中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病是一個(gè)日益嚴(yán)重且花費(fèi)高昂的全球健康問題，但CNS藥物的開發(fā)仍然具有挑戰(zhàn)性，臨床轉(zhuǎn)化成本高、臨床使用途徑長且失敗率高。

        基于核酸的治療藥物在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面具有巨大潛力，其中包括的小核酸藥物是被認(rèn)為將帶來“除小分子藥和抗體藥之外的第三次制藥浪潮”的新興藥物。近年來小核酸藥物在CNS領(lǐng)域的研發(fā)勢頭高漲，推動了核酸藥物市場的快速發(fā)展。

        小核酸藥物可以靶向難治性分子，具有高度特異性、持久性和穩(wěn)定性，由于此類藥物的設(shè)計(jì)適應(yīng)性較強(qiáng)，無需關(guān)注靶結(jié)構(gòu)或定位位點(diǎn)，因此核酸療法可成為那些曾經(jīng)被認(rèn)為是基于蛋白質(zhì)抗體的生物制劑和小分子“不可成藥”的靶標(biāo)的優(yōu)秀候選者。核酸治療的持久效果是通過基因抑制、編輯、剪接轉(zhuǎn)換、替換、添加或增強(qiáng)等特定機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的^{[1, 2]}。

 01  

兩大治療模式—離體修飾和直接施用

        “中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）疾病”通常被認(rèn)為是影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種疾病的總稱，如神經(jīng)退行性疾?。ㄅ两鹕D、阿爾茲海默癥AD、脊髓性肌萎縮癥SMA和多發(fā)性硬化癥MS等）、血管疾病（如出血和中風(fēng)）、感染（如腦炎和腦膜炎）、結(jié)構(gòu)性疾病（如腦部或脊髓損傷）或癲癇、偏頭痛等^[3]。導(dǎo)致CNS治療方案有限的因素包括大腦的復(fù)雜性、疾病的多種遺傳因素以及血腦屏障的存在。在這些因素中，血腦屏障的存在仍然是核酸輸送到大腦的主要挑戰(zhàn)。

        目前，使用核酸治療劑治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的兩種廣泛探索的主要模式是注射用細(xì)胞的離體修飾和核酸治療劑的直接體內(nèi)施用^[4]。

        1.1.注射用細(xì)胞的離體修飾

        根據(jù) CAR-T 細(xì)胞療法的經(jīng)驗(yàn)，人們在評估用于治療CNS疾病的臨床相關(guān)細(xì)胞類型的離體修飾方面做出了許多努力，干細(xì)胞是作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的離體基因治療研究最多的細(xì)胞類型之一。最常研究的干細(xì)胞類型是間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC），由于MSCs可以從骨髓、臍帶血、胎盤、脂肪、真皮組織等多種組織中獲得，且易于擴(kuò)增，是自體細(xì)胞治療的寶貴選擇，沒有排斥風(fēng)險(xiǎn)。然而，與大多數(shù)細(xì)胞類型類似，間充質(zhì)干細(xì)胞在全身注射時(shí)無法穿過血腦屏障，并且注射到腦液中需要重復(fù)注射才能達(dá)到顯著的治療水平。此外，離體基因治療也存在局限性，一旦細(xì)胞被注射，就很難控制基因表達(dá)。

        1.2.核酸治療劑的直接體內(nèi)施用

        體內(nèi)基因治療方法是在體內(nèi)直接施用核酸以產(chǎn)生治療結(jié)果，大多數(shù)體內(nèi)策略涉及評估不同的核酸遞送策略，例如IT、IP或ICV給藥。這些策略提供了直接向中樞神經(jīng)系統(tǒng)給藥的優(yōu)勢，目前體內(nèi)基因治療現(xiàn)在正朝著使用核酸治療遞送系統(tǒng)的方向發(fā)展，該遞送系統(tǒng)可以靜脈注射并可以穿過血腦屏障到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的目標(biāo)位點(diǎn)。CNS 疾病體內(nèi)基因治療的最新進(jìn)展之一是開發(fā)納米顆粒，靜脈注射時(shí)可以靶向單核細(xì)胞等細(xì)胞，這些細(xì)胞可以穿過血腦屏障進(jìn)行 CNS遞送，這些創(chuàng)新策略仍需要進(jìn)一步探索以進(jìn)行臨床轉(zhuǎn)化。

02  

CNS新興核酸療法—小核酸藥物

        小核酸是指包括小干擾核酸（siRNA）、反義核酸（ASO）、微小RNA（miRNA）、小激活RNA（saRNA）和核酸適配體（Aptamer）等的寡核苷酸分子。小核酸藥物由核苷酸組成，是與小分子藥物、抗體藥物完全不同的全新藥物類別。主要的小核酸藥物是siRNA藥物和ASO藥物，二者主要作用于細(xì)胞質(zhì)的mRNA，通過堿基互補(bǔ)識別和抑制靶mRNA，實(shí)現(xiàn)對蛋白表達(dá)的調(diào)控，達(dá)到治療疾病的目的。

        2.1.反義核酸（ASO）

        ASO 通常由大約 20 個(gè)核苷酸的單鏈組成，與目標(biāo) RNA 轉(zhuǎn)錄物或基因組序列互補(bǔ)。ASO 通過 Watson-Crick 堿基配對與其目標(biāo)鏈相互作用，導(dǎo)致基因表達(dá)變化。ASO進(jìn)入細(xì)胞后在核糖核酸酶H1（RNase H1）的作用下通過序列互補(bǔ)與靶標(biāo)mRNA結(jié)合，引起mRNA的降解，從而抑制蛋白的表達(dá)；或通過空間位阻效應(yīng)調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，實(shí)現(xiàn)RNA前體的選擇性剪接、調(diào)控蛋白的表達(dá)和功能，起到治療疾病的作用。

        ASO 在神經(jīng)科學(xué)中的使用可以追溯到1993年，當(dāng)時(shí) Wahlestedt 等人報(bào)道了使用ASO 來靶向大腦體內(nèi)的神經(jīng)肽 Y1 (NY1) 受體mRNA。目前，基于ASO策略的藥物Eteplirsen 已獲得 FDA 批準(zhǔn)用于治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥，基于ASO的藥物Nusinersen 已獲得 FDA 批準(zhǔn)用于脊髓性肌萎縮癥（SMA）治療，以及多個(gè)ASO正在針對HD、ALS和AD 進(jìn)行臨床試驗(yàn)。隨著目前 ASO 治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病策略的進(jìn)展，人們進(jìn)行了廣泛的研究，通過化學(xué)修飾來改善 ASO，以增強(qiáng)其體內(nèi)穩(wěn)定性。

        2.2. 小干擾核酸（siRNA）

        siRNA是一類雙鏈的短RNA分子，能夠結(jié)合AGO蛋白組裝成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RISC），其一條鏈被降解，另一條鏈通過堿基互補(bǔ)配對原則結(jié)合并切割降解靶基因的信使核酸（mRNA）、阻斷靶蛋白的表達(dá)，從而達(dá)到治療相關(guān)疾病的目的。

        目前基于RNAi的療法使用非等位基因特異性策略（使用針對突變型和野生型等位基因的miRNA）或等位基因特異性策略（使用僅針對突變型等位基因的siRNA和shRNA）。CNS 疾病的RNAi策略面臨著與其他核酸療法類似的挑戰(zhàn)——主要是無法穿越血腦屏障。因此，使用病毒或非病毒遞送方法進(jìn)行siRNA/miRNA 遞送的研究是目前的焦點(diǎn)。

  03  

CNS靶向的小核酸藥物的上市、臨床開發(fā)

        迄今為止，已有兩種FDA批準(zhǔn)的用于治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的核酸治療藥物（表1）。Nusinersen （Spinraza）于2016年獲批用于治療SMA，是第一個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的小核酸藥物，且在改善功能和減緩疾病進(jìn)展方面取得了較好的進(jìn)展。SMA是由SMN1基因突變引起的，該突變導(dǎo)致對運(yùn)動神經(jīng)元功能至關(guān)重要的SMN蛋白缺乏。Nusinersen通過改變無活性重復(fù)基因SMN2的剪接過程來發(fā)揮作用，從而產(chǎn)生編碼功能性SMA蛋白的轉(zhuǎn)錄本。

        第二種是Qalsody（Tofersen），2023年4月批準(zhǔn)用于治療與SOD1基因突變相關(guān)的肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）。SOD1基因突變可導(dǎo)致突變SOD1蛋白的毒 性功能獲得和毒 性功能喪失，從而導(dǎo)致運(yùn)動神經(jīng)元損傷。Tofersen通過介導(dǎo)RNAse-H降解致病性SOD1 mRNA轉(zhuǎn)錄本發(fā)揮作用，從而降低有毒SOD1突變蛋白的水平。雖然接受Tofersen 治療的患者的功能結(jié)果與接受安慰劑治療的患者沒有差異，但每月一次鞘內(nèi)注射（IT）注射28周確實(shí)導(dǎo)致SOD1總血漿濃度顯著降低。

        另一種小核酸藥物Milasen于2018年獲得FDA批準(zhǔn)用于治療單個(gè)患者的巴頓病。Milasen通過調(diào)節(jié) MFSD8基因的剪接發(fā)揮作用，并通過IT注射治療。雖然Milasen僅針對一名患者且未上市銷售，但Milasen的開發(fā)和隨后FDA的批準(zhǔn)可以作為“n of 1”核酸藥物療法潛力的概念證明。

        其他幾種針對CNS的小核酸藥物目前正處于后期開發(fā)階段（表 2）。2023年4月，Ionis宣布了Eplontersen研究遺傳性ATTR多發(fā)性神經(jīng)病的積極結(jié)果，到達(dá)66周時(shí)血清TTR濃度和神經(jīng)病變損傷均有降低并且改善了患者的生活質(zhì)量。

        與此同時(shí)，Alnylam和Regeneron報(bào)告了ALN-APP試驗(yàn)的積極結(jié)果，ALN-APP是一種針對淀粉樣前體蛋白（APP）的siRNA 核酸藥物。在最高測試劑量下，可溶性APP alpha及其代謝物Abeta的CSF濃度在至少3個(gè)月內(nèi)降低了70%。

        使用另一種ASO IONIS-MAPTRx治療的AD患者，在接受2或4劑IONIS-MAPTRx 治療后24周，腦脊液tau蛋白濃度與基線相比出現(xiàn)劑量依賴性降低50%以上[5]。

        Wave Life Sciences正在開發(fā)WVE-003，這是一種立體ASO，針對亨廷頓基因內(nèi)的特定單核苷酸多態(tài)性（SNP3），允許對具有擴(kuò)展重復(fù)序列的轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行特異性破壞。2022年9月宣布的臨床試驗(yàn)的初步結(jié)果顯示，單次IT注射后85天，培養(yǎng)基突變體HTT較基線降低了 30%。

  寫在最后  

        雖然核酸治療藥物已被證明是治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種有前景的選擇，但仍然存在需要解決的挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)包括有效繞過血腦屏障、改善組織和細(xì)胞特異性靶向以及增強(qiáng)細(xì)胞攝取和內(nèi)體逃逸。關(guān)于以上挑戰(zhàn)，許多應(yīng)對策略的研究也在不斷推進(jìn)中，由于納米載體尺寸小、生物相容性和表面功能化能力，納米載體的發(fā)展有助于解決繞過血腦屏障的挑戰(zhàn)^[6]；靶向轉(zhuǎn)鐵蛋白受體等肝外配體可能是大腦特異性攝取的一個(gè)有前途的途徑；關(guān)于細(xì)胞特異性靶向，特異性靶向神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞或神經(jīng)元的方法仍有待闡明等。

        此外，人們目前對核酸藥物的大腦分布的了解仍然有限，很多機(jī)制仍需進(jìn)一步的闡明。這個(gè)領(lǐng)域的未來研究應(yīng)包括研究控制核酸藥物大腦分布的分子機(jī)制、影響大腦核酸藥物分布的生理和解剖學(xué)差異以及細(xì)胞內(nèi)核酸藥物分布的量化。了解這些原則將有助于未來針對CNS的核酸藥物的開發(fā)，例如在帕金森病的治療中，黑質(zhì)和腹側(cè)被蓋區(qū)的目標(biāo)多巴胺能神經(jīng)元僅包含60萬個(gè)細(xì)胞^[7]，精確靶向這一小部分神經(jīng)元將減少核酸藥物所需的劑量和可能的脫靶效應(yīng)。

        參考資料：

        1. Kulkarni, J.A., et al., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat Nanotechnol, 2021. 16(6): p. 630-643.

        2. Yamada, Y., Nucleic Acid Drugs-Current Status, Issues, and Expectations for Exosomes. Cancers (Basel), 2021. 13(19).

        3. Collaborators, G.B.D.N., Global, regional, and national burden of neurological disorders, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet Neurol, 2019. 18(5): p. 459-480.

        4. Padmakumar, S., et al., Nucleic acid therapies for CNS diseases: Pathophysiology, targets, barriers, and delivery strategies. J Control Release, 2022. 352: p. 121-145.

        5. Mummery, C.J., et al., Tau-targeting antisense oligonucleotide MAPTRx in mild Alzheimer's disease: a phase 1b, randomized, placebo-controlled trial. Nature Medicine, 2023. 29(6): p. 1437-1447.

        6. Amulya, E., et al., Nanomedicine based strategies for oligonucleotide traversion across the blood-brain barrier. Journal of Controlled Release : Official Journal of the Controlled Release Society, 2023. 354: p. 554-571.

        7. Holm, A., et al., Clinical advances of RNA therapeutics for treatment of neurological and neuromuscular diseases. RNA Biology, 2022. 19(1): p. 594-608.