背景
mRNA降解是指细胞内mRNA的分解过程，这一过程的调控对于基因表达的精细控制至关重要。mRNA降解主要通过两种途径进行：一是依赖于mRNA的3'非翻译区（3' UTR）上的特定序列或结构，二是通过小分子化合物或蛋白质与mRNA结合，促进其降解。这些机制在细胞内精细调控基因表达，维持细胞功能的正常运行。目前，在遗传性疾病，癌症，神经退行性疾病等多种疾病中，已有多项研究，通过触发异常蛋白质的mRNA降解实现疾病的治疗。
01
RNAi(RNA干扰)技术
RNAi是一种利用特定小分子RNA（如siRNA、shRNA）靶向降解特定mRNA的技术，早在2018年，世界上首款 RNAi药物 Onpattro 就获批上市。为了提高小分子RNA的稳定性，研究人员通过各种手段改善递送载体的效果或对小分子RNA进行修饰，发表在Nature Communications的一篇文章，通过设计了siRNA与白蛋白原位结合的siRNA-脂质偶联物，以提高其在体内的稳定性和生物利用度，并且通过靶向MCL1基因的siRNA-脂质偶联物治疗，取得了良好的治疗效果1。
图1：使用siRNA实现MCL1基因沉默
02
ASO（反义寡核苷酸）
反义寡核苷酸（ASOs）可以通过与mRNA结合，靶向并诱导其降解来降低基因表达。酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）是目前治疗表皮生长因子受体（EGFR）突变的非小细胞肺癌癌症（NSCLC）患者的标准疗法。然而，由于EGFR中新突变的出现，药物获得性耐药性导致疗效变差，此外，TKI治疗会导致严重毒性。eBioMedicine中最新研究采用细胞外囊泡递送反义寡核苷酸成功治疗非小细胞肺癌。该文章展示了一种新的治疗策略，利用定制的反义寡核苷酸（ASO）以个体化的方式选择性靶向EGFR基因中的激活突变，从而克服耐药性突变，为未来广泛应用于癌症治疗的其他领域提供了新思路2。
此外，还有诸如用于治疗家族性淀粉样多发性神经病变的Inotersen（通过RNaseH依赖机制阻止TTR蛋白的产生）等用于罕见病治疗的ASO药物，个性化的治疗手段为罕见病治疗提供了全新方向。
图2：利用红细胞外囊泡递送的反义寡核苷酸对非小细胞肺癌进行个性化治疗
图3：利用红细胞外囊泡递送的反义寡核苷酸有效抑制肺癌肿瘤的生长。
03
核酸酶介导的 mRNA 降解
通过引入或设计具有特异性mRNA降解能力的核酸酶（如人工核酸酶或CRISPR-Cas13），可以直接降解肿瘤相关mRNA。深圳大学发表在J Exp Clin Cancer Res 的最新文章采用CRISPR-Cas13a精确抑制PDL1的表达，通过结合其膀胱内给药系统，实现了膀胱内的肿瘤细胞凋亡，为膀胱癌治疗提供了新的见解。3
图4：结合CRISPR-Cas13a的膀胱癌治疗策略
04
小分子药物诱导的mRNA降解
通过使用小分子药物靶向特定mRNA，可使其不稳定性提高，增强其降解速度，这种方法相比RNAi或ASO可能在递送方面更简便，并且对高度结构化的RNA区域靶向性更强。核糖核酸酶靶向嵌合体（Ribonuclease-targeting chimera, RIBOTAC）策略是将结合RNA的分子附加在具有局部激活RNase L的杂环上，从而将无活性的RNA结合小分子转化为具有生物活性的RNA降解剂。Nature报道了运用RIBOTAC策略为疾病相关的microRNA-155（pre-miR-155）、JUN mRNA和MYC mRNA的前体设计了选择性降解剂，证明了可以利用小分子RNA靶向降解，将强而无活性的结合相互作用转化为有效和特异性的RNA功能调节剂。该研究提供了无生物活性的小分子可以转化为生物活性的降解剂，能够选择性下调致病RNA，极大的拓展了mRNA靶标的选择区域，有助于解决难成药肿瘤靶点的难题，推动癌症治疗的进步。4
图5：文库对文库筛选确定了新的 RNA 结合小分子和可成药靶点。
05
新机制
Molecular Cell上一篇文章发现circRNAs通过与目标mRNA 3'UTR结合，触发外显子连接复合物（EJC）依赖的无义介导的mRNA降解，导致mRNA快速降解。通过人工设计circRNAs可下调目标mRNA，研究人员在BCL2L1 mRNA和ATG5 mRNA上进行了测试，发现人工设计的circRNA可以实现特异性的mRNA降解，有望使用circRNA进行mRNA降解的潜在治疗应用的分子5。
图6：环状RNA触发无义介导的mRNA降解
一项发表在Science的工作颠覆了科研人员长久以来的认知，tRNA可以通过募集介导mRNA降解的复合物来调节正在翻译的mRNA的稳定性6。科研人员发现如果某些解码精氨酸的tRNA出现在核糖体P位点，并且恰巧这个时候翻译暂缓周边位点（E位点与A位点）空缺的话，该tRNA可以募集CCR4-NOT mRNA降解复合物，进而促进该正在翻译的mRNA的降解。该研究有望用于线粒体蛋白的调节，从而应用到线粒体疾病的治疗中。
图7：tRNA介导的mRNA降解
总结
参考文献
1.Hoogenboezem, E. N. et al. Structural optimization of siRNA conjugates for albumin binding achieves effective MCL1-directed cancer therapy. Nat Commun15, 1581 (2024).
2. Tran, T. T. T. et al. Customised design of antisense oligonucleotides targeting EGFR driver mutants for personalised treatment of non-small cell lung cancer. eBioMedicine108, 105356 (2024).
3.Liang, M. et al. Synergistic intravesical instillation for bladder cancer: CRISPR-Cas13a and fenbendazole combination therapy. J Exp Clin Cancer Res43, 223 (2024).
4. Tong, Y. et al. Programming inactive RNA-binding small molecules into bioactive degraders. Nature618, 169–179 (2023).
5. Boo, S. H. et al. Circular RNAs trigger nonsense-mediated mRNA decay. Molecular Cell84, 4862-4877.e7 (2024).
6. Zhu, X., Cruz, V. E., Zhang, H., Erzberger, J. P. & Mendell, J. T. Specific tRNAs promote mRNA decay by recruiting the CCR4-NOT complex to translating ribosomes. Science386, eadq8587 (2024).
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往期回顾
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Cell Reports | 抗 CRISPR 蛋白引发 CRISPR-Cas9 表达爆发, 增强噬菌体防御能力
ACS Nano | 活性氧激活HSP70启动子驱动的CRISPR/Cas9系统用于多方抗癌免疫反应和增强免疫治疗
Angew Chem Int Ed | 质子激活的DNA纳米系统协同递送CRISPR/Cas9和DNAzyme用于基因治疗
M3R Lab
作者｜lz
审核｜sj
排版｜xjc
