n個(gè)世紀(jì)80年代，一個(gè)充滿希望的新的藥物靶標(biāo)在對(duì)抗癌癥的戰(zhàn)斗出現(xiàn)了。這種蛋白質(zhì)被稱為c-Myc，由人類發(fā)現(xiàn)的第一種細(xì)胞癌基因編碼，并且在人類癌癥的50%以上被發(fā)現(xiàn)失調(diào)。該肽充當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)參與細(xì)胞周期，細(xì)胞死亡和腫瘤發(fā)生的基因的表達(dá)。這使其成為抗癌藥物的明顯目標(biāo)。

然而，盡管世界各地的學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室和制藥公司幾十年的共同努力，c-Myc已經(jīng)證明令人沮喪地難以吸毒。研究人員發(fā)現(xiàn)，最大的障礙之一是蛋白質(zhì)相對(duì)光滑的三維結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有任何口袋或縫隙可供治療分子結(jié)合。

C-Myc遠(yuǎn)非一個(gè)獨(dú)特的案例。雖然癌癥通常具有由致癌基因突變產(chǎn)生的功能失調(diào)的蛋白質(zhì)，但研究人員一直在努力開(kāi)發(fā)小分子療法 - 仍然是最便宜和最易理解的藥物類別 - 以蛋白質(zhì)本身為目標(biāo)。“目前，許多蛋白質(zhì)基本上不能用藥，因?yàn)樗鼈儧](méi)有那些明顯的小分子結(jié)合位點(diǎn)，”馬薩諸塞州生物制藥公司Arrakis Therapeutics的首席執(zhí)行官邁克爾吉爾曼解釋道。“這留下了大片重要的生物學(xué)基本上是我們無(wú)法接近的。”

這個(gè)鴻溝讓許多藥物開(kāi)發(fā)人員感興趣，而是針對(duì)RNA特異性靶向，使用可能與行為不端RNA的三維結(jié)構(gòu)結(jié)合的小分子并防止它們轉(zhuǎn)化為有問(wèn)題的蛋白質(zhì)，或者如果它們是非編碼的，則阻止它們的癌癥 - 促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的功能。與市場(chǎng)上的其他RNA靶向藥物相比 - 例如反義療法，其使用合成的互補(bǔ)RNA抑制功能障礙的RNA-小分子通常具有低毒性特征并且更容易遞送到他們需要的地方，即使目標(biāo)是實(shí)體腫瘤或潛伏在血腦屏障之外的細(xì)胞。事實(shí)上，一些科學(xué)家推測(cè)癌癥生物學(xué)中最難以捉摸的目標(biāo) - 轉(zhuǎn)錄因子c-Myc和STAT3以及細(xì)胞信號(hào)蛋白KRAS，

今天許多蛋白質(zhì)基本上不可藥用，因?yàn)樗鼈儧](méi)有那些明顯的小分子結(jié)合位點(diǎn)。

-Michael Gilman，Arrakis Therapeutics

但研究人員有幾個(gè)理由懷疑找到合適的藥物。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，特別是RNA-蛋白質(zhì)編碼信使RNA(mRNA)被認(rèn)為是相對(duì)具有延展性的，以不可預(yù)測(cè)的方式從一種三維構(gòu)型翻轉(zhuǎn)到另一種三維構(gòu)型。更重要的是，科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為RNA由于其四核苷酸字母表而具有有限的結(jié)構(gòu)多樣性，使得單個(gè)序列難以在其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上選擇性地靶向。

這種觀點(diǎn)現(xiàn)在開(kāi)始發(fā)生變化。2018年，北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)家Kevin Weeks及其同事公布了大腸桿菌的結(jié)果，結(jié)果顯示，單獨(dú)核苷酸序列可預(yù)測(cè)的具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的RNA比以前更常見(jiàn)(Cell，173：181) -195.E18)。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，高度結(jié)構(gòu)化的mRNA顯示出比柔性線性mRNA更低的蛋白質(zhì)表達(dá)水平，這表明使用小分子操縱RNA結(jié)構(gòu)確實(shí)可以影響蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。

Weeks希望利用RNA的三維結(jié)構(gòu)知識(shí)在2014年共同創(chuàng)辦的初創(chuàng)公司Ribometrix開(kāi)發(fā)RNA靶向治療藥物。該公司籌集了3000萬(wàn)美元的A系列資金 - 其他許多采取同樣措施的公司正在享受類似的投資者利益。例如，去年夏天，總部位于馬薩諸塞州的Skyhawk Therapeutics公司開(kāi)發(fā)了一種小分子，用于針對(duì)從癌癥到神經(jīng)系統(tǒng)疾病等疾病的錯(cuò)誤拼接RNA，獲得了6000萬(wàn)美元的預(yù)付款，作為與制藥公司Celgene的交易的一部分，并提出另外4000萬(wàn)美元的股權(quán)投資。其他行業(yè)巨頭，包括諾華和默克，已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的計(jì)劃，用小分子藥物靶向RNA。

佛羅里達(dá)州朱庇特斯克里普斯研究所的化學(xué)家，以及總部位于美國(guó)佛羅里達(dá)州的創(chuàng)業(yè)公司Expansion Therapeutics的創(chuàng)始人馬特·迪斯尼說(shuō)：“目標(biāo)的數(shù)量，人們可以通過(guò)靶向RNA來(lái)解決的疾病數(shù)量幾乎是不可想象的。”加利福尼亞州圣地亞哥目前正致力于開(kāi)發(fā)小分子藥物，以靶向與稱為肌強(qiáng)直性營(yíng)養(yǎng)不良的退行性肌肉疾病有關(guān)的突變mRNA。“這幾乎應(yīng)有盡有。”

阻斷蛋白質(zhì)翻譯

盡管對(duì)于靶向RNA的小分子藥物的治療潛力的興奮是相對(duì)較新的，但是幾種阻斷特定mRNA的蛋白質(zhì)翻譯的化合物已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了一段時(shí)間。天然存在的抗生素如四環(huán)素，大環(huán)內(nèi)酯類和氨基糖苷類，以及合成的惡唑烷酮，通過(guò)破壞細(xì)菌核糖體的功能起作用 - 細(xì)菌核糖體是mRNA翻譯成蛋白質(zhì)的位點(diǎn) - 蛋白質(zhì)本身由RNA組成。細(xì)菌核糖開(kāi)關(guān)，mRNA分子中的非編碼結(jié)構(gòu)，通過(guò)與代謝物和離子的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)，已成功地使用小分子如默克的ribocil進(jìn)行靶向。然而，細(xì)菌對(duì)這些分子的抗性的迅速出現(xiàn)阻礙了臨床的進(jìn)展。

許多研究人員將這些與RNA結(jié)合的小分子病例視為異常值。然后，幾年前，有兩個(gè)具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)：制藥巨頭諾華公司的科學(xué)家，后來(lái)羅氏公司 - 后者與PTC Therapeutics合作 - 獨(dú)立開(kāi)發(fā)了類似的小分子藥物，用于治療脊髓性肌萎縮癥(SMA) ，一種疾病，通常由SMN2RNA轉(zhuǎn)錄本的錯(cuò)誤剪接引起基因。分別通過(guò)高通量篩選技術(shù)發(fā)現(xiàn)了兩種化合物，即Branaplam和risdiplam，這些技術(shù)未經(jīng)過(guò)特別調(diào)整以尋找RNA靶向分子。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)這些藥物通過(guò)穩(wěn)定前mRNA分子來(lái)修復(fù)錯(cuò)誤的剪接模式，確保基因的外顯子7(通常在SMA患者中被跳過(guò))被保留。這些藥物目前在2期臨床試驗(yàn)中表現(xiàn)良好。

非編碼RNA也經(jīng)常與疾病的發(fā)展有關(guān)，為靶向RNA的小分子藥物提供了一系列可能的靶標(biāo)。

這兩種藥物的進(jìn)步使研究人員希望找到小分子來(lái)阻止疾病促進(jìn)蛋白的表達(dá)。“如果它們獲得批準(zhǔn)，那將是RNA靶向領(lǐng)域的一項(xiàng)里程碑式的成就，”迪士尼說(shuō)。

現(xiàn)在有幾家公司的目標(biāo)是直接用小分子靶向mRNA，這些小分子可以通過(guò)物理防止核糖體的翻譯或通過(guò)從細(xì)胞內(nèi)募集核酸酶來(lái)分解特定的轉(zhuǎn)錄物來(lái)阻止蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。以這些方式成功靶向mRNA“通過(guò)使蛋白質(zhì)在完全合成之前被靶向，將改變藥物發(fā)現(xiàn)的面貌，”Weeks在一封電子郵件中寫(xiě)道。例如，Ribometrix和Arrakis的研究人員告訴The Scientist他們正在尋找可以結(jié)合致癌轉(zhuǎn)錄因子(如c-Myc)mRNA的小分子，盡管有關(guān)藥物這類高分子RNA的成功尚未見(jiàn)報(bào)道。

但腫瘤學(xué)有很多其他mRNA靶點(diǎn)可供選擇。例如，2014年，由生物化學(xué)家Thomas Hermann領(lǐng)導(dǎo)的加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種潛在的治療目標(biāo)，即編碼胸苷酸合成酶的mRNA，這種酶可以對(duì)某些化療藥物產(chǎn)生抗藥性(BiosciRep，34：e00168) )。

胸苷酸合成酶是一種自我調(diào)節(jié)蛋白 - 在人類中首次發(fā)現(xiàn) - 它可以結(jié)合自身mRNA上的小發(fā)夾結(jié)構(gòu)來(lái)抑制翻譯。之前為Arrakis提供咨詢的Hermann希望用小分子靶向這種發(fā)夾可以抑制酶的產(chǎn)生，盡管到目前為止還沒(méi)有找到針對(duì)該發(fā)夾的有效小分子藥物。

隨著越來(lái)越多地使用大規(guī)模篩選和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，這些方法的潛在目標(biāo)數(shù)量正在迅速擴(kuò)大。吉爾曼說(shuō)，除了專注于眾所周知的致癌蛋白產(chǎn)品仍然令人沮喪地?zé)o法抗拒之外，幾家公司正在研究如何靶向新型疾病相關(guān)基因的mRNA產(chǎn)物，即使他們的作用方式知之甚少。(Arrakis不會(huì)透露它正在探索的具體目標(biāo)。)“我們實(shí)際上并不需要了解它們靶向mRNA的功能。”

靶向非編碼RNA

這不僅僅是受到藥物開(kāi)發(fā)者興趣的mRNA。調(diào)節(jié)翻譯，RNA剪接和基因表達(dá)的非編碼RNA也經(jīng)常涉及癌癥和其他疾病的發(fā)展，為RNA靶向小分子藥物提供了一系列新的可能性。

例如，2015年，迪斯尼集團(tuán)報(bào)告發(fā)現(xiàn)了一種小分子，可以選擇性地結(jié)合并抑制miR-544，這是一種參與乳腺癌發(fā)展的microRNA(ACS Chem Biol，10：2267-276)。當(dāng)突變時(shí)，這種microRNA沉默哺乳動(dòng)物的雷帕霉素(mTOR)蛋白靶，使乳腺癌細(xì)胞能夠在腫瘤深處的低氧環(huán)境中存活。小分子能夠逆轉(zhuǎn)乳腺腫瘤細(xì)胞對(duì)缺氧的適應(yīng)性生理反應(yīng)，因此低氧在體外和小鼠中引發(fā)細(xì)胞凋亡。兩年后，迪士尼及其同事報(bào)告成功藥物miR-210，這與乳腺癌和前列腺腫瘤的缺氧反應(yīng)有關(guān)(J Am Chem Soc)，139：3446-455)。迪士尼表示他的團(tuán)隊(duì)仍在致力于靶向miR-544和miR-210，希望最終將這些異常miRNA的小分子藥物帶到診所。

另一個(gè)有希望的靶標(biāo)是miR-21，一種負(fù)責(zé)抑制許多腫瘤抑制性磷酸酶的RNA。該RNA與乳腺癌，卵巢癌，宮頸癌，結(jié)腸癌，肺癌，肝癌，腦癌，食道癌，前列腺癌，胰腺癌和甲狀腺癌有關(guān)。2016年，西雅圖華盛頓大學(xué)的生物物理化學(xué)家Gabriele Varani及其同事報(bào)告了一種工程化的RNA結(jié)合蛋白，該蛋白靶向前體分子pre-miR-21并阻止其加工成成熟的致癌miRNA(Nat Chem Biol，12：717-23)。Varani已經(jīng)成立了一家公司，幫助他開(kāi)展商業(yè)工作，但他指出，它仍處于投資尋求階段。

雖然RNA生物學(xué)非常引人注目且非常令人興奮，但它與其他一些具有更多傳統(tǒng)靶點(diǎn)的治療領(lǐng)域的生物學(xué)相比也遠(yuǎn)沒(méi)有那么成熟。

-Thomas Hermann

加州大學(xué)圣地亞哥分校

迪士尼及其同事發(fā)現(xiàn)至少一種經(jīng)批準(zhǔn)的抗癌小分子藥物可作用于pre-miR-21，從而阻止pre-miRNA的成熟并逆轉(zhuǎn)乳腺癌細(xì)胞系中的轉(zhuǎn)移表型。在今年2月，該團(tuán)隊(duì)宣布再次成功靶向致癌miRNA的前體 - 這次是miR-515，一種使乳腺癌細(xì)胞對(duì)抗癌藥物赫賽汀有抗藥性的microRNA。他們發(fā)現(xiàn)了一種小分子，它與pre-miR-515結(jié)合并抑制其成熟，恢復(fù)了實(shí)驗(yàn)室對(duì)乳腺癌細(xì)胞中赫賽汀的敏感性(J Am Chem Soc，141：2960-974)。

另一種方法是通過(guò)使用招募細(xì)胞自身RNA降解機(jī)制的小分子藥物，特別是稱為核糖核酸酶的酶來(lái)解除錯(cuò)誤的非編碼RNA。2018年，迪士尼實(shí)驗(yàn)室報(bào)告發(fā)現(xiàn)了一種與miR-96結(jié)合的小分子，miR-96是一種通過(guò)抑制促凋亡轉(zhuǎn)錄因子FOXO1促進(jìn)腫瘤發(fā)展的microRNA。一旦結(jié)合，該藥物吸引細(xì)胞核糖核酸酶RNA酶L以切割miRNA。在實(shí)驗(yàn)室中，用名為Targaprimir-96的分子進(jìn)行治療，在癌癥但不健康的乳腺上皮細(xì)胞中引發(fā)細(xì)胞死亡(J Am Chem Soc，140：6741-744)。

RNA靶向小分子藥物的前進(jìn)道路

盡管有炒作，專家告訴科學(xué)家，任何新的以RNA為目標(biāo)的小分子藥物都必須等待臨床試驗(yàn)，盡管它們的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)不同，這表明它可能只需要2年甚至15年讓這些藥物到達(dá)患者。“這不會(huì)在一夜之間變革，”休斯頓德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心的腫瘤學(xué)家David Hong說(shuō)，他經(jīng)常為制藥行業(yè)提供咨詢并獲得研究經(jīng)費(fèi)。但“我認(rèn)為技術(shù)將繼續(xù)變得更好。”

即使有足夠的時(shí)間，也不一定從這里順利航行。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，該領(lǐng)??域的相對(duì)不成熟使得難以預(yù)測(cè)哪些小分子在生物體中施用時(shí)將對(duì)功能產(chǎn)生期望的效果，使得該區(qū)域中的藥物發(fā)現(xiàn)成為特別漫長(zhǎng)且昂貴的過(guò)程。

赫爾曼說(shuō)：“雖然RNA生物學(xué)非常引人注目且非常令人興奮，但它與其他一些具有更傳統(tǒng)靶點(diǎn)的治療領(lǐng)域的生物學(xué)相比還遠(yuǎn)沒(méi)有那么成熟。”一旦化合物進(jìn)入診所，可能會(huì)有更多的驚喜。。。因?yàn)槲覀儗?duì)這些化合物的副作用和脫靶效應(yīng)知之甚少。“

華盛頓大學(xué)的瓦拉尼分享了赫爾曼的擔(dān)憂。“我擔(dān)心目標(biāo)驗(yàn)證

- 對(duì)于這些RNA中的一些實(shí)際上是否會(huì)像一些細(xì)胞和體內(nèi)數(shù)據(jù)所表明的那樣對(duì)患者有益，”他說(shuō)。

然而，迪士尼認(rèn)為，以RNA為目標(biāo)的小分子最終將成為醫(yī)生在腫瘤學(xué)醫(yī)學(xué)工具包以及治療許多神經(jīng)，炎癥，免疫和傳染病方面的關(guān)鍵部分。在接下來(lái)的十年中，對(duì)于“每個(gè)大型制藥公司來(lái)說(shuō)，如果他們沒(méi)有一種以RNA為目標(biāo)的小分子，那么他們的管道就會(huì)出現(xiàn)差距。”