反義寡核苷酸(ASOs)領域是一個新興的藥物開發領域,自1978年ASOs概念出現,經過20多年的發展,ASOs才被開發成可用于商業用途的藥物。ASOs可以與靶基因配對,通過特異性阻斷靶基因的轉錄或翻譯過程來實現基因調控。ASOs藥物具有高特異性、高效率、低毒等優點,廣泛應用于基因功能研究、藥物靶點驗證、和腫瘤治療等領域。
已上市的ASOs藥物
Drug |
Approval year |
Target Indication |
Target gene |
Mode of action |
Chemistry |
---|---|---|---|---|---|
Formivirsen |
1998 |
CMV retinitis |
CMV |
RNase H1 |
PS-ODN |
Mipomersen |
2013 |
HoFH |
ApoB-100 |
RNase H1 |
PS-MOE gapmer |
Nusinersen |
2016 |
SMA |
SMN2 intron 7 |
EXON inclusion |
PS-MOE |
Eteplirsen |
2016 |
DMD |
Dystrophin exon 51 |
EXON skipping |
PMO |
Inotersen |
2018 |
hATTR |
TTR |
RNase H1 |
PS-MOE gapmer |
Golodirsen |
2019 |
DMD |
Dystrophin exon 53 |
EXON skipping |
PMO |
Volanesorsen |
2019 |
FCS |
ApoC-III |
RNase H1 |
PS-MOE gapmer |
Viltolarsen |
2020 |
DMD |
Dystrophin exon 53 |
EXON skipping |
PMO |
Casimersen |
2021 |
DMD |
Dystrophin exon 45 |
EXON skipping |
PMO |
ASOs藥物主要作用機制
ASO藥物根據其作用機制可分為兩類:
RNase H介導的降解:在這種機制中,RNase H1酶識別并切割RNA-DNA樣的異雙鏈結構。為了激活RNase H,ASOs必須包含5到10個連續的脫氧核苷酸,PS連接也能激活RNase H。中心的PS-ODN間隙(8-10個核苷酸)兩側被2′-修飾的核苷酸(如MOE、LNA或cEt)所夾持,這些修飾增加了穩定性和親和力,形成gapmer結構。PS連接和2′修飾會降低RNase H活性,導致這些反義寡核苷酸變為僅占位寡核苷酸,從而調節剪接。
可變剪接:發生在僅占位的寡核苷酸(如nusinersen和PMO類藥物,如eteplirsen、golodirsen、viltolarsen和casimersen)中,這些寡核苷酸與前體mRNA結合并阻止剪接體,誘導外顯子包含或跳過。這一機制用于治療脊髓性肌萎縮癥(SMA)和杜氏肌營養不良癥(DMD)等疾病。
ASOs作用機制圖
ASOs藥物在研發過程中為了確保ASOs藥物的療效和穩定性,可以對其進行ASOs設計、化學修飾等方法,最大限度地提高ASOs藥物的療效,確保其在臨床應用中的安全性和長期有效性。
ASOs設計
ASOs的設計是決定其療效和特異性的核心。設計時主要考慮以下因素:
序列特異性:確保ASOs僅與目標RNA結合,避免與其他基因的非特異性結合。
穩定性與親和力:優化ASOs的化學結構以提高其在體內的穩定性,避免快速降解,同時增強與靶RNA的結合親和力。
抗脫靶效應:確保ASOs對非靶RNA的干擾最小化,減少副作用。
ASOs化學修飾
ASOs主要有堿基修飾、糖修飾和linker修飾。不同修飾各自有助于優化ASOs的治療潛力,可提高ASOs的穩定性、療效和安全性。
Linker修飾:集中于穩定ASOs的骨架,防止外切酶的降解,改善分子的藥代動力學性質。
堿基修飾:影響ASOs與靶RNA的特異性結合,增強親和力和選擇性。
糖修飾:主要通過保護糖骨架不被降解來提高ASOs的穩定性,從而延長其半衰期。
ASOs化學修飾
ASOs經過化學修飾之后,大大地提高穩定性、靶向性,減少降解產物,最大限度降低不良反應的可能性,提高 ASOs的整體安全性。
ASOs藥物的臨床應用
1. 脊髓性肌萎縮癥(SMA)
SMA是由于SMN1基因功能缺失引起的,SMN2基因雖然產生一定量的全長SMN蛋白,但由于外顯子7跳過,常常產生短小且不穩定的蛋白。Nusinersen是一種2′-MOE修飾的PS ASO,通過促進SMN2前體mRNA的外顯子7包含,從而恢復全長SMN蛋白的產生。
2. 杜氏肌營養不良癥(DMD)
DMD是由于基因的突變導致其閱讀框破壞,產生提前的終止密碼子,導致基因表達中斷。Eteplirsen通過與DMD前體mRNA的外顯子51結合并使其跳過,從而恢復功能性,但較短的肌營養不良蛋白。同樣,golodirsen和viltolarsen通過與外顯子53結合,casimersen通過與外顯子45結合,促使這些外顯子跳過,恢復肌營養不良蛋白的表達。
3. 肌萎縮側索硬化癥(ALS)
ALS也稱漸凍癥,ALS患者常伴有進行性肌肉無力及消瘦癥狀,具有局灶性發作并擴散至身體不同區域,常因呼吸肌衰竭致死 。2023年4月,美國FDA加速批準治療SOD1相關ALS的ASOs藥物Tofersen(商品名:Qalsody)上市。Tofersen通過誘導RNase H介導SOD1 mRNA降解,以減少ALS 患者SOD1蛋白的合成,使患者腦脊液SOD1濃度以及血漿中受損神經元釋放的神經絲輕鏈濃度的顯著降低,患者呼吸功能和肌肉力量的下降速度得到改善 。
4. 遺傳性轉甲狀腺素蛋白介導的淀粉樣變多發性神經病變(ATTRv-PN)
轉甲狀腺素蛋白(transthyretin,TTR)是一種血漿載體蛋白,可運載甲狀腺素和維生素A至全身各個組織和細胞。ATTRv-PN是一種TTR突變引起的以周圍神經損害為主的多系統疾病,其特征是TT不穩定性水解、錯誤折疊并引起淀粉樣蛋白原纖維在細胞外沉積導致細胞被破壞,進而引起周圍神經系統為主的損害,干擾組織的正常功能。Eplontersen通過3 個N-乙酰半乳糖胺(Nacetylgalactosamine,GalNAc)配體靶向肝臟組織,與野生型及突變型TTR mRNA結合并誘導RNase H介導其降解以減少循環TTR蛋白,從而降低患者淀粉樣蛋白的沉積水平。
泓迅生物ASOs合成服務
泓迅生物建立了符合ISO9001和ISO13485質量管理要求的生產車間,擁有標準的生產流程,精湛的合成及純化工藝。合成的ASOs均嚴格執行QC檢測標準,通過HPLC純度檢測,以確保高質量的ASOs產品輸出。
服務優勢
1. 豐富的修飾類型
2. μg-g合成規格
3. HPLC和LC-Mass分析
參考文獻:
1.Kim Yeonjoon. Drug Discovery Perspectives of Antisense Oligonucleotides[J]. Biomolecules & Therapeutics,2023,31(3):241-252. doi:10.4062/biomolther.2023.001
2.Echevarría Lucía, Aupy Philippine, Goyenvalle Aurélie. Exon-skipping advances for Duchenne muscular dystrophy[J]. Human Molecular Genetics,2018,27(R2):R163-R172. doi:10.1093/hmg/ddy171
3.胡祎瑄, 周子凱. 反義寡核苷酸藥物在神經系統疾病治療中的研究與應用[J]. 中國醫藥導刊,2024,(04):30-37.