使用亲脂性偶联物将 RNAi 疗法扩展到肝外组织

目前的研究，已经可以向肝细胞提供基于短干扰 RNA 的治疗剂；但是，针对其他器官的治疗，仍然需要新的解决方案。最近发表在 Nature Biotechnology 上的研究报告中，由美国马萨诸塞州 Alnylam Pharmaceuticals 的 Vasant Jadhav 领导研究人员分析了 2′-O-hexadecyl (C16)与小干扰 RNA (siRNA) 结合后，可在啮齿动物和非人类灵长类动物的靶器官中进行有效和持久的沉默，并且具有广泛的细胞特异性。

患有中枢神经系统疾病是治疗过程中最大挑战。在这项工作中，Brown 等人在近 20 年的 siRNA 设计和化学优化的基础上，利用肝外组织（包括中枢神经系统、眼睛和肺）中的 RNA 干扰途径。开发使 siRNA 能够穿过血脑屏障传递的方法。 Brown 等人展示了 2'-O-十六烷基 (C16) 的结合以增强 siRNA 向肺泡和细支气管上皮细胞的递送。他们将 C16 亲脂性修饰与化学修饰和代谢稳定的 siRNA 相结合，以有效递送至靶器官，从而在啮齿动物和非人类灵长类动物中实现稳健和持久的基因沉默（图 1.）。这些实验提供了有利的安全性，以产生多个候选者来研究临床安全性和有效性。

图1.优化大鼠CNS递送的siRNA设计

Brown 等人优化了化学修饰后 siRNA 的亲脂性，以增强颗粒在细胞内的传递，从而实现广泛和安全的分布。 在此过程中，他们利用核糖骨架的分子位置来引入 siRNA 双链体，并监测 siRNA 偶联物在中枢神经系统中的 RNA 干扰活性。 已知的 siRNA 设计元素增加了中枢神经系统的效力和特异性，在与乙烯基膦酸盐和 C16 结合后表现出最佳活性，脊髓和大脑中的 mRNA 敲除率分别高达 90% 至 75%。 与未缀合的版本相比，缀合物的功能敲低数据显示在大鼠单次注射后脑生物分布更佳（图 2.）。

图2.大鼠CNS中C16-siRNA的表征

设计了针对特异性细胞类型靶标的小干扰 RNA，结果显示，神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞的强烈敲低，说明 C16-siRNA被中枢神经系统中大多数与治疗相关的细胞类型有效吸收。 Brown 等人注意到脊髓和大脑中编码超氧化物歧化酶 (Sod1) 的基因的敲低依赖于剂量效应，并且该过程长达6个月。还检查了额叶皮层中剂量效应，siRNA 半衰期长达 3 到 4 个月（图 3.）。

图3. NHP-CNS中C16-siRNA活性的翻译

该团队通过淀粉样前体蛋白评估了结合化合物在非人类灵长类动物中的效力。 含有乙烯基膦酸盐和 C16 的 siRNA 在中枢神经系统中表现出最佳活性，在药物治疗 3 个月时对肝脏或肾脏没有副作用。该团队使用脑脊液样本来研究非人类灵长类动物的沉默持续时间，并展示了剂量变异性如何导致观察到所分析的大脑区域之间强烈的暴露反应关系。 然后，该团队通过对给药后不同时间点中枢神经系统区域的组织病理学评估，测试了药物剂量在非人类灵长类动物中的安全性和耐受性（图 4. ）。

图4.APP沉默在CVN小鼠模型中的功效

Brown 等人使用具有阿尔茨海默病特异性突变的转基因小鼠来评估所开发的化合物的临床前功效。展示了单剂量 (60 μg) 的化合物如何在剂量可变的时间范围内降低腹侧皮层和脑脊液中的突变蛋白水平。 结果显示，CVN 小鼠品系中特定代谢物的减少，其中特定基因的敲低使特定代谢物正常化，使其恢复到与野生型菌株相同的水平。 研究人员进一步证明了该化合物在眼睛和肺中的强大而持久的活性（图 5. ）。

图5.C16-siRNA在小鼠肺中的分布和活性

该团队将亲脂性 siRNA 偶联物与其他设计特征相结合，通过临床上有利的安全给药途径在动物模型的中枢神经系统中广泛分布。 他们在临床前小鼠模型中进行了概念验证研究，以使行为缺陷正常化，其结果适合治疗早发性阿尔茨海默病和脑淀粉样血管病的临床开发。 结合策略也适用于局部器官，例如眼和肺。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41587-022-01334-x