發(fā)布日期：2017-12-01
當(dāng)諾華 （Novartis） 公司將治療脊髓性肌萎縮（spinal muscular atrophy, SMA）的在研新藥LMI070推進(jìn)臨床試驗(yàn)時(shí)，這一小分子的臨床前研究數(shù)據(jù)給他們帶來了一個(gè)驚喜。LMI070是通過表型篩選（phenotypic screen）發(fā)現(xiàn)的，但是研究人員很長時(shí)間無法找到它提高運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生存蛋白（survival motor neuron protein, SMN）表達(dá)量的原因。SMN的缺失是造成SMA的原因。而研究數(shù)據(jù)表明LMI070是通過與RNA靶點(diǎn)相結(jié)合這一意想不到的機(jī)制發(fā)生作用的。
“這令我非常驚訝，”諾華公司神經(jīng)科學(xué)組罕見病的負(fù)責(zé)人Rajeev Sivasankaran博士說。他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)LMI070與細(xì)胞的剪接機(jī)制和SMN2基因生成的mRNA前體（pre-mRNA）相結(jié)合，從而調(diào)節(jié)外顯子剪接并且增強(qiáng)功能蛋白的生成。“大家都非常興奮，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)了一個(gè)用小分子有選擇性地靶向剪接過程的創(chuàng)新機(jī)制”，他說。
這一藥物現(xiàn)在處于治療SMA的臨床2期試驗(yàn)中，它代表了使用小分子靶向RNA靶點(diǎn)的前沿。小分子可以用來靶向多個(gè)RNA靶點(diǎn)，其中包括RNA復(fù)合體、mRNA和非編碼RNA。默沙東（MSD）和輝瑞（Pfizer）公司也各自獨(dú)立地通過表型篩選發(fā)現(xiàn)了靶向RNA的小分子，因而它們也開始增強(qiáng)對這一領(lǐng)域的探索力度。而包括Arrakis Therapeutics和Ribometrix在內(nèi)的最近成立的生物技術(shù)公司，則專注于找出如何利用這一前沿科學(xué)的成果來靶向用其它方法無法成藥的靶點(diǎn)。
▲ Matt Disney博士（圖片來源：Scripps Research Institute官網(wǎng)）
對于佛羅里達(dá)Scripps研究所（Scripps Research Institute）的Matt Disney博士來說，這代表著對他多年研究的肯定。Disney博士是利用小分子靶向RNA靶點(diǎn)領(lǐng)域的先驅(qū)，以前他在科學(xué)會(huì)議上發(fā)布自己的研究成果時(shí)經(jīng)常會(huì)跟著名的科學(xué)家們展開激烈的爭論。因?yàn)檫@些科學(xué)家們認(rèn)為有選擇性地靶向RNA的藥物是不可能成功的。“坦白的說，好幾次在跟他們討論的過程中我敗下陣來。因?yàn)樗麄兪俏曳浅Ｗ鹬氐目茖W(xué)家，現(xiàn)在仍然如此。”他說。但是在今年9月，在紐約科學(xué)院（New York Academy of Sciences，NYAS）舉行的第一屆用小分子靶向RNA的專題會(huì)議吸引了超過200名來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的與會(huì)者。“最值得我驕傲的一件事是我們終于提供了足夠的數(shù)據(jù)來表明通過靶向RNA成藥是可能的！”
小分子靶向RNA的先驅(qū)案例
幾十年前，研究傳染病的科學(xué)家們就知道小分子可以調(diào)控RNA靶點(diǎn)。挽救人們生命的慶大霉素（gentamicin）和鏈霉素（streptomycin）這類氨基糖苷類藥物通過抑制細(xì)菌核糖體的功能來抑制蛋白合成。核糖體是由核糖體RNA和蛋白構(gòu)建成的分子機(jī)器。
核糖體是一個(gè)大的復(fù)合體，它在結(jié)構(gòu)上有很多裂縫和口袋能夠讓小分子與它相結(jié)合。核糖體RNA表達(dá)量非常高，而且在所有細(xì)胞中都表達(dá)，這讓它容易成為小分子的靶點(diǎn)。而這些相對容易的RNA靶點(diǎn)讓人們看到靶向RNA可能帶來意想不到的機(jī)遇。例如，輝瑞公司無意中發(fā)現(xiàn)了一種能夠與人類核糖體相結(jié)合的小分子。它能夠有選擇地與PCSK9轉(zhuǎn)錄生成的初始多肽鏈相結(jié)合，從而阻止PCSK9蛋白的合成。
后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，像mRNA或非編碼RNA這樣復(fù)雜結(jié)構(gòu)較少的RNA也可以成為靶點(diǎn)。默沙東公司在幾年前設(shè)計(jì)了一個(gè)基于信號(hào)通路的表型篩選實(shí)驗(yàn)，試圖發(fā)現(xiàn)能夠關(guān)閉核黃素（riboflavin）合成，從而抑制細(xì)菌生長的小分子。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)篩選出一個(gè)稱為ribocil的小分子，它能夠與稱為riboswitch的非編碼RNA結(jié)構(gòu)單元相結(jié)合，從而降低細(xì)菌mRNA的轉(zhuǎn)譯過程，減少核黃素的合成并且抑制細(xì)胞生長。
這一項(xiàng)目的臨床前研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌可以很快對ribocil產(chǎn)生抗性，所以研究沒有繼續(xù)下去。但是默沙東的藥物發(fā)現(xiàn)人員能夠幾乎像進(jìn)行傳統(tǒng)小分子篩選項(xiàng)目一樣針對RNA靶點(diǎn)優(yōu)化小分子先導(dǎo)化合物，這一領(lǐng)悟讓默沙東擴(kuò)展了對這一領(lǐng)域的投入。
“我們不只專注于一類RNA或者一個(gè)疾病領(lǐng)域，我們在非常廣泛地探索這個(gè)領(lǐng)域。”默沙東的博士后研究員 Noreen Rizvi博士說。她負(fù)責(zé)評估靶向不同RNA靶點(diǎn)的技術(shù)可行性和可能帶來的潛在機(jī)遇。“目前為止我們已經(jīng)從不同的生物學(xué)領(lǐng)域中找出了超過40個(gè)不同的RNA靶點(diǎn)，”她說：“我們正在開發(fā)不同的技術(shù)來探索RNA領(lǐng)域和轉(zhuǎn)錄子組。”
▲ Noreen Rizvi博士（圖片來源：默沙東官網(wǎng)）
當(dāng)諾華、輝瑞和默沙東通過表型篩選的這條路碰到它們的第一個(gè)調(diào)節(jié)RNA的小分子化合物時(shí)，其它研究人員已經(jīng)開始采用定向發(fā)現(xiàn)的策略。例如Disney博士已經(jīng)開發(fā)出一種篩選策略，可以從非編碼RNA庫和小分子庫中篩選出能夠產(chǎn)生強(qiáng)力相互作用的小分子和非編碼RNA。這項(xiàng)研究的主要目標(biāo)是幫助理解小分子和RNA之間相互作用的特性，如果他的發(fā)現(xiàn)能夠用于醫(yī)療則是錦上添花。
這項(xiàng)研究讓他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為targaprimir-96的小分子，它可以與microRNA-96的前體（pri-miR-96）相結(jié)合。pri-miR-96經(jīng)過RNA突變生成miR-96，它是一種致癌的miRNA，能夠降低FOXO1的活性，對導(dǎo)致乳腺癌有重要作用。Targaprimir-96通過與pri-miR-96的結(jié)合，阻斷miR-96的生成，提高FOXO1活性并且在腫瘤細(xì)胞中可以導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。
同樣的策略讓Disney 博士的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了targapremir-210，這一小分子能夠調(diào)節(jié)miR-210的生成，它可以通過缺氧誘導(dǎo)因子 （hypoxia inducible factor, HIF） 信號(hào)通路在三陰性乳腺癌細(xì)胞中增加細(xì)胞凋亡的發(fā)生。
“這項(xiàng)結(jié)果終于徹底說服人們從醫(yī)療角度來說靶向RNA是一件理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑椋?rdquo;北卡羅來納大學(xué)（University of North Carolina，UNC）的RNA科學(xué)家和Ribometrix公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Kevin Weeks博士說。
▲Kevin Weeks博士（圖片來源：UNC）
如今Disney教授在對這些化合物進(jìn)行先導(dǎo)物優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，同時(shí)他也在與生物技術(shù)公司合作，試圖通過靶向其它RNA發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥物。
RNA靶點(diǎn)的評估
雖然已有的研究結(jié)果對小分子靶向RNA作出了概念證明（proof of principle），但是這一領(lǐng)域仍然需要面對很多未被解決的問題。
其中一個(gè)重要問題是如何對RNA靶點(diǎn)進(jìn)行分類和評估。有些RNA有更好的成藥性，研究人員需要找出他們應(yīng)該在哪些RNA上投入更多的精力。目前選擇RNA的初步指南開始成形。“如果你特意尋找RNA中那些產(chǎn)生復(fù)雜結(jié)構(gòu)的區(qū)域，它們也更有可能產(chǎn)生能夠被靶向的特殊結(jié)構(gòu)，”Weeks博士說。他已經(jīng)開發(fā)出一種化學(xué)和生物信息學(xué)手段來評估RNA結(jié)構(gòu)。
但是小分子同時(shí)需要產(chǎn)生生物效果，Arrakis公司的首席執(zhí)行官M(fèi)ichael Gilman博士說。Arrakis公司今年早些時(shí)候完成了金額為3800萬美元的A輪融資，其中包括輝瑞和Celgene公司的支持。通常藥物研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)小分子能夠與蛋白的活性位點(diǎn)相結(jié)合時(shí)，他們比較肯定這些小分子會(huì)有一定作用。但是RNA靶點(diǎn)通常沒有“活性位點(diǎn)”，這一研究領(lǐng)域需要發(fā)現(xiàn)其它可靠的方法來預(yù)測什么時(shí)候小分子與RNA的結(jié)合能夠?qū)ι锕δ墚a(chǎn)生影響，這可能包括調(diào)節(jié)RNA折疊、mRNA剪接和核糖體的處理過程。
Arrakis公司藥物開發(fā)流程的第一步是利用生物信息學(xué)手段，基于預(yù)測的結(jié)構(gòu)特征找出RNA靶點(diǎn)。由于這些技術(shù)的準(zhǔn)確性還沒有得到驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)通常會(huì)迅速進(jìn)行實(shí)體實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證預(yù)測是否準(zhǔn)確。這些實(shí)驗(yàn)通常從基于蛋白的藥物開發(fā)項(xiàng)目流程中改造而來。“實(shí)話說，我們不知道這些算法是不是正確，”Gilman博士說：“這意味著我們篩選RNA的速度需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于通常篩選蛋白的速度。”
明年這家公司計(jì)劃進(jìn)行1000個(gè)高通量篩選實(shí)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)與RNA靶點(diǎn)結(jié)合的候選化合物。他補(bǔ)充說：“我們預(yù)計(jì)分子結(jié)構(gòu)上能夠與靶點(diǎn)結(jié)合的化合物會(huì)比較多，但是我們還不知道其中有多少會(huì)影響生物功能。”
在最近的NYAS會(huì)議上，研究人員反復(fù)回到一個(gè)問題上來，那就是經(jīng)歷了幾十年積累和篩揀，用于靶向蛋白質(zhì)的化合物庫是否適用于靶向RNA。杜克大學(xué)（Duke University）的化學(xué)家Amanda Hargrove博士傾向于使用久經(jīng)考驗(yàn)的現(xiàn)有化合物庫。她的研究團(tuán)隊(duì)對100種靶向RNA的配體進(jìn)行了化學(xué)信息學(xué)分析，結(jié)論是這些化合物大多符合現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)化學(xué)準(zhǔn)則。諾華、默沙東和Arrakis公司的研究人員贊同這一觀點(diǎn)。“我們發(fā)現(xiàn)的化合物與從蛋白篩選實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的化合物并沒有很大的不同，”默沙東公司的Rizvi博士說。這是一件令人放心的事，因?yàn)檫@意味著這些項(xiàng)目在以后的研發(fā)過程中在溶解度、細(xì)胞滲透性和毒性方面出現(xiàn)問題的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)減少。
Disney博士并不完全同意。他發(fā)現(xiàn)的targaprimir-96并沒有遵守Lipinski五規(guī)則（Lipinski's rule of five）。這是一組描述藥物物理化學(xué)特性的準(zhǔn)則，通常用于評估一個(gè)化合物是否能夠成為口服藥物。但是有很多被FDA批準(zhǔn)，拯救患者生命的藥物也不滿足這五條規(guī)則。而且由于篩選實(shí)驗(yàn)采用的化合物庫可能更傾向于富集符合五規(guī)則的化合物，因此通過篩選發(fā)現(xiàn)的第一批靶向RNA的化合物也有類似的傾向。“我們應(yīng)該非常謹(jǐn)慎，不要對藥物的特性存在偏見。Disney博士說。
無限可能
從醫(yī)療領(lǐng)域的角度來說，研究人員開始把研究重心放在幾個(gè)有清晰合理性的疾病領(lǐng)域。
腫瘤學(xué)是第一位。這一領(lǐng)域中的RAS和MYC蛋白的無法成藥性已經(jīng)長期阻礙了靶向它們的小分子藥物的開發(fā)，研究人員通過靶向RNA可能有更好的成功率。很多非編碼RNA在腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn)異常，導(dǎo)致蛋白表達(dá)圖譜的大幅度改變。”我們不需要與靶向蛋白的項(xiàng)目競爭，“Weeks博士總結(jié)道：”RNA領(lǐng)域的希望在于那些無法成藥的蛋白和非編碼RNA。“
▲RAS蛋白的結(jié)構(gòu)（圖片來源：維基百科）
同樣的原則在神經(jīng)疾病中也適用。在這里一個(gè)研究重點(diǎn)是攜帶三核苷酸重復(fù)（trinucleotide repeats）序列擴(kuò)增的mRNA。這些序列擴(kuò)增導(dǎo)致蛋白功能失常。例如在亨廷頓?。℉untington disease）中，在HTT基因和mRNA上出現(xiàn)的CAG擴(kuò)增會(huì)導(dǎo)致有毒蛋白的積累。同時(shí)，這些重復(fù)序列擴(kuò)增可能為mRNA添加更多能夠被靶向的二級結(jié)構(gòu)，因此Arrakis和Ribometrix都將HTT mRNA 作為它們的主打研究項(xiàng)目。今年早些時(shí)候Disney博士的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小分子能夠有選擇性地與導(dǎo)致1型強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良（myotonic dystrophy type 1）的重復(fù)序列相結(jié)合。
諾華公司在LMI070上的進(jìn)展表明小分子可以用于利用剪接機(jī)制調(diào)節(jié)蛋白，從而治療罕見遺傳疾病。
傳染病也是一個(gè)重要的領(lǐng)域，特別是針對細(xì)菌核糖體和riboswitch已經(jīng)取得了成功。Weeks博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)針對登革熱病毒（Dengue Virus）的潛在靶點(diǎn)。
不過對于Disney博士來說，這些領(lǐng)域只是開始。”RNA在生物學(xué)中的作用是無限的，“他說：”我?guī)缀蹩梢韵胂袼械募膊《急荒硞€(gè)RNA控制著。“大多數(shù)靶向蛋白的小分子是拮抗劑，它們的作用是降低蛋白活性。而與RNA結(jié)合的小分子可能成為功能多樣的藥物。有些可能通過阻斷mRNA轉(zhuǎn)譯來減弱蛋白活性，而另一些可能通過關(guān)閉miRNA的抑制作用來提高蛋白活性。
在某些領(lǐng)域，靶向RNA的小分子將與基于寡聚核苷酸（oligonucleotide）的藥物形成互補(bǔ)。比如Ionis Pharmaceuticals和百?。˙iogen）公司已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)的nusinersen能與諾華公司的LMI070治療同種疾??；Alnylam Pharmaceuticals 在使用寡聚核苷酸，利用RNA干擾機(jī)制來降低蛋白活性；Moderna Therapeutics公司利用醫(yī)療mRNA提高蛋白表達(dá)的療法正在進(jìn)行臨床1期試驗(yàn)。不過小分子的優(yōu)勢在于它們能夠口服，而且與寡聚核苷酸相比能夠被運(yùn)送到更多器官中。”我一直在為寡聚核苷酸領(lǐng)域加油鼓勁，“Weeks博士說：”它們?yōu)槲覀兊难芯坎呗蕴峁┝藘?yōu)秀的概念證明。“
雖然這一領(lǐng)域還存在著很多挑戰(zhàn)，但是它的美好前景是不容忽視的，Weeks博士說。”從理論角度上講，如果你能夠可靠地靶向RNA，你將為醫(yī)療方式帶來重大變革，“他說：”能夠發(fā)現(xiàn)一種可重復(fù)、可擴(kuò)展的機(jī)制靶向RNA的人將點(diǎn)亮這個(gè)世界！“
參考資料：
[1] Small molecules against RNA targets attract big backers
[2] 《自然》官網(wǎng)
來源：藥明康德
