RNA干扰（RNAi）是一种在秀丽隐杆线虫中首次发现的基因沉默机制，它通过双链小干扰RNA（siRNA）触发，诱导序列特异性基因沉默。siRNA在细胞内被组装成RNA诱导的沉默复合体（RISC），该复合体能够搜索并降解与其互补的mRNA，从而阻止靶蛋白的翻译。siRNA药物的开发需要经过几个关键阶段，包括概念验证（POC）、临床POC和监管审批。
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其中，siRNA药物的化学修饰对于提高其稳定性、降低免疫原性和脱靶效应、增强细胞摄取等方面至关重要。化学修饰包括磷酸骨架修饰、核糖修饰和碱基修饰，这些修饰可以提高siRNA对核酸酶的抗性，增强其与靶mRNA的亲和力，同时减少免疫反应和非特异性结合。已上市的siRNA药物，如Patisiran、Givosiran、Lumasiran、Inclisiran和Vutrisiran，都采用了特定的化学修饰和递送系统来提高siRNA的稳定性和疗效。这些化学修饰包括磷酸骨架修饰、核糖修饰和碱基修饰，这些修饰可以提高siRNA对核酸酶的抗性，增强其与靶mRNA的亲和力，同时减少免疫反应和非特异性结合。![]()
在临床应用中，siRNA药物的药代动力学（PK）和药效学（PD）特性独特，血浆中暴露时间短、靶器官中暴露时间长且药效作用持久。关键的药效学物质基础是胞浆中的siRNA和RISC复合物，而非血浆或靶器官中的总siRNA浓度。因此，siRNA药物的非临床药效学研究和概念验证试验对于理解其作用机制和指导临床试验设计至关重要。智慧芽Bio生物序列库作为一个强大的生物序列检索和分析系统，提供了对全球蛋白质和核酸序列数据的全面收录和深度加工。该数据库通过人工注释关键生物序列，标注修饰结构，提升了序列信息获取的效率。它还通过知识图谱关联了生物序列与物种、药物、疾病、结构、功能等多维度信息，为研究人员提供了一个全面的资源，以支持siRNA药物的发现和开发。在siRNA药物的开发过程中，智慧芽Bio生物序列库可以帮助研究人员深入了解特定序列的全球研发状态，进行成果序列的可专利性分析及FTO工作，以及根据靶点、药物等序列属性获取全球研发状况。这些功能对于siRNA药物的非临床药效学研究和概念验证试验至关重要，有助于理解其作用机制和指导临床试验设计。接下来，我们通过智慧芽Bio生物序列库了解一下已经上市的siRNA药物使用了哪些高效的化学修饰方案。siRNA药物的基本脚手架稳定性是确保其在组织分布和细胞内包裹过程中避免代谢降解的关键。为了优化siRNA与细胞过程的相互作用，科学家们开发了多种化学策略，包括对核碱基、核糖和主干的修饰。通过智慧芽Bio生物序列库搜索我们发现这些修饰主要包括2'-O-甲基(2'-OMe)、2'-氟(2'-F)和硫代磷酸酯(PS)，它们能够提高siRNA对核酸酶的抗性，减少免疫原性和脱靶效应，同时增强与靶mRNA的亲和力。
2'-OMe和2'-F修饰通过保护2'-羟基(2'-OH)免受水解，维持了siRNA的稳定性，而PS修饰则增强了siRNA的疏水性，有助于提高细胞摄取和效力。尽管2'-F修饰提高了疏水性，但其安全性曾引起关注，尤其是在Revusiran的III期试验中出现的临床毒性问题。然而，后续的毒理学研究显示，长期给药2'-F修饰的siRNA是安全的，尽管在Revusiran中检测到的2'-F代谢物水平高于其下一代ESC化合物，但并未发现与此直接相关的毒性问题。![]()
在设计siRNA药物时，化学修饰的位置和类型对活性有显著影响。例如，2'-OMe在引导链的特定位置可能会降低活性。因此，最佳siRNA构型的鉴定需要对序列和修饰模式进行反复筛选。目前，完全2'修饰的siRNA结构通常采用2'-OMe和2'-F交替的支架结构，这种结构提供了更高水平的稳定性和体内疗效。通过智慧芽Bio生物序列库搜索我们发现Lumasiran序列采用的是2'-OMe和2'-F交替的支架结构，增强其与目标mRNA的结合亲和力，从而提高siRNA的疗效和特异性。Lumasiran序列中2'-OMe和2'-F交替的支架结构siRNA药物的长期疗效依赖于药物从内体和溶酶体腔室的持续释放，以及与天然存在的microRNA (miRNA)竞争装载到新合成的Ago2中。即使是RISC进入能力的轻微降低也可能对长期生物功效产生负面影响。因此，siRNA支架的广泛修饰对于长期稳定性至关重要，而不同获批药物的临床持久性差异至少部分是由于所使用的2'-OMe和2'-F模式的差异。核酸外切酶稳定性是siRNA药物设计中的关键考虑因素，因为这些酶可以有效地降解RNA和DNA，而这种降解作用不依赖于2'-OH的识别。为了提高siRNA的稳定性，科学家们采用了一系列的化学修饰策略。其中，2'-O-甲基(2'-OMe)和2'-氟(2'-F)修饰是保护siRNA免受内切酶介导的切割的有效方法。这些修饰通过取代2'-OH基团，增强了siRNA对核酸酶的抗性，同时保持了导链的预组织的A型螺旋结构，这对于RISC的成功识别和装载至关重要。以Givosiran为例，通过智慧芽Bio生物序列库搜索我们发现Givosiran的设计中采用了广泛的化学修饰，包括2'-OMe和2'-F修饰，以及硫代磷酸酯(PS)修饰，这些修饰提高了siRNA的稳定性，减少了免疫反应，并增强了siRNA的细胞摄取和效力。![]()
Givosiran的序列包括2'-OMe和2'-F修饰，以及硫代磷酸酯(PS)修饰
此外，硫代磷酸酯(PS)修饰是提高siRNA 5'和3'端稳定性的主要策略。在5'端添加PS修饰的主链键可以显著提高外切酶的稳定性，这是Alnylam的STC和ESC平台之间的主要区别。例如，第一代GalNAc偶联siRNA，如Revusiran，缺乏这些额外的稳定性修饰，导致在临床试验中出现了累积毒性的问题。而更新一代的siRNA药物，如Inclisiran，采用了更广泛的PS修饰，以提高siRNA的稳定性和疗效。siRNA载客链的3'端通常与靶向实体偶联，这为3'外切酶介导的降解提供了一定的保护。然而，目前批准的siRNA药物中，并没有在乘客链的3'端纳入PS修饰。对于内部或5'共轭siRNA，稳定3'端对于防止3'外切酶降解是必不可少的。在3'端无PS的设计可能有助于将siRNA从膜上释放出来用于RISC装载，但它也可能降低siRNA的耐久性。因此，引入可切割的连接体可能是提高共轭释放和3'稳定性的策略。本文序列检索工具智慧芽Bio生物序列库快速体验网址如下，请复制链接至PC浏览器打开，相关功能快速免费体验！
siRNA药物的开发是一个复杂的过程，涉及到多个关键阶段，包括概念验证（POC）、临床POC和监管审批。在这个过程中，化学修饰对于提高siRNA的稳定性、降低免疫原性和脱靶效应、增强细胞摄取等方面起着至关重要的作用。这些修饰包括磷酸骨架修饰、核糖修饰和碱基修饰，它们可以提高siRNA对核酸酶的抗性，增强其与靶mRNA的亲和力，同时减少免疫反应和非特异性结合。
已上市的siRNA药物，如Alnylam公司的Onpattro（Patisiran），展示了化学修饰在提高siRNA稳定性和疗效方面的重要性。Patisiran采用2'-O-甲基(2'-OMe)和2'-氟(2'-F)修饰，以及硫代磷酸酯(PS)修饰，提高了siRNA的稳定性，减少了免疫反应，并增强了siRNA的细胞摄取和效力。此外，siRNA药物的长期疗效依赖于药物从内体和溶酶体腔室的持续释放，以及与天然存在的microRNA (miRNA)竞争装载到新合成的Ago2中。即使是RISC进入能力的轻微降低也可能对长期生物功效产生负面影响。因此，siRNA支架的广泛修饰对于长期稳定性至关重要，而不同获批药物的临床持久性差异至少部分是由于所使用的2'-OMe和2'-F模式的差异。智慧芽Bio生物序列库作为一个强大的生物序列检索和分析系统，为研究人员提供了一个全面的资源，以支持siRNA药物的发现和开发。通过人工注释关键生物序列，标注修饰结构，提升了序列信息获取的效率。通过知识图谱关联了生物序列与物种、药物、疾病、结构、功能等多维度信息，这对于siRNA药物的非临床药效学研究和概念验证试验至关重要，有助于理解其作用机制和指导临床试验设计。
