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10月初，诺贝尔医学奖授予了Victor
Ambros和Gary Ruvkun，以表彰他们发现了微小RNA（miRNA）如何通过与靶mRNA结合并抑制其翻译，在基因表达中发挥中心作用。自1993年发现以来，人们发现miRNA对细胞分化、增殖和存活的基因表达通路具有重要影响。经过多年的研究，科学家们已经了解到基因通路如何直接受到miRNA结合的影响，以及当miRNA表达异常时如何中断这些通路从而导致疾病。然而，开发能够利用或靶向miRNA来恢复疾病中正常基因表达模式的疗法仍然困难重重。例如癌症等疾病尤其难以实现这种治疗方法的有效应用。理解miRNA如何调控众多通路，特别是在疾病状态下的机制，对于药物开发具有重要意义，但目前，生物技术公司需要继续努力，寻找miRNA的靶标。![]()
一些公司尝试将miRNA用作治疗剂——即miRNA模拟物和抗miR。miRNA模拟物类似于内源性miRNA，恢复或增强在疾病中可能丢失或下调的miRNA功能。抗miR则旨在达到相反的效果——结合并抑制过表达的内源性miRNA。miRNA模拟物和抗miR都可以结合多个基因，从而在特定信号通路中放大增强或抑制效果。这对于复杂疾病中恢复正常表型的疗法来说是一种优势，但结合位点的灵活性也使得几乎无法避免脱靶效应。尽管在临床前研究中取得了一些有希望的结果，甚至有少数进入了临床试验阶段，但迄今为止，还没有任何一个miRNA疗法进入3期临床试验或获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准。第一个进入1期临床试验的基于miRNA的癌症疗法是MRX34，一种miR-34a模拟物，于2013年开展试验。miR-34a作为一种肿瘤抑制因子，选择性地靶向p53蛋白，其在许多癌症中的表达水平下调。然而，Mirna Therapeutics在3年后终止了该试验，原因是严重的免疫介导毒性和患者死亡。Viridian Therapeutics（原miRagen Therapeutics）开发的一种用于治疗纤维化的miR-29b模拟物曾表现出良好前景，但在今年结束了2期试验。Regulus Therapeutics开发的用于治疗Alpert综合征的miR-21抗miR在2022年提前终止了2期试验。还有两个靶向miR-122的抗miR——这是丙型肝炎感染的重要宿主因子——也在2期试验中止。这种趋势在很多方面与小干扰RNA（siRNA）疗法的发展轨迹相反，后者在miRNA发现几年后于2006年获得诺贝尔奖。今天，已有6种双链siRNA药物获得FDA批准，过去几年中更有50多种基于siRNA的药物进入临床试验。![]()
miRNA疗法面临与其他RNA疗法类似的重大挑战——主要是低效的递送和毒性引发的免疫反应。尽管mRNA疫苗和siRNA药物已经克服了一些这些挑战，但miRNA仍然受限。一个主要原因是，与设计用于靶向单一序列的siRNA相比，miRNA的特异性较低，而功能验证则费时且昂贵。![]()
图|siRNA和miRNA的基因沉默机制
siRNA：双链RNA（dsRNA，无论是转录生成的还是人工引入的）通过Dicer酶加工成siRNA，并装载到RNA诱导的沉默复合体（RISC）中。AGO2（RISC的组成成分）切割siRNA的“乘客链”（非导链）。随后，“导链”引导活性RISC到达目标mRNA。siRNA的导链与目标mRNA完全互补结合，导致mRNA的切割。
miRNA：miRNA基因的转录由细胞核中的RNA聚合酶II完成，生成初级miRNA（pri-miRNA），然后通过Drosha酶切割形成前体miRNA（pre-miRNA）。pre-miRNA由Exportin 5转运到细胞质中，在那里由Dicer酶加工成成熟miRNA。miRNA被装载到RISC中，“乘客链”被丢弃，miRISC（带有导链的miRNA-RISC复合体）通过部分互补结合引导到目标mRNA。目标mRNA通过转译抑制、降解或切割途径受到抑制。
生成任何miRNA疗法的第一步是寻找其靶标。我们已经拥有了改进的算法，用于确定miRNA与mRNA的结合相互作用、大规模测序数据以及MiRBase这一庞大的数据库——所有这些都是确定治疗性结合位点所必需的。然而，即使在MiRBase中，大多数miRNA的注释仍不完善，难以验证。通过交联和免疫沉淀测序（CLIP-seq）验证的miRNA–靶标结合并不一定对基因调控具有功能性意义。更有功能意义的可能是miRNA过表达实验中识别的靶标，但区分直接靶标和间接靶标也非常困难。体外识别的靶标通常与体内观察到的差异显著。对于补充缺失或表达不足的miRNA的miRNA模拟物，靶向特异性不是主要问题。主要障碍是找到直接影响所需通路的miRNA，并证明恢复其活性能够缓解疾病表型。理想情况下，这种miRNA在疾病或癌症的多个阶段或多种癌症中具有影响力，以便靶向该miRNA能够产生持久效果。研究人员利用测序数据表明，特定的miRNA可以影响癌基因和肿瘤抑制因子，而这些miRNA在某些癌症中的表达水平较低。然而，即使在同一肿瘤中，miRNA的表达也存在大量异质性。缺氧的肿瘤微环境和局部炎症进一步加剧了这种异质性。此外，在这些条件下，miRNA生物合成酶的下调导致大量异常表达的miRNA。为了在癌症或其他疾病中找到共同的调节性miRNA候选物，需要在疾病进展过程中进行多次活检。对于用于癌症治疗的抗miR，靶向特异性至关重要——抗miR可能结合到目标癌基因上，但也可能结合到肿瘤抑制基因或与癌症无关的靶标。miRNA不仅可以与mRNA结合，还可以与其他miRNA或非编码RNA结合。目前科学尚无法预测所有受影响的细胞通路，甚至无法预测所有可能的结合位点。miRNA疗法需要避免靶向正常细胞稳态相关的基因，这将需要对不同miRNA的“靶标组”有更全面的理解。通过改编现有的siRNA和mRNA递送方法，可以解决miRNA疗法在递送和毒性方面的挑战。在首个miRNA临床试验中，使用了能够高效摄取miR-34a的脂质纳米颗粒，具有长循环时间，但未专门针对癌细胞。今天，我们已有了针对肿瘤的定向递送方法、无需包裹的配体结合miRNA递送技术，以及避免内体滞留的技术。目前，miRNA在诊断工具中展现出最大潜力。miRNA可以从细胞中迁移到体液中，并通过外泌体保护而免于降解。通过循环系统进行测序以识别在特定癌症或疾病中高表达的miRNA，或者与治疗响应正相关或负相关的miRNA相对容易。针对miRNA的诊断工具已经为临床医生所用。了解miRNA在疾病中的生物学作用改变了我们对异常基因调控的理解，miRNA生物标志物在临床上已有应用前景。然而，在研究人员找到解决miRNA疗法脱靶效应的方法之前，siRNA或mRNA仍将继续领先，作为更可行的治疗选择。What
will it take to get miRNA therapies to market?. Nat Biotechnol (2024).https://doi.org/10.1038/s41587-024-02480-0
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