′-OMe）、2′-氟脱氧核糖核苷酸（2′-F）和PS，而新型修饰单体和修饰模式的开发将进一步完善siRNA的药代动力学和安全性。例如，已经开发了新型单体，如乙二醇核酸（GNA）和5′-（E）-乙烯基膦酸盐[5′-（E）-VP]（图2B），新型修饰模式，如增强稳定化学（ESC）plus（ESC+）（图2A），以及新型RNAi触发结构，如小环状干扰RNA（sciRNA）、不对称siRNA和二价siRNA支架（图2C）。此外，现在可以使用算法实现siRNA的设计和修饰。例如，Alnylam已经开发了几代siRNA设计，包括部分修饰的标准模板化学（STC）、ESC、高级ESC、ESC+和IKARIA™。

几种ESC+偶联物目前正处于临床流程中。在专利方面，新型单体、图案和结构的发展可以为新来者提供绕过现有知识产权的空间。此外，业务合作期间的开放许可协议可以为其他公司提供使用siRNA技术的机会，促进其普及和商业化。

4.2建立独特的递送系统

虽然LNP、聚合物、无机纳米颗粒和外泌体等各种纳米材料已被开发为siRNA载体，但它们的负载能力、稳定性、安全性和有效性仍然存在局限性。未来的基础研究应侧重于优化这些载体的物理化学性质，并使用独特的靶向配体或化学部分特异性结合患病细胞的表面标志物/受体。siRNA可以与配体共价连接以形成配体-siRNA偶联物，这可以降低循环中的清除率并增强靶向积累和细胞摄取，从而调节其药代动力学和药效学特征。这些配体包括小分子、脂质[如胆固醇、2′-O-十六烷基（C16）、各种脂肪酸]、肽（如RGD衍生物、H2009.1、A20FMDV2、胱氨酸结肽）、适配体、抗体、蛋白质（如centyrin）、糖类（如GalNAc）和非编码RNA（ncRNA）（图2D）。

与纳米颗粒相比，配体偶联物通常体积小，易于大规模合成，并具有明显的药代动力学特性。与脂肪酸等脂质部分结合可以改变肝外组织中的积累，从而能够在包括CNS、心脏、肺和肌肉在内的多种组织中进行基因调控。抗体和细胞表面受体之间的特异性相互作用可能能够递送到其他技术无法到达的特定组织和/或细胞亚群。单剂量的TfR1抗体（αTfR1）与siRNA偶联，在小鼠和猴子中产生超过75%的mRNA减少，骨骼肌和心脏（横纹）肌的沉默最严重，而其他主要器官的沉默活动最少或没有。siRNA治疗药物还可以与阳离子肽部分（如细胞穿透肽和Endo-Porter）连接，有效穿透组织屏障和细胞膜。此外，siRNA和内体逃逸增强佐剂的组合可能是将配体偶联的siRNA递送至非肝组织的可行策略。

4.3扩大疾病目标

siRNA技术主要用于目标蛋白质编码基因。然而，最近的研究表明，ncRNA，如长ncRNA（lncRNA），在各种疾病中起着重要作用（图2E）。因此，开发能够有效调节ncRNA表达的新型RNA靶向技术可能为疾病治疗提供更广泛的机会。此外，探索编码和ncRNA之间的相互作用，例如竞争性内源性RNA（ceRNA）网络，可能会为疾病机制提供新的见解，并实现更有效的治疗干预。除了在mRNA水平调节基因表达外，siRNA技术还可以靶向表观遗传修饰，例如DNA甲基化或组蛋白修饰，这些修饰在疾病的发展和发展中起着至关重要的作用。通过调节表观遗传标记，有可能重编程基因表达模式并逆转疾病表型。

4.4探索联合疗法

利用双靶向方法或将siRNA与其他治疗药物（如化疗药物、抗体或免疫调节剂）联合使用，有望增强疗效、克服耐药性和减少脱靶效应。这些策略可能为治疗以前无法治愈的疾病创造新的机会。例如，正在实施一种涉及VIR-2218（GalNAc-siRNA偶联物，也称为ALNHBV02）和聚乙二醇-干扰素α(PEG-IFN-α)的联合治疗，旨在实现乙型肝炎的功能性治愈。siRNAJNJ-73763989（JNJ-3989）加核苷（t）类似物（NA）用于评估有/没有衣壳组装调节剂JNJ-56136379（JNJ-6379）的慢性乙型肝炎患者的治疗效果。此外，pozelimab（补体C5靶向抗体）和cemdisiran（一种GalNAc-siRNA偶联物）正在联合用于治疗重症肌无力和阵发性睡眠性血红蛋白尿症（PNH）。此外，正在进行Empaveli（一种环肽）和siRNA组合的临床前研究，这可能会降低Empaveli的治疗频率和/或提高治疗效果。

【NO.5】总结和未来展望

我们正在见证RNA药物治疗新时代的到来。RNA疗法基于一个强大且多功能的平台，该平台在解决未满足的临床需求方面具有几乎无限的潜力。因此，RNA疗法注定会改变许多疾病的护理标准。随着第六种siRNA药物Rivfloza的获批，未来几年肯定会有更多的siRNA疗法出现。在成功建立用于肝细胞递送的最先进的GalNAc-siRNA偶联物后，肝外递送技术的探索将成为该领域的下一个前沿领域（参见临床医生专区）。

与肝脏相比，将RNAi分子递送到靶向非肝脏疾病的挑战要大得多。配体-siRNA偶联物必须以足够的速率在靶细胞中积累以实现沉默。此外，避免同时进行肾脏和网状内皮清除、增强外渗和组织渗透、增加货物内化受体低表达细胞类型的摄取、改善内体逃逸以及支持强效和安全治疗效果等几个因素需要进行珠子处理以实现令人满意的沉默。为了将siRNA的适用性扩大到肝脏组织之外，至关重要的是：（i）识别或确定可以促进有效内化的独特受体;（ii）提出具体的筛选或勘探策略;（iii）设计并鉴定用于稳健递送和持续基因沉默的新型配体;（iv）选择与特定疾病有关的遗传或临床可行的靶基因。如果在临床条件下肝外递送变得可行且稳健，则狩猎RNAi疗法的领域可能会显着扩大。

此外，在siRNA的开发中，与化学制造和控制（CMC）以及药物注册政策相关的问题会显著影响新药营销。siRNA的CMC面临多重挑战，包括单体供应、质量控制、能力建设、杂质表征和分离纯化。在药品注册政策方面，目前还缺乏统一的国际标准。建议通过加强科学研究、提高透明度以及修订法规和政策来确保临床试验的安全性和有效性。

此外，目前siRNA的主要扩展方向是在慢性疾病领域，如高胆固醇血症、高甘油三酯血症、高血压、高脂蛋白胆固醇（a）[Lp（a）]心血管疾病、非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和乙型肝炎。未来siRNA药物开发的突破性方向包括递送至CNS、眼睛、肌肉、肺和脂肪组织和肿瘤。这为siRNA治疗留下了相当大的市场空间。

尽管存在挑战（参见悬而未决的问题），但siRNA代表了一种有前途的方式，有可能彻底改变各种疾病的治疗。为了应对与高效和安全递送、内体逃逸、体内功效相关的挑战，其他方面则需要跨多个领域的持续创新和合作。可以肯定的是，经过不懈的努力，这些挑战将继续被规避，并最终迎来进一步的重大突破。

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