昨日，專注于開發(fā)靶向RNA的小分子藥物的生物醫(yī)藥公司Arrakis Therapeutics宣布完成數(shù)額為7500萬美元的B輪。同時，該公司創(chuàng)始人、總裁兼首席執(zhí)行官Michael Gilman博士在訪談中披露，該公司的藥物發(fā)現(xiàn)平臺，針對編碼著名”不可成藥“的致癌蛋白myc的mRNA，已經(jīng)取得出色的篩選結(jié)果。這一新聞將靶向RNA的小分子藥物再一次推到了聚光燈下。

圖片來源：Arrakis公司官網(wǎng)

那么我們?yōu)槭裁葱枰_發(fā)靶向RNA的小分子藥物？發(fā)現(xiàn)和開發(fā)靶向RNA的小分子藥物需要注意些什么問題？最近在這一領(lǐng)域又有什么新的進展？今天藥明康德的微信團隊將結(jié)合公開資料，與讀者共同探索這些問題的答案。

為什么要開發(fā)靶向RNA的小分子藥物？

小分子療法絕大部分的靶標(biāo)都是蛋白質(zhì)，這一策略在過去數(shù)十年來也帶來了大量好藥和新藥，據(jù)估計，接近99%的口服藥物靶向的是致病蛋白。然而，這需要小分子藥物能夠與致病蛋白中的特定位點或“口袋”相結(jié)合，而對于大部分（接近85%）的蛋白來說，它們沒有適合小分子藥物結(jié)合的位點。這意味著它們用傳統(tǒng)手段“無法成藥”。

而且，蛋白只占了基因組信息的極少部分。人類的基因組中，只有1.5%的序列編碼了蛋白質(zhì)，和疾病相關(guān)的蛋白更是只占其中的10-15%。毫無疑問，如果小分子藥物的靶點能超越蛋白質(zhì)，將給新藥研發(fā)帶來新的變革。

靶向RNA，將給我們帶來更多的成藥選擇（圖片來源：參考資料[8]）

RNA就是這樣一種潛在的靶點。在正常細胞中，RNA有著重要的生理功能——mRNA攜帶了基因的遺傳信息，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成；非編碼RNA則調(diào)控基因的表達。靶向RNA有著多種好處：由于處于蛋白質(zhì)的上游，靶向RNA有望直接對蛋白質(zhì)的翻譯效率進行上調(diào)或下調(diào)，解決蛋白“不可成藥”的難題；RNA在人類基因組中極為豐富，產(chǎn)生非編碼RNA的序列更是占到了基因組的70%，豐度比編碼蛋白質(zhì)的序列高出一個數(shù)量級；而近期一些概念驗證性試驗的成功，也讓我們看到了希望。

開發(fā)靶向RNA的小分子藥物的原則

根據(jù)《Nature Reviews Drug Discovery》 上的一篇綜述，目前靶向RNA的小分子藥物根據(jù)靶向的RNA結(jié)構(gòu)，可以被分為三大類，它們分別靶向RNA中：

多個密集螺旋結(jié)構(gòu)（multiple closely packed helices）

不規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)（irregular and usually bulge-containing secondary structures）

或是三聯(lián)體重復(fù)序列（triplet repeats）

第一類藥物中已經(jīng)出現(xiàn)了多種候選化合物，包括四種分子——linezolid、ribocil、branaplam、以及SMA-C5。這些分子“靶向了復(fù)雜的RNA結(jié)構(gòu)模塊，且每一個均有很高的QED（quantitative estimate of drug-likeness）分值”，表明其具有潛在的成藥潛力。值得一提的是，這些分子都是通過表型篩選找到的結(jié)果，之后才被確認具有RNA結(jié)合的屬性。因此，盡管它們開了一個RNA靶向新藥研發(fā)的好頭，但我們尚無法從中推導(dǎo)出明確的RNA靶向方針。

第一類藥物中已彰顯出潛力的四款分子（圖片來源：參考資料[8]）

在另兩類藥物中，研究人員們最初的篩選過程，就是為了找到能靶向RNA的小分子藥物。這些篩選方法包括高通量篩選、使用專注這一方向的化合物庫、受結(jié)構(gòu)啟發(fā)的設(shè)計、基于片段的篩選方法、以及計算機模型。這帶來了大量不同的潛在RNA靶向分子，讓我們對靶向RNA的原則與方針有了更深的認識。這也是像Arrakis等新興生物醫(yī)藥公司開發(fā)的方向。

如何靶向RNA？

由于RNA與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的顯著不同，因此，RNA是否具有“可成藥性”是一個需要解決的問題。與蛋白不同，RNA主要由四類核苷酸組成，帶有大量電荷，也比蛋白質(zhì)更為親水。然而，RNA在折疊后的具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)有望帶來足夠的成藥構(gòu)象，讓小分子藥物結(jié)合與識別。

小分子藥物也可識別RNA結(jié)構(gòu)（圖片來源：參考資料[8]）

過去“意外發(fā)現(xiàn)”的小分子RNA靶向藥物支持了這一觀點。上文中提到的linezolid和ribocil從傳統(tǒng)藥物化學(xué)的角度看，都是非常杰出的分子——它們符合經(jīng)典的“里賓斯基五規(guī)則”，有較小的極性總表面積（tPSA），也有較好的細胞膜穿透性。此外，它們沒有明顯的毒性。最關(guān)鍵的是，它們能結(jié)合RNA靶點結(jié)構(gòu)上的“口袋”。這與許多靶向蛋白質(zhì)的小分子藥物如出一轍，也支持了靶向RNA的小分子藥物的研發(fā)。

如同蛋白質(zhì)靶向藥物一樣，靶向RNA的藥物也需要對RNA結(jié)構(gòu)的了解。該綜述的作者們指出，良好的RNA靶點，結(jié)構(gòu)上應(yīng)有足夠的“信息量”。目前，具有成藥潛力的幾個分子都靶向復(fù)雜的RNA結(jié)構(gòu)。而倘若靶向簡單的RNA結(jié)構(gòu)，可能會影響到靶向分子的親和力與特異性。

好的RNA靶點應(yīng)有足夠的“信息量”（圖片來源：參考資料[8]）

篩選靶向RNA的小分子藥物的八大指導(dǎo)方針

在了指導(dǎo)未來的新藥篩選，研究人員們整理了幾大方針，供后人參考：

專注于具有足夠復(fù)雜度，結(jié)構(gòu)獨特的RNA模塊。這些模塊有望帶來高質(zhì)量的“口袋”，方便小分子藥物結(jié)合。這些模塊在大型RNA分子中較常見。

謹慎決定靶向RNA的小分子基本結(jié)構(gòu)。在定義這些結(jié)構(gòu)前，我們還需要更多的研究。過去幾十年來，靶向蛋白質(zhì)的經(jīng)驗或許有用。

在核糖體RNA上取得的成功，未必能旁推到其他領(lǐng)域。這些RNA在細胞中高度富集，靶向它們的分子可能有特殊的性質(zhì)。

對于那些高度堿性、具有插入特性、或是高度疏水的小分子化合物，對實驗結(jié)果的解讀要尤其謹慎。這些化合物可能與RNA有很高的親和力，但可能會有嚴重的脫靶效應(yīng)。

留意那些能夠靶向RNA-蛋白質(zhì)相互結(jié)合的分子，譬如branaplam和SMA-C5。它們有望帶來出色的特異性與親和力。

找到那些具有“高信息量”的結(jié)構(gòu)。相比蛋白質(zhì)，RNA的一大優(yōu)勢在于我們有許多定量的化學(xué)方法去幫助我們完成這些工作。

在現(xiàn)有工具的基礎(chǔ)上，開發(fā)全新的工具，去更好地了解RNA的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

找到那些具有明確治療機制的靶點，并針對它們尋找潛在的新藥。

這一領(lǐng)域的最新進展

我們高興地看到，這一領(lǐng)域的新興生物醫(yī)藥公司的研發(fā)方向與這些建議不謀而合。前文提到的Arrakis公司在過去兩年多的時間里，構(gòu)建專屬于靶向RNA的小分子篩選和優(yōu)化平臺。它包括名為Tryst的RNA靶標(biāo)篩選系統(tǒng)，能夠預(yù)測RNA序列上適于小分子藥物結(jié)合的位點和結(jié)構(gòu)。以及幫助分析小分子藥物與RNA之間的結(jié)合機制，并且選出最佳候選化合物進一步開發(fā)的Pearl-seq系統(tǒng)。

根據(jù)Michael Gilman博士的描述，這一藥物開發(fā)技術(shù)平臺目前已經(jīng)可以開始大規(guī)模地針對多種不同RNA進行藥物篩選。該公司聚焦的第一個RNA就是編碼myc蛋白的mRNA。Myc是最初發(fā)現(xiàn)的致癌基因之一，在接近40年前就被發(fā)現(xiàn)了。它編碼的轉(zhuǎn)錄因子myc蛋白與多種人類癌癥相關(guān)。Arrakis公司已經(jīng)通過多種篩選手段尋找與myc RNA結(jié)合的小分子化合物，用Michael Gilman博士的話來說，發(fā)現(xiàn)了靶向這一RNA的不少奇妙的化合物。Arrakis公司靶向myc RNA的策略是找到能夠與RNA結(jié)合并且阻止RNA翻譯生成蛋白的小分子藥物。RNA在與核糖體結(jié)合翻譯蛋白時，需要解開折疊的三級結(jié)構(gòu)變?yōu)榫€狀結(jié)構(gòu)，而如果使用小分子藥物將RNA的三級結(jié)構(gòu)固定住，讓它們無法被解開，就可以防止蛋白的產(chǎn)生。

而由Scripps研究所（The Scripps Research Institute） 教授Matthew D. Disney博士創(chuàng)建的Expansion Therapeutics公司，在開發(fā)靶向三聯(lián)體重復(fù)序列的小分子化合物方面也獲得了出色的進展。Expansion Therapeutics公司的藥物開發(fā)工具能夠?qū)⑸锨€不同的RNA結(jié)構(gòu)與共價固定在芯片上的小分子化合物庫進行相互篩選。這一篩選結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)與特定RNA折疊結(jié)構(gòu)結(jié)合的高質(zhì)量的小分子化合物，它們可以被傳統(tǒng)的藥物化學(xué)手段進一步優(yōu)化。

Matthew D. Disney博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊還開發(fā)出了能夠切斷富含CUG三聯(lián)體重復(fù)序列的RNA的小分子化合物。CUG重復(fù)序列是導(dǎo)致1型強直性肌營養(yǎng)不良（DM1）的基因變異。DM1是一種無法治愈的神經(jīng)肌肉疾病。在近日發(fā)表在《PNAS》的一項研究中，這種靶向CUG重復(fù)序列的小分子藥物cugamycin，能夠有選擇性地靶向?qū)е录膊〉腞NA結(jié)構(gòu)，并且在臨床前動物試驗中改善小鼠的DM1癥狀。

在探索靶向RNA的小分子藥物領(lǐng)域還有其它新興生物技術(shù)公司。例如，去年，Skyhawk Therapeutics在麻省正式成立，力圖開發(fā)靶向RNA的小分子藥物，修復(fù)RNA剪接時出現(xiàn)的外顯子跳躍錯誤，治療神經(jīng)疾病和癌癥。該公司去年與新基（Celgene）公司達成為期5年的研發(fā)合作協(xié)議。

目前，這些療法仍然處于臨床前開發(fā)階段，它們?nèi)匀恍枰谌梭w中臨床試驗的驗證。我們期待這一天盡快到來，讓我們進一步療法靶向RNA的小分子藥物在治療人類疾病方面的潛力。

來源：藥明康德

參考資料：

[1] Expansion Therapeutics. Retrieved April 19, 2019, from https://www.expansionrx.com/expansion-repeat-disorders/

[2] Arrakis Therapeutics. Retrieved April 19, 2019, from http://arrakistx.com/

[3] Drugging the undruggable and other challenges on the road to targeting RNA with pills. Retrieved April 19, 2019, from https://www.statnews.com/2019/04/19/michael-gilman-rna-arrakis/

[4] Ribometrix. Retrieved April 19, 2019, from http://www.ribometrix.com/index.html

[5] RNA研發(fā)熱！這12家公司正在推進靶向RNA的小分子藥物. Retrieved April 19, 2019, from https://mp.weixin.qq.com/s/df8pOurBsAeXs57CBHuJOQ

[6] Nature深度綜述：小分子靶向RNA，這些原則你都知道嗎？ Retrieved April 19, 2019, from https://mp.weixin.qq.com/s/kpIoktgNTmlXNCfz_mCosQ

[7] RNA-targeting Compound Shows Ability to Limit Muscle Damage in Early Myotonic Dystrophy Type 1 Study. Retrieved April 19, 2019, from https://musculardystrophynews.com/2019/04/08/rna-cutting-compound-shows-ability-to-limit-muscle-damage-in-myotonic-dystrophy-type-1-in-early-study/

[8] Warner et al., (2018). Principles for targeting RNA with drug-like small molecules. Principles for targeting RNA with drug-like small molecules. Nature Reviews Drug Discovery. https://doi.org/10.1038/nrd.2018.93.