siRNA药物的开发和应用标志着基因治疗领域的一次革命，它们通过巧妙地利用细胞内的RNA干扰（RNAi）途径，实现了对疾病相关基因表达的精确调控。这一过程始于设计合成的双链siRNA分子，这些分子通过碱基配对原则特异性识别并结合到目标mRNA分子上。siRNA分子的这种特异性结合激活了RNA诱导沉默复合体（RISC），RISC随后解旋siRNA双链，利用其中的一条链作为引导，精确切割与之配对的mRNA，从而阻止其翻译成功能蛋白，实现基因沉默。
这种基因沉默技术的应用前景广阔，特别是在遗传性疾病、病毒感染以及癌症治疗领域。例如，Alnylam Pharmaceuticals开发的siRNA药物Onpattro，通过靶向转甲状腺素蛋白的mRNA，减少了异常淀粉样蛋白的积累，为遗传性转甲状腺素蛋白介导的淀粉样变性患者提供了新的治疗选择。Givlaari和Oxlumo则分别通过降低肝脏中特定酶的表达，治疗急性间歇性卟啉症和原发性高草酸尿症。Leqvio通过降低PCSK9蛋白的表达，为高胆固醇血症患者提供了一种创新的降脂疗法。Amvuttra和Reglamento则针对不同的遗传性代谢疾病，通过siRNA技术调节关键代谢途径，改善患者的临床症状。深入了解已上市siRNA药物的序列特征和设计方法对于推动新型siRNA药物的研发至关重要。通过对这些药物的序列进行分析，研究人员可以识别出与疗效、特异性和安全性相关的序列模式。智慧芽Bio生物序列库提供了一个完善的资源，使研究人员能够访问和比较不同siRNA药物的序列信息，从而加速新药的发现和开发进程。通过这些信息，研究人员可以优化siRNA的设计，提高其在临床应用中的潜力，为治疗各种疾病提供新的治疗手段。siRNA药物设计的关键在于实现高度的靶标特异性，以避免脱靶效应和潜在的非特异性基因沉默。为了提高siRNA的特异性，设计时需要考虑多个因素，包括与潜在脱靶位点的不匹配程度、种子区域的互补性、以及可能影响化学、制造和控制（CMC）属性的序列特征。在全基因组RNA筛选中，基于种子区域的脱靶是一个主要挑战，因为siRNA的5'端的2-8个核苷酸（种子区域）对于引导RNA诱导沉默复合体（RISC）识别和结合目标mRNA至关重要。如果siRNA的种子区域与非目标mRNA的3'非翻译区（UTR）具有足够的互补性，可能会导致非特异性的基因沉默，即脱靶效应。![]()
我们利用智慧芽Bio生物序列库分析一下全球首个获批的siRNA药物Onpattro (Patisiran)，探索一下它的序列特点。Onpattro的siRNA分子由两条互补链构成，其中反义链和正义链各包含21个碱基，它们通过精确的碱基配对形成稳定的双链结构。这种结构设计赋予了siRNA分子高度的特异性，使其能够专一性地与遗传性转甲状腺素蛋白介导的淀粉样变性（hATTR）中异常的转甲状腺素蛋白mRNA相结合，引导RISC至目标mRNA，触发其切割和降解，实现对疾病相关基因表达的精确调控。![]()
新药情报库中Onpattro药物序列
siRNA药物的作用机制中，RNA诱导沉默复合体（RISC）会处理双链siRNA分子，解旋并选择其中一条链作为引导链（guide strand），另一条链则被降解。被选中的引导链的序列与目标mRNA的互补序列结合，从而触发RNAi途径，导致目标mRNA的切割和降解。在siRNA分子中，哪一条链被选为引导链取决于其序列特性，尤其是两端的热力学稳定性。RISC复合体倾向于选择热力学稳定性较低的链作为引导链，因为这样的链更容易从siRNA双链中解旋出来。通过智慧芽Bio生物序列库，我们可以分析siRNA序列的热力学特性和其他生物学特性，以预测和验证siRNA的引导链选择。
智慧芽Bio生物序列库中guide strand序列
另一条链被称为乘客链（passenger strand），在siRNA被RNA诱导沉默复合体（RISC）处理后通常会被降解。值得注意的是，siRNA的乘客链在某些情况下也可能具有生物学功能，他们能在某些细胞类型中影响RISC的负载过程或影响siRNA的稳定性。通过智慧芽Bio生物序列库，我们了解了Onpattro的详细序列信息，深入理解乘客链在药物设计和功能中的角色。智慧芽Bio生物序列库中passenger strand序列利用智慧芽Bio生物序列库进行比对，我们可以识别跨物种保守的序列区域，进而确定设计siRNA的首选目标。通过确保siRNA在实验动物模型中与人类靶标具有相同的序列同源性，可以提高临床前研究的准确性和相关性。此外，对于一些在人类中难以模拟的疾病，特定的动物模型可能提供了更接近人类病理状态的环境。在这些模型中，跨物种siRNA设计不仅有助于建立更准确的疾病模型，而且还能用于测试siRNA药物的效果。例如，在Onpattro的临床前研究中，食蟹猴和转基因小鼠作为模式动物，可以在临床前试验中确定siRNA药物的安全性和有效性。
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siRNA药物的开发利用了RNA干扰的自然机制，通过精心设计的siRNA分子，研究人员能够特异性地靶向并沉默疾病相关基因，这一过程对于遗传性疾病、病毒感染和癌症治疗等领域具有革命性的潜力。Alnylam Pharmaceuticals siRNA药物的成功，展示了通过RNAi途径治疗疾病的可行性，同时也突显了深入理解siRNA序列特征和设计方法的重要性。智慧芽Bio生物序列库的应用，使得研究人员能够分析siRNA的序列特性，预测其在体内的引导链选择，以及评估其跨物种的活性，从而为siRNA药物的设计和优化提供了科学依据。跨物种siRNA设计是药物开发中的一个关键策略，它不仅能够提高临床前研究的准确性，还能够为疾病模型的建立和药物效果的测试提供支持。通过智慧芽Bio生物序列库的比对分析，研究人员可以识别跨物种保守的序列区域，为siRNA的设计提供首选目标。这种方法有助于在不同的生物模型中验证siRNA的活性，从而加速药物从实验室到临床的转化。此外，跨物种siRNA设计还有助于理解siRNA在不同物种中的生物学功能，包括其在RISC复合体中的作用以及可能的乘客链功能。这些洞见不仅对当前的药物开发至关重要，也为未来siRNA技术的应用和创新奠定了基础。参考资料
1.Tang, Q. & Khvorova, A. RNAi-based drug design: considerations and future directions. Nat Rev Drug Discov 23, 341-364 (2024). https://doi.org:10.1038/s41573-024-00912-9
