中樞神經(jīng)系統（CNS）疾病是一個(gè)日益嚴重且花費高昂的全球健康問(wèn)題，但CNS藥物的開(kāi)發(fā)仍然具有挑戰性，臨床轉化成本高、臨床使用途徑長(cháng)且失敗率高。

        基于核酸的治療藥物在治療中樞神經(jīng)系統疾病方面具有巨大潛力，其中包括的小核酸藥物是被認為將帶來(lái)“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(lái)小核酸藥物在CNS領(lǐng)域的研發(fā)勢頭高漲，推動(dòng)了核酸藥物市場(chǎng)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、持久性和穩定性，由于此類(lèi)藥物的設計適應性較強，無(wú)需關(guān)注靶結構或定位位點(diǎn)，因此核酸療法可成為那些曾經(jīng)被認為是基于蛋白質(zhì)抗體的生物制劑和小分子“不可成藥”的靶標的優(yōu)秀候選者。核酸治療的持久效果是通過(guò)基因抑制、編輯、剪接轉換、替換、添加或增強等特定機制來(lái)實(shí)現的^{[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（CNS）疾病”通常被認為是影響中樞神經(jīng)系統的各種疾病的總稱(chēng)，如神經(jīng)退行性疾病（帕金森病PD、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）、結構性疾病（如腦部或脊髓損傷）或癲癇、偏頭痛等^[3]。導致CNS治療方案有限的因素包括大腦的復雜性、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。

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

        1.1.注射用細胞的離體修飾

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

        1.2.核酸治療劑的直接體內施用

        體內基因治療方法是在體內直接施用核酸以產(chǎn)生治療結果，大多數體內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)系統給藥的優(yōu)勢，目前體內基因治療現在正朝著(zhù)使用核酸治療遞送系統的方向發(fā)展，該遞送系統可以靜脈注射并可以穿過(guò)血腦屏障到達中樞神經(jīng)系統內的目標位點(diǎn)。CNS 疾病體內基因治療的最新進(jìn)展之一是開(kāi)發(fā)納米顆粒，靜脈注射時(shí)可以靶向單核細胞等細胞，這些細胞可以穿過(guò)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(lèi)別。主要的小核酸藥物是siRNA藥物和ASO藥物，二者主要作用于細胞質(zhì)的mRNA，通過(guò)堿基互補識別和抑制靶mRNA，實(shí)現對蛋白表達的調控，達到治療疾病的目的。

        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 RNA 轉錄物或基因組序列互補。ASO 通過(guò) Watson-Crick 堿基配對與其目標鏈相互作用，導致基因表達變化。ASO進(jìn)入細胞后在核糖核酸酶H1（RNase H1）的作用下通過(guò)序列互補與靶標mRNA結合，引起mRNA的降解，從而抑制蛋白的表達；或通過(guò)空間位阻效應調控基因的轉錄，實(shí)現RNA前體的選擇性剪接、調控蛋白的表達和功能，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，當時(shí) Wahlestedt 等人報道了使用ASO 來(lái)靶向大腦體內的神經(jīng)肽 Y1 (NY1) 受體mRNA。目前，基于A(yíng)SO策略的藥物Eteplirsen 已獲得 FDA 批準用于治療杜氏肌營(yíng)養不良癥，基于A(yíng)SO的藥物Nusinersen 已獲得 FDA 批準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。隨著(zhù)目前 ASO 治療神經(jīng)系統疾病策略的進(jìn)展，人們進(jìn)行了廣泛的研究，通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)改善 ASO，以增強其體內穩定性。

        2.2. 小干擾核酸（siRNA）

        siRNA是一類(lèi)雙鏈的短RNA分子，能夠結合AGO蛋白組裝成RNA誘導沉默復合體（RISC），其一條鏈被降解，另一條鏈通過(guò)堿基互補配對原則結合并切割降解靶基因的信使核酸（mRNA）、阻斷靶蛋白的表達，從而達到治療相關(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(zhù)與其他核酸療法類(lèi)似的挑戰——主要是無(wú)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(kāi)發(fā)

        迄今為止，已有兩種FDA批準的用于治療中樞神經(jīng)系統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，該突變導致對運動(dòng)神經(jīng)元功能至關(guān)重要的SMN蛋白缺乏。Nusinersen通過(guò)改變無(wú)活性重復基因SMN2的剪接過(guò)程來(lái)發(fā)揮作用，從而產(chǎn)生編碼功能性SMA蛋白的轉錄本。

        第二種是Qalsody（Tofersen），2023年4月批準用于治療與SOD1基因突變相關(guān)的肌萎縮側索硬化癥（ALS）。SOD1基因突變可導致突變SOD1蛋白的毒 性功能獲得和毒 性功能喪失，從而導致運動(dòng)神經(jīng)元損傷。Tofersen通過(guò)介導RNAse-H降解致病性SOD1 mRNA轉錄本發(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果與接受安慰劑治療的患者沒(méi)有差異，但每月一次鞘內注射（IT）注射28周確實(shí)導致SOD1總血漿濃度顯著(zhù)降低。

        另一種小核酸藥物Milasen于2018年獲得FDA批準用于治療單個(gè)患者的巴頓病。Milasen通過(guò)調節 MFSD8基因的剪接發(fā)揮作用，并通過(guò)IT注射治療。雖然Milasen僅針對一名患者且未上市銷(xiāo)售，但Milasen的開(kāi)發(fā)和隨后FDA的批準可以作為“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(kāi)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)病的積極結果，到達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報告了ALN-APP試驗的積極結果，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(xiàn)相比出現劑量依賴(lài)性降低50%以上[5]。

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

  寫(xiě)在最后  

        雖然核酸治療藥物已被證明是治療中樞神經(jīng)系統疾病的一種有前景的選擇，但仍然存在需要解決的挑戰。主要挑戰包括有效繞過(guò)血腦屏障、改善組織和細胞特異性靶向以及增強細胞攝取和內體逃逸。關(guān)于以上挑戰，許多應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(guò)血腦屏障的挑戰^[6]；靶向轉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)于細胞特異性靶向，特異性靶向神經(jīng)膠質(zhì)細胞或神經(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，很多機制仍需進(jìn)一步的闡明。這個(gè)領(lǐng)域的未來(lái)研究應包括研究控制核酸藥物大腦分布的分子機制、影響大腦核酸藥物分布的生理和解剖學(xué)差異以及細胞內核酸藥物分布的量化。了解這些原則將有助于未來(lái)針對CNS的核酸藥物的開(kāi)發(fā)，例如在帕金森病的治療中，黑質(zhì)和腹側被蓋區的目標多巴胺能神經(jīng)元僅包含60萬(wàn)個(gè)細胞^[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。

        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.