siRNA：药物革命新秀，掀起一片蓝海

一、siRNA概述

       发展历程

RNA干扰（RNA interference，RNAi）一种天然存在的是细胞内调控基因表达机制，可抵御外来核酸的入侵和控制基因表达。RNA干扰的作用分子主要有小干扰RNA（Small interfering RNA，siRNA），microRNA（miRNA），PIWI-interacting RNA（piRNA）。siRNA的发展简史见下图。

图1 siRNA发展简史

数据来源：药渡咨询团队整理

1998年Andrew Fire和Craig Mello在秀丽隐杆线虫中发现了转录后的基因沉默现象，并称为RNA干扰现象；1999年David Baulcombe 在植物中首次发现了siRNA，并通过细胞提取物核酸酶活性实验证实了siRNA在RNAi中的作用，即siRNA可沉默哺乳动物细胞中特定基因^[1]。

作用机制

小干扰RNA（Small interfering RNA，siRNA）又称为沉默RNA、短干扰RNA或非编码RNA，是一类长度在21~25个核苷酸的短双链RNA分子。

siRNA作用机制如下图所示，siRNA诱导基因沉默主要分为两个阶段：

第一阶段（起始阶段），较长的双链RNA（dsRNA）或短发夹RNA（shRNA）通过核酸内切酶Dicer将被切割成小的dsRNA片段（siRNA）。

第二阶段（效应阶段），成熟的siRNA与Argonaute-2（AGO2）蛋白等形成基因沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC），RISC组装过程中，AGO2将siRNA分离成两条单链：引导链（guide strand）和乘客链（passenger strand），且会导致乘客链降解，而引导链被保留下来作为与mRNA比对的模板；并在RISC中的核酸内切酶作用下切割靶mRNA，从而起到基因沉默的效果^[2]。

图2 siRNA作用机制

数据来源：Pharmaceuticals 2022, 15, 575.

技术优势

siRNA历经二十多载的研究，已被公认为可作为一类精准医学疗法，siRNA疗法相对于其他治疗方式具有一系列优势特征，具体见下图。

图3 siRNA的利弊

数据来源：药渡咨询团队整理

（1）siRNA具有高度的安全性

siRNA作用于基因表达的翻译后阶段，因此不与DNA相互作用，从而避免了基因治疗常见的突变和致畸风险。

（2）siRNA沉默基因具有高效性

siRNA与小分子疗法和单克隆抗体相比具有先天优势，因为siRNA通过与mRNA完成Watson-Crick碱基配对来执行其功能，而小分子和单克隆抗体药物需要识别蛋白质的3D空间构象。据评估，随机设计的siRNA有11%~18%的机率可达到90%~95%的沉默效果，58%-78%的机率能达到50%的沉默效果^[1]。

（3）siRNA具有高特异性

siRNA只能沉默同源基因，而无关基因不受影响，且在siRNA序列中配对的19~21nt中仅需改变一个核苷酸，就可使该siRNA消除靶基因的沉默效应。

（4）siRNA具有多功能性

siRNA可以通过序列设计靶向不同的靶基因，因此siRNA可治疗各种疾病。

（5）siRNA易于合成，生产成本低

siRNA化学合成简单，且与蛋白质或抗体相比，siRNA无需经过表达、纯化等繁琐的步骤；因此生产成本更低。

二、siRNA的递送系统

siRNA长度为7-8 nm，直径为2-3 nm，分子量在13-14 kDa，且具有亲水性。因此未修饰及裸siRNA无法被动地穿过细胞膜，且易被肾脏清除。而有效的基因沉默剂不能递送到其预期的细胞类型、组织或器官，则其仍旧没有效用。因此如何递送siRNA至靶细胞中并将其转化为临床一直是siRNA发展的主要瓶颈。

现阶段，siRNA的递送策略可以分为两种，一种是靶向部分直接与siRNA共价偶联，形成siRNA偶联物；另一种是基于各种纳米载体的递送系统。具体递送策略见下图^[3]。

图4 siRNA的递送系统

数据来源：Signal transduction and targeted therapy, 2020, 5(1): 101.

由上图可知，siRNA的递送平台包括各种脂质或类脂质、肽、聚合物、外泌体、树枝状聚合物、siRNA偶联物等。递送平台的关键组分的化学结构包括Dlin-DMA、Dlin-MC3-DMA、C12-200、cKK-E12、GalNAc-siRNA偶联物、基于MLP的DPC2.0（EX-1）、PNP、PEI、PLGA、PTMS、GDDC4、PAsp（DET）等。

三、siRNA药物开发挑战

siRNA介导的基因沉默疗法在通往预期靶点的道路上仍面临着许多挑战，导致其在用于临床治疗时的选择性甚至疗效下降。siRNA药物开发挑战见下图^[4]。

图5 siRNA药物开发的挑战

数据来源：European Journal of Pharmacology, 2021, 905: 174178.

（1）给药途径限制

由于siRNA在肠道环境中的不稳定性，皮下注射途径受亲脂性和载体大小的限制。此外，siRNA是一种带负电荷的分子，siRNA几乎不可能穿过生物膜。大多数裸或未修饰的siRNA的半衰期在5-10分钟之间。因此，治疗性siRNA治疗通常选择静脉注射途径，且需选择合适的递送系统来保护裸siRNA，避免未修饰siRNA被内源性酶降解。

（2）血管的限制

由于内皮细胞的不连续和快速的血管生成，肿瘤内的血管壁具有多个血管孔，直径从100 nm到780 nm不等。而健康组织中的血管在内皮细胞之间具有紧密的连接，从而大大减少了血管壁的渗漏。肿瘤血管的渗漏可导致药物浓度梯度依赖的扩散、对流和转胞作用、药物外渗作用等。因此，肿瘤渗漏可增强siRNA/载体外渗，但也可能导致间质液压力升高。

（3）肾脏清除

siRNA的长度为7-8 nm，直径为2-3 nm。通常尺寸小于8 nm的分子很容易被肾脏系统过滤。因此未修饰或裸siRNA极易被肾脏清除。研究显示，通过连接配体、掺入较大颗粒或与血浆蛋白结合来增加其分子量可有效避免siRNA被肾脏清除。

（4）网状内皮细胞破坏

网状内皮系统（Reticulo-endothelial system，RES）由单核细胞后代的细胞组成，包括吞噬细胞、巨噬细胞，这些细胞主要分布在肝脏、脾脏、肺和骨髓等处。据报道，大于100 nm的纳米颗粒被RES捕获在肝脏、骨髓、脾脏和肺中，从而被激活的单核细胞和巨噬细胞降解^[5]。可见，负载siRNA的纳米颗粒很容易被网状内皮系统摄取并破坏。因此，对于富含RES的靶器官，可对负载siRNA的纳米颗粒进行表面改性、电荷等相关修饰干扰RES的摄取。

（5）脱靶效应

从理论上讲，若siRNA和靶mRNA准确地结合在一起，则可成功的沉默靶基因。然而，许多siRNA都存在siRNA脱靶，并且大多数siRNA分子可能并不像以前认为的那样具有特异性。siRNA的引入可导致脱靶效应，即抑制目标基因靶标以外的基因，导致危险的基因表达突变和意外后果。目前，化学修饰的siRNA，例如先导siRNA链的2'-O-甲基化，可以减少miRNA样脱靶效应以及免疫刺激活性，且不会失去对靶基因的沉默效果。因此，设计治疗性siRNA时应尽可能减少脱靶效应。

（6）诱导免疫反应

有研究发现，长23 nt的siRNA可激活IFN-α、IFN-β等细胞因子的释放，这意味着siRNA药物能够在体内引发强大的先天免疫反应^[6]。免疫反应可通过激活蛋白激酶R或Toll样受体-3进行独立序列激活，或通过树突状细胞中的Toll样受体-7释放促炎细胞因子来启动。由于免疫反应可能因不同的细胞类型而异，因此，很难根据体外工作预测所有体内反应，免疫原性和毒性是开发治疗用siRNA时必须解决的问题。

四、siRNA临床进展

随着2018年第1款siRNA药物的获批上市，siRNA药物的研发热潮不断高涨。截止2023年3月，全球在研siRNA药物总计225个，临床阶段在研品种共计58个。其中，临床III期品种8个、临床II期品种23个、临床I期品种26个、临床申请品种1个。

图6 全球siRNA药物各阶段在研数量统计

数据来源：药渡咨询团队整理

将全球siRNA药物临床在研品种的靶点、原研公司、研发状态、适应症信息进行整理，如下表所示。

表1 全球siRNA临床III期以上品种情况

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数据来源：药渡咨询团队整理

由上图可知，全球批准上市的5款siRNA疗法获批适应症领域集中在神经疾病，原研企业均有Alnylam，此外Alnylam另外两款siRNA疗法也处于临床III期阶段。可见，现阶段Alnylam几乎垄断了siRNA市场。

五、 siRNA企业全景图谱

目前，全球范围内有超20家公司进入siRNA领域，其中有15家企业专注于siRNA药物的研发，包括圣诺医药、瑞博生物、施能康等国内企业。国内外siRNA药物企业图谱如下图所示。

图7 全球siRNA药物企业图谱

数据来源：药渡咨询团队整理

Alnylam

Alnylam Pharmaceuticals成立于2002年，是全球siRNA领域的龙头企业，专注于基因药物、心脏血管疾病、代谢疾病、感染性疾病、中枢神经系统疾病等领域。

Alnylam开发siRNA药物的递送系统主要是基于N-乙酰半乳糖胺偶联方法或脂质纳米颗粒来实现siRNA的肝脏递送，目前已成功建立siRNA药物的肝脏、中枢神经系统、眼部、肺部、肌肉和脂肪组织的递送方法，并推出IKARIA^TM平台、GEMINI^TM平台。

Alnylam拥有15款产品管线，其中5款已成功商业化，分别为Patisiran、Givosiran、Lumasiran、Inclisiran、vutrisiran；3款处于临床II期及以上阶段。Alnylam产品管线如下图所示。

图8 Alnylam产品管线

数据来源：药渡咨询团队整理

Arrowhead

Arrowhead成立于1989年，是全球siRNA领域的先驱企业，专注于开发具有遗传疾病的siRNA药物。

Arrowhead开发siRNA药物的递送系统主要是利用配体介导的递送方式，实现结构简单的组织特异性靶向系统。目前公司已建立TRiM技术平台，可将siRNA药物递送至肝脏、肺、肿瘤等组织中。

Arrowhead产品管线治疗领域覆盖乙肝、代谢、心血管疾病等市场巨大的疾病领域，具体拥有16款产品管线，其中6款处于临床II期及以上阶段，分别为ARO-AAT、ARO-APOC3、ARO-ANG3、GSK4532990、Olpasiran、JNJ-3989。Arrowhead产品管线如下图所示。

图9 Arrowhead产品管线

数据来源：药渡咨询团队整理

圣诺制药

圣诺制药（Sirnaomics）成立于2007年，是国内siRNA药物研发的领先企业之一，致力于利用自主研发的核酸药物递送技术来开发RNAi药物、mRNA疫苗及疗法。

圣诺制药开发siRNA药物的递送系统主要是利用由组氨酸和赖氨酸组成的多肽共聚物与siRNA分子自组装成多肽纳米颗粒，递送至特定靶组织。目前公司已建立PNP递送平台、新型GalNAc RNAi递送平台（GalAhead平台及PDoV-GalNAc）平台)以及用于mRNA疫苗及疗法给药的PLNP递送平台，可将siRNA药物精准递送至肝脏、肿瘤等组织中。

圣诺制药产品管线治疗领域覆盖肿瘤、纤维化、肝脏代谢类疾病、病毒感染和医学美容等领域，拥有19款产品管线，其中2款处于临床I期及以上阶段，分别为STP705、STP707。圣诺制药产品管线如下图所示。

图10 圣诺制药肿瘤产品管线

数据来源：药渡咨询团队整理