Alnylam：从30%到5%，如何降低RNAi疗法的肝脏毒性？
▎药明康德/报道
RNAi疗法因为能够有效靶向普通药物无法靶向的蛋白而成为医药界所关注的医疗手段。但是与其它靶向疗法一样，RNAi疗法也会产生脱靶效应，而这些脱靶效应可能造成严重的毒副作用。日前，Alnylam Pharmaceuticals公司的研究人员对N-乙酰半乳糖 (GalNAc) 缀合的RNAi 造成肝脏毒副作用的机制进行了详尽的研究，并且找出降低这种RNAi疗法脱靶效应的简单方案。
GalNac能够与肝细胞表面的去唾液酸糖蛋白受体 (asialoglycoprotein receptor，ASGPR) 结合并且转移到细胞内部，因此将GalNac缀合在RNAi 前体的末端能够促使RNAi前体向肝脏的靶向运送。已有的对RNAi药物的筛选方法大多聚焦于药物的疗效上，但是临床试验结果表明，很多GalNac缀合的RNAi候选药物可能导致严重肝脏毒副作用。因此，了解肝脏毒副作用产生的原因并且修正对RNAi药物的筛选标准，是开发RNAi疗法的生物技术公司需要解决的难题。
GalNac缀合的RNAi疗法产生肝脏毒副作用的原因可能有以下几种：
RNAi药物在肝细胞内溶酶体 (endolysosome) 内过度富集而干扰了内溶酶体的正常功能；
用于提高RNAi药物稳定性的化学修饰可能产生毒性；
RNAi药物的脱靶效应。
Alnylam公司的研究人员首先通过一系列实验证明GalNac缀合的RNAi药物的肝脏毒副作用不是由于上述原因中的第一种和第二种造成的。RNAi 药物被导入体内时是以20~25个核苷酸的双链RNAi前体的形式存在。这种RNAi前体需要与RNA诱导沉默复合体 (RNA-induced silencing complex，RISC) 结合, 并且被RISC处理后产生反义RNA片段才能行使它干扰mRNA转译的作用。
研究人员设计出一种RNAi前体，它虽然有和RNAi药物相同的结构和化学修饰，但是无法被RISC处理产生成熟的反义RNA片段。他们发现这种RNAi前体虽然依然能够在内溶酶体中富集，但是对肝细胞的毒性大幅度下降。这一结果表明干扰内溶酶体功能不太可能是肝细胞毒性产生的原因。它同时意味着提高RNAi药物稳定性的化学修饰同样不太可能是肝细胞毒性产生的原因。因为大部分RNAi前体都没有被RISC处理，它们依然保留着提高稳定性的化学修饰。
▲RNAi的发现被认为是每十年一次的重大科学突破，它代表了当今生物学和药物研发领域最有前途和前沿的领域之一。（图片来源：Alnylam Pharmaceuticals）
对mRNA转译的调控可以通过RNAi和microRNA两种手段来进行。RNAi通过与靶向mRNA的完全序列匹配导致mRNA被降解。而microRNA则通过与靶向mRNA的不完全序列匹配来抑制转译或者降低mRNA的稳定性。RNAi疗法中产生的反义RNA片段不但可以与靶向mRNA通过完全序列匹配而结合，还可能与其它mRNA通过不完全序列匹配进行结合，从而产生类似于microRNA的转译调节效果。实验结果表明这一脱靶效应恰恰是肝脏毒性产生的原因。那么如何防止RNAi药物的脱靶效应呢？
因为RNAi与mRNA序列的结合是通过完全序列匹配或几乎完全序列匹配来完成的，所以更改RNAi序列中的一两个核苷酸对结合效果的影响不大。而microRNA与mRNA的结合是通过不完全序列匹配来完成的，更改其中一两个核苷酸会导致microRNA无法与靶点序列结合。研究人员利用了RNAi和microRNA与mRNA结合的不同机理，在他们设计的RNAi序列中故意加入了一个无法与任何碱基配对的核苷酸。这一改进对RNAi与原有靶点的结合影响很小，但是大幅度降低了它以microRNA的作用方式调节其它mRNA转录的机会。这种改良同时显著降低了RNAi药物的肝脏毒性。
虽然理论上RNAi疗法以microRNA的作用方式产生脱靶效应的风险无法完全排除，但是这项研究开发出的改良RNAi设计策略可能将RNAi疗法在临床试验中因为肝脏毒性的失败率从30~40%降低到5%左右。对于开发RNAi疗法的生物技术公司来说无疑是值得采纳的设计手段。
参考资料：
[1] Recognizing and Addressing Critical RNAi Off-targeting Issue
[2] Selection of GalNAc-conjugated siRNAs with limited off-target-driven rat hepatotoxicity