RNA：药物开发的“新钥匙”

杨冬

自从新冠肺炎暴发并在全世界蔓延以来，人们急切盼望科学家能够第一时间研制出高效的疫苗。一些生物制药公司使用RNA技术在很短的时间内开发出了新冠疫苗。随着越来越多的国家批准新冠疫苗进入临床应用，并开始组织大规模疫苗接种，RNA技术也走进了大众视野。那么，RNA技术到底与传统药物研发有什么不同？如何利用RNA技术开发新药呢？

克里克的“中心法则”

与詹姆斯·沃森于1953年共同提出了DNA的双螺旋模型后，弗朗西斯·克里克在1956年提出了“中心法则”。“中心法则”认为，遗传信息的流动是从DNA到RNA然后到蛋白质的。在细胞中，遗传信息被永久地储存在DNA里面，等到细胞需要使用某一条信息（即需要表达某个基因）时，相应的信息（即相应的基因的序列）就会被临时写到RNA上（称为转录）。这条RNA被称为信使RNA，即mRNA。然后，细胞内的核糖体根据这条mRNA上记录的信息合成相应的蛋白质（称为翻译）。合成后的蛋白质直接在细胞内发挥各种作用，其中最重要的作用就是作为生物催化剂（酶）完成各种生物化学反应。

在之后的60多年里，科学家对“中心法则”进行了多次修正。比如，在某些情况下，RNA的信息可以被转移到DNA中，这个过程被称为逆转录。很多病毒，如导致艾滋病的人类免疫缺陷病毒，就是逆转录病毒。它们在其生活史中有一个阶段就是把RNA中的信息复制到DNA上。之后，这段DNA会被病毒插入它们感染的人体细胞的DNA之中，从而永久地保留在细胞里面。这也是艾滋病难以被彻底治愈的原因之一。此外，有很多病毒的遗传信息是保存在RNA中的，它们没有DNA，流感病毒、狂犬病毒、新冠病毒都属于此类。

目前的科学研究还表明，在真核生物（即拥有细胞核的生物，比如动物、植物、真菌等）的细胞里，通过转录合成的往往是mRNA的前体。它们还需要经过剪接去除特定的序列（内含子）以形成可以翻译的mRNA。在很多情况下，一种基因的转录产物可以被剪接成不同的mRNA，并被翻译成不同的蛋白質。因此，一种基因所携带的遗传信息并不一定是唯一的。后来，又有研究表明，细胞里面有很多RNA并不直接携带合成蛋白质的信息，也就是说它们不是mRNA。这些RNA的作用并不是指导核糖体如何合成蛋白质，而是调控其他基因的表达。另外，作为最终的“效力分子”之一的生物催化剂也不仅仅局限于蛋白质。在有些情况下，RNA也可以作为生物催化剂来发挥作用。所以，随着研究的深入，科学家们发现，RNA的地位日趋重要，真可以称作“中心法则的中心”了。事实上，不少科学家猜测，在生命起源的最初阶段，生命的主要形式就是各种自我复制、自我催化的RNA分子，他们把这个阶段称为“RNA世界”，而DNA以及蛋白质都是后来才进化出来的。

从“小分子”到“大分子”

在药物开发过程中，研究人员要首先发现一个靶点，也就是锁。因此，药物开发就有点像给一把锁配一把合适的钥匙。例如，如果你要治疗艾滋病，那么人类免疫缺陷病毒中催化逆转录反应的逆转录酶就是一个很好的靶点。如果你有一种药物，能够像钥匙插入锁中一样精确地结合到这个酶上面，那么酶就会失去活性，人类免疫缺陷病毒也就无法复制了。

大多数药物的靶点都是蛋白质。从药物本身而言，大部分药物都是小分子化合物。进入细胞后，小分子药物可以与靶点上的特定部位结合，从而发挥药效。近年来，生物制药公司又开发了基于蛋白质或者小肽的大分子药物。最常见的大分子药物是抗体。例如，很多癌细胞需要表皮生长因子受体才能保持生长，所以，相应的抗体可通过阻遏表皮生长因子受体的功能来阻止癌细胞生长。与小分子药物相比，大分子药物与靶点特异性结合的能力更强，但是由于大分子药物无法通过肠道吸收，通常依赖于注射，无法开发成口服药物。

RNA也能当“钥匙”

随着科学家对RNA的认知逐步深入，药物研发人员又把目光投到了RNA上。能不能将RNA分子开发为药物呢？正如前面所讲，药物的本质是一把钥匙，如果想拿RNA作为钥匙，那锁又是什么呢？

首先，研究者想到的是，RNA可以用来调控基因表达。我们要做的就是以一种RNA为钥匙去开一把由DNA或者RNA构成的锁。比如，有一种反义寡核苷酸技术，即通过设计一段可以和DNA或者其转录产物（mRNA或者mRNA前体）的部分序列互补配对的RNA序列，这样就有可能阻断相应基因的转录或者翻译。它也可能影响到mRNA前体的剪切，甚至促进mRNA的降解。目前，在这个领域投入较多研发力量的是伊奥尼斯制药公司（Ionis）。该公司开发的诺西那生（Nusinersen）是治疗遗传病脊髓性肌萎缩症（SMA）的有效药物，在2016年作为罕见药物被批准上市。

对于mRNA这把锁，目前更有希望的钥匙是小干扰核酸（siRNA）技术。这个技术利用了一种名为RNA干扰（RNAi）的现象。一个比较成功的例子是Inclisiran，这种药物是PCSK9的小干扰核酸。PCSK9又被称为前蛋白转化酶枯草溶菌素，它起着升高血液中低密度脂蛋白胆固醇的作用。因此，从控制胆固醇水平角度出发，减少PCSK9显然是一个可行的策略。通过诱导降解PCSK9的mRNA，Inclisiran可以有效达到治疗效果。2020年4月发表在《新英格兰医学杂志》的三期临床试验表明，该药只需要每6个月皮下注射一次，就可以使低密度脂蛋白胆固醇下降约50%。因此，如果Inclisiran未来能够被批准上市，它很有可能成为一种可有效治疗高胆固醇血症的药物。

利用RNA技术开发疫苗

前面的例子都是将RNA作为钥匙，如果我们想让一个蛋白质成为钥匙，是不是还可以利用RNA技术呢？答案是肯定的。

我们可以回想一下mRNA。在细胞内，mRNA通过翻译可以合成它所编码的蛋白质。我们可以给细胞输送一条mRNA，让它在细胞内合成用来作为钥匙的蛋白质，让这把钥匙在细胞内打开它的锁，不就达到治疗效果了吗？

现在，有很多公司在研究如何利用mRNA技术开发药物。不过，出人意料的是，这个技术目前最成功的例子（从严格意义上讲）并不是药物，而是疫苗。2020年，全球新冠肺炎流行后，如何能够快速开发一种高效的疫苗成了当务之急。两家生物制药公司—拜恩泰科和辉瑞，不约而同地使用了mRNA技术。药物研发者的做法是用mRNA编码新冠病毒的刺突蛋白。这个蛋白对于病毒识别人体细胞上的受体起关键作用，因此也是抗体识别的主要位点。通过向人体细胞输入编码该蛋白的mRNA，人体细胞就可以自己合成病毒的刺突蛋白，从而刺激免疫系统产生抗体，以达到免疫效果。目前，三期临床试验的初步数据显示，此类疫苗有很好的保护效果，因此一些国家已经批准了该药的紧急使用授权。从理论上讲，由于只需要改变RNA的序列就可以使疫苗适应不同的病毒突变体，所以mRNA疫苗对于应付快速突变的病原体有一定的优势。当然，由于mRNA疫苗目前还属于最新技术，因此它的生产、副作用等诸多问题还需要进一步优化。

所有的RNA药物技术都面临一个无法回避的问题：要让RNA发挥作用，首先得把RNA送到细胞里面去。这个问题目前并没有一个“一锤定音”的解决方案。一个比较常用的方法是用脂质体纳米颗粒把RNA包裹在里面，然后利用这种颗粒将其送入细胞内。比如，针对新冠肺炎的mRNA疫苗就使用了这种技术。另一个技术是通过把RNA与GalNac（N-乙酰基-D-半乳糖胺）偶联，这种方法可以有效地把RNA递送到肝脏细胞内（但是仅限于肝细胞）。比如，前面讲的治疗高胆固醇血症药物Inclisiran就使用了这一技术。总之，如何有效递送RNA药物是当前一个被积极探索的方向。目前，虽然有很多方法，但是都有各自的局限性，未来应该会有更好的解决方案。

药物从小分子化合物到大分子的蛋白质，又到RNA，经历了漫长的演变过程。作为药物，RNA只是一个新来者，但是可以预见，RNA药物会与它的前辈一样，为人类的健康做出前所未有的贡献。