核酸干扰药物的产业化中国新药自主创新的一个突破口

摘要核酸干扰作为一种简便的研究工具正得以广泛应用，而其对靶向药物研发的影响更是前景广阔。核酸干扰技术在学术界引起广泛研究兴趣的同时，相应研究成果迅速的向临床应用过渡。目前在美国已有十多项核酸干扰治疗方案进入临床试验。而我国目前核酸干扰药物的研发仍然处于临床前阶段，而且落后的距离正在加大，如不迎头赶上，将又一次在新一轮的靶向药物开发的竞争中落伍。因此，我们应了解国际上的相关动态，充分利用海归科技创新人才优势，勇于创业创新，将核酸干扰药物的研发看作是目前我国进行靶向药物创新创制的突破口。本文是对国际相关领域的一个介绍，同时提出了八点建议，希望对我国的新药创制的发展战略有所帮助。关键词　核酸干扰药物；自主创新；发展战略1　引言：核酸干扰的科学机理信息核糖核酸分子（mRNA）是将细胞核内脱氧核糖核酸所携带的遗传信息转变成细胞质内蛋白质的中介载体。核糖核酸干扰（核酸干扰，RNAi-RNAinterference）是一种自然生物现象，不仅是生物体抵御病毒侵害的一种自我防卫机制，而且是细胞用于调控基因表达的一种方式。这一调控方式能“敲低”（knockdown）靶基因的表达，是一种转译后基因沉默（posttranscriptionalgenesilencing，PTGS），不会对基因序列的完整性造成影响。科学家们首先在植物中观察到了这一现象，而后1998年在蠕虫动物模型中确认，诱导核酸干扰这一转译后基因沉默现象的化学分子是双链RNA而非传统概念所认为的单链反义RNA。此后利用双链RNA来诱导核酸干扰很快成为科学家们用来研究基因功能的有力工具。相比“反义核酸（antisenseoligo）”技术，核酸干扰有很多的优越性。核酸干扰通过降解细胞中的mRNA来调控基因的表达。具有抑制靶基因活性的小干扰性核糖核酸（小干扰核酸，siRNA-smallinterferenceRNA）分子很容易筛选并可用现有的化学工业常规快速地合成。更重要的是，小干扰核酸诱导的核酸干扰对靶基因表达的抑制效果比文/徐军　杨宏钧　姬建军　葛青　陆阳核酸干扰药物的产业化：中国新药自主创新的一个突破口472009年4月第3卷4期Vol.,No.4,April2009Innovation&Management创新与管理Innovation&Management创新与管理48ChineseJournalofPharmaceuticalTechnologyEconomicsandManagement中国医药技术经济与管理反义核酸更为有效和长期。通常小干扰核酸只需要反义核酸几十到几百分之一的浓度即可取得相同程度的靶基因表达抑制。小干扰核酸在抑制靶基因表达上之所以比反义核酸更为有效是因为作用机制的不同：小干扰核酸诱导的核酸干扰通过激活一个细胞中的自身生物过程来降解靶基因的mRNA，从而抑制靶基因的表达。而反义核酸抑制基因表达的效率相对较低是因为细胞中存在拮抗反义核酸功能的生物机制。核酸干扰作为一种简易的研究工具得以广泛应用。这不仅是因为相关的microRNA在人类基因各种调控通路中具有重要作用，例如RNA的剪切、核酶调控和非编码转录物等。而更为重要的是，从这些研究中得到的知识，例如关于核酸干扰的基本机制或者核酸的免疫激活特性，与核酸干扰药物的开发过程关系极大。从而使核酸干扰技术在学术界引起广泛研究兴趣的同时，相应研究成果迅速的向临床应用过渡。这使核酸干扰药物公司得以产品为导向，通过与学术界的密切合作来限制开发成本和缩短时间消耗。这样的学术研究已经产生了大量的具有应用前景的技术，例如用于核酸干扰药物导入技术[1-3]。反过来，企业对应用研究的大量投资，例如出资获得对这些技术的权利，提供实验试剂或联合申请经费之类的方式，从而进一步促进这个过程。核酸干扰治疗不仅需获得在医学、经济和生物安全方面的承认，而且要在更广阔的公众范围内获得对核酸干扰治疗潜能的认可（例如2006年诺贝尔医学和生理学奖对A.Z.FireandC.C.Mello等开创性工作的嘉奖）。大量资金支持现已扩展到了商业领域，包括美国国家卫生研究院（NIH）支持的小型产业创业研究计划和十亿美元的麻省生物技术创新计划。后者非常值得注意，不仅是因为它的规模，还因为它明确表明在核酸干扰领域的关键性投资，将支持器官移植的研究和生物技术工业的开发。随着核酸干扰被《科学》杂志选为2002年十大科学突破之首[4]，越来越多的科学家们相信揭开核酸干扰的作用机制（图1）和迅速拓宽它在生物医药领域的应用是生物工程领域十年来最重要的成果。作为一种更为有效的抑制基因表达的机制，核酸干扰技术很快就取代了反义核酸技术和核酶（Ribozyme)技术，成为进行基因功能研究的首选手段。实验结果表明，长的双链RNA分子在细胞质中被一个名为Dicer的Ⅲ型核糖核酸酶剪切成大约21个碱基对的双链RNA，被称为小干扰核酸（siRNA)。小干扰核酸分子在其3’末端有2个未配对碱基的突出[5]。在核酸干扰过程中产生的这种小干扰核酸是一种非常强烈的序列特异性基因表达抑制剂，能与细胞质中靶mRNA特异结合，介导随后靶mRNA序列的降解。小干扰核酸通过诱导切割靶mRNA分子的过程是一种转录后基因沉默效应。哺乳动物细胞中小干扰核酸在特异地沉默靶基因的表达的同时，并不触发干扰素信号传输途径的反应[6]。492009年4月第3卷4期Vol.,No.4,April2009图1　核糖核酸干扰（核酸干扰）在靶细胞中的作用机制。当外源化学合成的小核酸分子(小干扰核酸)进入胞浆后,首先与RNA诱发的基因沉默蛋白复合体(RISC)结合,负链RNA则在RISC参与下与对应的信使RNA序列嵌合,导致核酸酶参与下的专一性的信使RNA降解,进而造成该基因表达的下调。由载体导入的shRNA则必须在其载体进入细胞核后得以表达，并施放单链RNA到胞浆中形成小双链shRNA。一种名为Dicer的蛋白酶将shRNA转化成小干扰核酸，从而通过与小干扰核酸类似的途径导致核酸酶参与下的专一性的信使RNA降解,进而造成该基因表达的下调，即靶基因表达的沉默。将小干扰核酸应用于临床来敲低（抑制）一个特定基因的表达，除了需要了解和掌握多方面的信息，比如与序列动力学有关的信息。以及mRNA上有效靶位点（Hot-spots）的信息等。成功的关键在于掌握能否有效地将小干扰核酸送入靶细胞的传送方法，以及让小干扰核酸在靶细胞维持长期活性的方法。将小干扰核酸有效送入靶细胞或动物模型的传送策略包括现有常用的物理和化学转输方法，即通常所称的非病毒载体方法。与之对等的另一种替代策略是用各种病毒载体在细胞内表达小干扰核酸。利用小干扰核酸作为功能基因组学研究工具的论文发表数量正在快速增长[7]。与此相应，人们对开发小干扰核酸类新药物的兴趣也越来越高。很显然，小干扰核酸作为治疗方法的应用取决于建立优化的局部给药或全身给药方法。以小干扰核酸为工具来研究功能基因组学正以爆炸的方式快速渗透到生物医学的每一个领域，尤其以在肿瘤生物学研究上的应用最为活跃和最令人振奋[8]。这包括用小干扰核酸来发现新的癌症相关基因和验证它们的生物功能，以及探索利用小干扰核酸作为治疗癌症疾病新途径的可行性。尽管基础研究上的显著进展，如何有效地将小干扰核酸导入动物体内仍然面临着极大的挑战。从目前的结果来看，利用小干扰核酸在培养细胞中进行基因功能验证已经是非常的成功。相比之下，小干扰核酸在动物体内的成功应用仍有待于克服一些重大的技术障碍，而在这基础上小干扰核酸治疗新途径才有可能成为现实[9]。对工作在生物医学各个领域的科学家们而言，用小干扰核酸这一工具来研究致癌基因功能的优越性是显而易见的。在癌症生物学中，虽然一些蛋白质的表达抑制在肿瘤发生过程中扮演了关键角色，但致癌基因、生长因子和肿瘤抑制因子突变体的异Innovation&Management创新与管理50ChineseJournalofPharmaceuticalTechnologyEconomicsandManagement中国医药技术经济与管理常高表达可能是导致大多数肿瘤发生的主要原因。因此，人们在发现新的癌症相关基因和验证它们的生物功能方面所做的努力基本上集中在寻找那些在癌变组织中高度过表达并且其表达产物能促进癌变过程的靶基因。这些努力的结果促进了开发新的癌症治疗药物，包括小分子和单克隆药物，它们均通过抑制靶基因的表达来产生抗癌疗效。在用实验来验证一个靶基因是否在肿瘤发生过程中扮演重要作用时，人们用针对该基因mRNA的小干扰核酸来敲低该基因的表达，然后观察是否造成直接和特异的病理变化。根据这一原理，已有许多实验室成功地利用小干扰核酸在体外或体内系统中发现和验证新的癌症相关基因。图1描述了正在进行的和一些将来可能进行的通过将小干扰核酸有效送入靶细胞或动物模型的肿瘤组织中来发现和验证新的癌症相关基因的方案。这其中小干扰核酸可以有不同的形式，包括化学合成的短小核糖核酸和由DNA质粒载体在细胞内表达的小干扰核酸或shRNA（图2）。图2　小干扰核酸作为研究基因功能组学的工具和一种新的治疗方案。当各种形式的小干扰核酸被有效地送入到肿瘤细胞或动物模型的肿瘤组织中，小干扰核酸通过介导靶基因mRNA的降解抑制了靶基因的表达。靶基因的生物学功能可通过观察小干扰核酸介的导靶基因表达抑制在肿瘤细胞或动物模型的肿瘤组织诱导的病理变化加以确认。2　核酸干扰药物的优势核酸干扰之所以受到制药产业界的广泛重视是由于核酸干扰所具有的许多特殊性。它可寻找到其他方式不可能实现的药靶：在RNA水平阻止疾病相关的蛋白的表达。这一点不同于现在大多数其他的在蛋白水平发挥功能的药物。从传统意义上讲，核酸干扰药物与小分子药物类似都属于抑制剂，但发挥作用的机理却大不相同。核酸干扰药物是通过抑制药靶基因表达水平而发挥效用。这不仅具有更强的靶向性，而且能够产生很有希望更有潜能的药物，能够增加核酸干扰疗法的内在创新优势。同时，核酸干扰药物还能够与传统的小分子药物和单抗药物协同使用，以期达到更好的治疗效果。下面是核酸干扰药物与传统的小分子药物和单抗药物的优劣比较（见表1）。512009年4月第3卷4期Vol.,No.4,April2009表1　siRNA药物与其他拮抗性药物对比拮抗性药物（小分子化学物SM，抗体）siRNA药物（siRNA）药靶细胞表面及信号传导分子无限制筛选无法控制简易获得筛选周期长，数年短，数月资源需求量强，包括化学和生物学中度，主要为生物学风险通常较高，SM更甚较低作用机制在蛋白质水平阻断在蛋白质前水平阻断特异性相对较低（SM）高特异性（与抗体类似）种间特异性否（SM），是（抗体）是工业化制造简易（SM），繁琐（抗体）相对简易（接近SM）体内传送相对容易具挑战性3　核酸干扰药物在美欧的产业化现状现代医药产业是一个科技含量高、国际化程度高、投入高、收益也高的产业。对于医药企业而言，新产品研发是他们生存和发展的基础，是获得长期稳定利润的重要条件，同时也是实现可持续发展的重要因素。医药产业的竞争归根到底是创新药物的竞争。因此，医药企业必须重视和加强新药研发。在美国，生物医药领域中每一次新的技术革命，都会导致一大批由高校科研院所的科学家与熟知企业开拓的企业家合作创立生物技术企业。这些企业会在政府和创业基金的支持下不断成长，逐步成为可在资本市场融得资金的上市企业，或成长为足以吸引大型医药企业合作和兼并的对象。在过去的二十年中，重组蛋白技术导致了美国安进药业公司（Amgen）的成功，单克隆抗体技术造就了美国基因泰克公司（Genentech）的神话。从2002年开始，一批以核酸干扰药物开发为己任的制药企业纷纷成立，加上由其他技术平台转入核酸干扰药物开发的公司，整个核酸干扰药物产业群在美欧已经快速形成。目前，核酸干扰技术领域的竞争日趋激烈。美国的奥乃兰公司和小干扰核酸公司因拥有核酸干扰技术的核心知识产权，迅速成长为十亿美元市值以上的企业。美国Intradigm公司等在核酸干扰药物导入技术领域的开拓，也得到了大型投资基金和跨国药业的资金投入。目前在美国，已经有10项