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 核酸干擾藥物的產業化

核酸干擾藥物的產業化

摘 要
核酸干擾作為一種簡便的研究工具正得以廣泛應用，而其對靶向藥物研發的影響更是前景廣闊。核酸干擾技術在學術界引起廣泛研究興趣的同時，相應研究成果迅速的向臨床應用過渡。目前在美國已有十多項核酸干擾治療方案進入臨床試驗。而我國目前核酸干擾藥物的研發仍然處於臨床前階段，而且落後的距離正在加大，如不迎頭趕上，將又一次在新一輪的靶向藥物開發的競爭中落伍。因此，我們應瞭解國際上的相關動態，充分利用海歸科技創新人才優勢，勇於創業創新，將核酸干擾藥物的研發看作是目前我國進行靶向藥物創新創制的突破口。本文是對國際相關領域的一個介紹，同時提出了八點建議，希望對我國的新藥創制的發展戰略有所幫助。
關鍵字　核酸干擾藥物；自主創新；發展戰略
1　引言： 核酸干擾的科學機理
資訊核糖核酸分子（mRNA）是將細胞核內去氧核糖核酸所攜帶的遺傳信息轉變成細胞質內蛋白質的仲介載體。核糖核酸干擾（核酸干擾，RNAi- RNAinterference）是一種自然生物現象，不僅是生物體抵禦病毒侵害的一種自我防衛機制，而且是細胞用於調控基因表達的一種方式。這一調控方式能"敲低"（knockdown）靶基因的表達，是一種轉譯後基因沉默（post transcriptional gene silencing，PTGS），不會對基因序列的完整性造成影響。科學家們首先在植物中觀察到了這一現象，而後1998年在蠕蟲動物模型中確認，誘導核酸干擾這一轉譯後基因沉默現象的化學分子是雙鏈RNA而非傳統概念所認為的單鏈反義RNA。此後利用雙鏈RNA來誘導核酸干擾很快成為科學家們用來研究基因功能的有力工具。相比"反義核酸 （antisense oligo）"技術，核酸干擾有很多的優越性。核酸干擾通過降解細胞中的mRNA來調控基因的表達。具有抑制靶基因活性的小干擾性核糖核酸（小干擾核酸，siRNAsmall interference RNA） 分子很容易篩選並可用現有的化學工業常規快速地合成。更重要的是，小干擾核酸誘導的核酸干擾對靶基因表達的抑制效果比反義核酸更為有效和長期。通常小干擾核酸只需要反義核酸幾十到幾百分之一的濃度即可取得相同程度的靶基因表達抑制。小干擾核酸在抑制靶基因表達上之所以比反義核酸更為有效是因為作用機制的不同：小干擾核酸誘導的核酸干擾通過啟動一個細胞中的自身生物過程來降解靶基因的mRNA，從而抑制靶基因的表達。而反義核酸抑制基因表達的效率相對較低是因為細胞中存在拮抗反義核酸功能的生物機制。
核酸干擾治療不僅需獲得在醫學、經濟和生物安全方面的承認，而且要在更廣闊的公眾範圍內獲得對核酸干擾治療潛能的認可（例如2006年諾貝爾醫學和生理學獎對A.Z. Fire and C.C. Mello等開創性工作的嘉獎）。大量資金支持現已擴展到了商業領域，包括美國國家衛生研究院（NIH）支持的小型產業創業研究計畫和十億美元的麻省生物技術創新計畫。後者非常值得注意，不僅是因為它的規模，還因為它明確表明在核酸干擾領域的關鍵性投資，將支持器官移植的研究和生物技術工業的開發。隨著核酸干擾被《科學》雜誌選為2002年十大科學突破之首[4]，越來越多的科學家們相信揭開核酸干擾的作用機制（圖1）和迅速拓寬它在生物醫藥領域的應用是生物工程領域十年來最重要的成果。
作為一種更為有效的抑制基因表達的機制，核酸干擾技術很快就取代了反義核酸技術和核酶（Ribozyme) 技術，成為進行基因功能研究的首選手段。實驗結果表明，長的雙鏈RNA分子在細胞質中被一個名為Dicer的Ⅲ型核糖核酸酶剪切成大約21個堿基對的雙鏈RNA，被稱為小干擾核酸（siRNA)。
將小干擾核酸應用於臨床來敲低（抑制）一個特定基因的表達，除了需要瞭解和掌握多方面的資訊，比如與序列動力學有關的資訊。以及mRNA上有效靶位點（Hot-spots）的資訊等。成功的關鍵在於掌握能否有效地將小干擾核酸送入靶細胞的傳送方法，以及讓小干擾核酸在靶細胞維持長期活性的方法。將小干擾核酸有效送入靶細胞或動物模型的傳送策略包括現有常用的物理和化學轉輸方法，即通常所稱的非病毒載體方法。與之對等的另一種替代策略是用各種病毒載體在細胞內表達小干擾核酸。
對工作在生物醫學各個領域的科學家們而言，用小干擾核酸這一工具來研究致癌基因功能的優越性是顯而易見的。在癌症生物學中，雖然一些蛋白質的表達抑制在腫瘤發生過程中扮演了關鍵角色，但致癌基因、生長因數和腫瘤抑制因數突變體的異常高表達可能是導致大多數腫瘤發生的主要原因。
圖1描述了正在進行的和一些將來可能進行的通過將小干擾核酸有效送入靶細胞或動物模型的腫瘤組織中來發現和驗證新的癌症相關基因的方案。這其中小干擾核酸可以有不同的形式，包括化學合成的短小核糖核酸和由DNA 質粒載體在細胞內表達的小干擾核酸或shRNA（圖2）。

2　核酸干擾藥物的優勢
核酸干擾之所以受到製藥產業界的廣泛重視是由於核酸干擾所具有的許多特殊性。它可尋找到其他方式不可能實現的藥靶：在RNA水準阻止疾病相關的蛋白的表達。這一點不同於現在大多數其他的在蛋白水準發揮功能的藥物。從傳統意義上講，核酸干擾藥物與小分子藥物類似都屬於抑制劑，但發揮作用的機理卻不相同。核酸干擾藥物是通過抑制藥靶基因表達水準而發揮效用。這不僅具有更強的靶向性，而且能夠產生很有希望更有潛能的藥物，能夠增加核酸干擾療法的內在創新優勢。同時，核酸干擾藥物還能夠與傳統的小分子藥物和單抗藥物協同使用，以期達到更好的治療效果。下面是核酸干擾藥物與傳統的小分子藥物和單抗藥物的優劣比較（見表1）。
3　核酸干擾藥物在美歐的產業化現狀
在過去的二十年中，重組蛋白技術導致了美國安進藥業公司（Amgen）的成功，單克隆抗體技術造就了美國基因泰克公司（Genentech）的神話。從2002年開始，一批以核酸干擾藥物開發為己任的製藥企業紛紛成立，加上由其他技術平臺轉入核酸干擾藥物開發的公司，整個核酸干擾藥物產業群在美歐已經快速形成。目前，核酸干擾技術領域的競爭日趨激烈。美國的奧乃蘭公司和小干擾核酸公司因擁有核酸干擾技術的核心智慧財產權，迅速成長為十億美元市值以上的企業。美國Intradigm公司等在核酸干擾藥物導入技術領域的開拓，也得到了大型投資基金和跨國藥業的資金投入。目前在美國，已經有10項核酸干擾藥物的項目在美國進入臨床試驗。其中眼黃斑變性的核酸干擾藥物已經推入到第Ⅲ期臨床試驗。
由於核酸干擾藥物開發產業的迅速形成和快速發展，跨國藥業公司也立即顯示出了極大的興趣。
核酸干擾藥物產業在美國和歐洲已經形成，尤其是在美國其產業化程度已經接近新藥審批階段。美國聯邦及各級政府對中小企業的支持，加上活躍的資本市場以及對先進技術的敏感程度，不僅為一大批相關企業提供了起始資金和後續資金，而且由於深厚的技術市場的存在，核酸干擾藥物技術的產業化和市場化的進程在美歐可以說是突飛猛進。由於智慧財產權在新藥開發上的重要作用和極強的時間性，中國在該領域如不採取相應措施儘快趕上，將又一次失去一個極為難得的新藥自主創新的時機。
4　小干擾核酸藥物系統導入技術
儘管一些疾病通過直接藥物導入方法足以進行治療，但系統給藥包括靶嚮導入，已經成為核酸干擾藥物能否健康發展的一道障礙。如何儘快解決系統給藥這一產業瓶頸難題已成為小干擾核酸能否在臨床廣泛使用的關鍵所在。一個好的運載工具應當可以：①提高藥效並降低毒性；②延長體內半衰期；③方便使用。第一個被證明具有臨床應用潛能的非病毒系統給藥方式是SNALP介導的小干擾核酸的肝臟導入（SNALP：穩定的核苷酸脂質顆粒，一種基於脂質體的技術[10-12]）。系統藥物導入技術的前景已經導致了短期內大量相關研究的啟動，公司重新將他們的技術聚焦於核酸干擾藥物載體方面，此時也正是核酸干擾核心技術專利申請空間趨於飽和時期。通過與學術界領先團隊合作發表高品質的科學文獻和公佈臨床試驗的良好結果，對於一個公司能脫穎而出，從而規避技術風險也是早期階段核酸干擾藥物價值公式的另一個重要部分，這對於整個平臺十分重要。
5　從事核酸干擾藥物開發生物技術公司的發展前景
對於生物技術公司而言，在缺乏藥物銷售收入的情況下，智慧財產權（IP）成為主要的資本。在此必須指出的是，核酸干擾藥物領域在IP資本化和吸引早期資助方面已十分熟練。幾億美元的資金已經注入到核酸干擾藥物公司，投資形式包括風險投資、首次公開募股（IPO） 處理、來自於授權和合作的前期和里程碑式付款，以及企業收購等等方式。其中引起廣泛關注的是墨沙東公司以11億美元收購小干擾核酸Therapeutic。
儘管DNA介導的核酸干擾（DNA-directed 核酸干擾，dd核酸干擾）已經在多個體內疾病模型中顯示了其潛能，目前已有兩個dd核酸干擾臨床試驗正在進行，分別治療HIV和HBV，但是利用合成的小干擾核酸進行的核酸干擾治療則吸引了更多的興趣。主要原因是，在人們印象中dd核酸干擾被認為是"基因治療"，而基因治療是被多數投資者所規避的一個類別。因此，dd核酸干擾的最有力的支持者，是來自於澳大利亞的Benitec，因陷入了資金問題，不得不在進軍美國僅僅兩年之後匆忙退出。相反，由於小干擾核酸與傳統藥物具有相似性，投資者對小干擾核酸誘導的核酸干擾更有好感。
6　關於核酸干擾技術的智慧財產權
美國專利局在2 0 0 6年4月批准了小干擾核酸的一項專利申請，這項專利針對的是 I Kappa Bkinase-gamma基因，涵蓋靶向這一基因的任何化學修飾性小干擾核酸。這是除了奠基性智慧財產權之外，美國專利局批准的首例針對特定靶基因的專利（Target-specific patents）。這在小干擾核酸研發領域引起廣泛的反響和爭議。許多看法認為美國專利局應當將其專利索求（Claims）限制在特定的小干擾核酸序列。這將會成為法律訴訟的焦點（表4）。
即使如此，大量的工作正在不斷挑戰奧乃蘭利用合成小RNA分子進行核酸干擾藥物治療的領導者的地位，尤其是利用不同於經典和已被確切闡明的Tuschl 小干擾核酸（~19-21堿基對，並攜帶3個堿基的單鏈延伸）的設計。Tuschl 小干擾核酸設計已經被TuschlⅡ專利系列所覆蓋，並且被奧乃蘭公司獨家享有。目前大量的工作都集中於大於21個堿基的平末端的dsRNA分子，有時會有一些古怪的修飾，以類似Atu核酸干擾和Stealth之類的的名字進入市場。儘管目前還不清楚這些修飾過的小干擾核酸與最初的Tuschl 小干擾核酸相比是否能夠滿足非顯著性原則，但是許多公司都將他們的希望寄託於一個弱化了的Kreutzer-LimmerⅠ專利系列，該專利覆蓋了用於在人類細胞中進行基因沉默的dsRNA，奧乃蘭公司2003年通過獲得ibopharma AG公司已經享有了該專利的獨家使用權。
美國專利及商標局（U.S. Patent and TrademarkOffice）業已授權TuschlⅡ，而TuschlⅠ仍然正在等待美國專利及商標局和歐洲專利局（EuropeanPatent Office）的裁決。無論如何，這裡值得強調的是核酸干擾也面臨一個同樣的產業難題：藥物的導入技術。專利只是賦予一種禁止他人使用一種技術的權利，但並不自動地排除利用該專利的權利。
墨沙東、諾華、羅氏等大型製藥公司的大量投資進一步加速核酸干擾藥物的開發同時也促進整個技術的發展。
7　核酸干擾藥物產業在中國
雖然在中國的一些高校、醫院和研究單位，對核酸干擾技術的研究和應用在2003年就已經起步，但多是在基因藥靶鑒定和技術改進等方面的實驗室應用，還缺乏比較有影響的以核酸干擾藥物研發為目標的企業建立。北京、上海、蘇州和廣州都已經有由留學生海歸創辦的以核酸干擾技術為主導的生物技術公司，但這些公司規模小，資金薄弱，並主要是提供技術服務和試劑生產。雖然近年來，由於國際交流上的優勢和大量海歸人員的創業勢頭強勁，但由於政府資金投入力度的限制以及對核酸干擾技術在新藥開發領域缺乏認知，在這一領域的投入甚少。同時，由於缺乏創業基金的投入和缺乏由大型藥業公司領頭的技術市場，相應的初創的核酸干擾技術公司資源短缺，沒能充分發揮在國內自主創新的能力。然而，在國際交流的推動下和海歸科技人員的努力下，中國在核酸干擾技術應用領域的研究已經有了起步。2 0 0 5年，我們與廣州醫學院呼吸病研究所的鐘南山院士，中山大學李寶健教授合作，應用核酸干擾藥物治療SARS病毒感染的成果發表在國際權威專業雜誌《自然醫學》(NatureMedicine)上[13]，標誌著中國在該領域產業化的起步。此後，又有一批應用核酸干擾技術的研究成果發表在國際一流學術雜誌上。中國在核酸干擾技術基礎研究方面已經逐步在國際同行中引起注意。
2008年4月的《首屆中國小核酸干擾技術與應用學術會議》在江蘇昆山市的成功舉行進一步展示了中國在小核酸干擾技術與應用中的現狀。一些在核酸干擾技術與應用方面走在前面的由海歸科技人員創立的企業在會上報告了其近況，展現出可喜的突破。
8　結語：加速中國核酸干擾藥物產業建立和發展的幾點建議
從國際和中國在核酸干擾藥物產業的動態來看，核酸干擾藥物產業化在美歐已經是熱潮滾滾，而在中國則剛剛有了零的突破。為了儘快縮小這一距離，充分發揮中國在體制和資源上的優勢，並通過加強自主創新在該技術和產業化領域中的能力，牢牢把握核酸干擾藥物產業化的時機，由此而闖出一條中國在新藥開發領域自主創新的途徑，我們提出以下建議：
（1）從總體上認識到推動核酸干擾藥物產業化在新藥開發中的重要性。
（2）認清核酸干擾產業化在中國現存的優勢。
（3）通過政、產、學的互補優勢，在全國建立若干個核酸干擾研發和產業化基地。
（4）在973項目、863項目和火炬計畫等項科研基金和產業化基金中加大在核酸干擾技術和藥物產業化的投入。
（5）利用中國過去幾年在基因組、蛋白組方面建立的基礎，在核酸干擾藥物研製和開發領域加強自主創新。
（6）通過產業鏈的建立促進核酸干擾藥物的產業化。
（7）加強針對中國特有疾病治療的核酸干擾藥物產業化。
（8）加強與國際學術和產業化環境的接軌。
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