核酸干扰药物的产业化
摘 要
核酸干扰作为一种简便的研究工具正得以广泛应用，而其对靶向药物研发的影响更是前景广阔。核酸干扰技术在学术界引起广泛研究兴趣的同时，相应研究成果迅速的向临床应用过渡。目前在美国已有十多项核酸干扰治疗方案进入临床试验。而我国目前核酸干扰药物的研发仍然处于临床前阶段，而且落后的距离正在加大，如不迎头赶上，将又一次在新一轮的靶向药物开发的竞争中落伍。因此，我们应了解国际上的相关动态，充分利用海归科技创新人才优势，勇于创业创新，将核酸干扰药物的研发看作是目前我国进行靶向药物创新创制的突破口。本文是对国际相关领域的一个介绍，同时提出了八点建议，希望对我国的新药创制的发展战略有所帮助。
关键词 核酸干扰药物；自主创新；发展战略
1 引言： 核酸干扰的科学机理
信息核糖核酸分子（mRNA）是将细胞核内脱氧核糖核酸所携带的遗传信息转变成细胞质内蛋白质的中介载体。核糖核酸干扰（核酸干扰，RNAi- RNAinterference）是一种自然生物现象，不仅是生物体抵御病毒侵害的一种自我防卫机制，而且是细胞用于调控基因表达的一种方式。这一调控方式能"敲低"（knockdown）靶基因的表达，是一种转译后基因沉默（post transcriptional gene silencing，PTGS），不会对基因序列的完整性造成影响。科学家们首先在植物中观察到了这一现象，而后1998年在蠕虫动物模型中确认，诱导核酸干扰这一转译后基因沉默现象的化学分子是双链RNA而非传统概念所认为的单链反义RNA。此后利用双链RNA来诱导核酸干扰很快成为科学家们用来研究基因功能的有力工具。相比"反义核酸 （antisense oligo）"技术，核酸干扰有很多的优越性。核酸干扰通过降解细胞中的mRNA来调控基因的表达。具有抑制靶基因活性的小干扰性核糖核酸（小干扰核酸，siRNAsmall interference RNA） 分子很容易筛选并可用现有的化学工业常规快速地合成。更重要的是，小干扰核酸诱导的核酸干扰对靶基因表达的抑制效果比反义核酸更为有效和长期。通常小干扰核酸只需要反义核酸几十到几百分之一的浓度即可取得相同程度的靶基因表达抑制。小干扰核酸在抑制靶基因表达上之所以比反义核酸更为有效是因为作用机制的不同：小干扰核酸诱导的核酸干扰通过激活一个细胞中的自身生物过程来降解靶基因的mRNA，从而抑制靶基因的表达。而反义核酸抑制基因表达的效率相对较低是因为细胞中存在拮抗反义核酸功能的生物机制。
核酸干扰治疗不仅需获得在医学、经济和生物安全方面的承认，而且要在更广阔的公众范围内获得对核酸干扰治疗潜能的认可（例如2006年诺贝尔医学和生理学奖对A.Z. Fire and C.C. Mello等开创性工作的嘉奖）。大量资金支持现已扩展到了商业领域，包括美国国家卫生研究院（NIH）支持的小型产业创业研究计划和十亿美元的麻省生物技术创新计划。后者非常值得注意，不仅是因为它的规模，还因为它明确表明在核酸干扰领域的关键性投资，将支持器官移植的研究和生物技术工业的开发。随着核酸干扰被《科学》杂志选为2002年十大科学突破之首[4]，越来越多的科学家们相信揭开核酸干扰的作用机制（图1）和迅速拓宽它在生物医药领域的应用是生物工程领域十年来最重要的成果。
作为一种更为有效的抑制基因表达的机制，核酸干扰技术很快就取代了反义核酸技术和核酶（Ribozyme) 技术，成为进行基因功能研究的首选手段。实验结果表明，长的双链RNA分子在细胞质中被一个名为Dicer的Ⅲ型核糖核酸酶剪切成大约21个碱基对的双链RNA，被称为小干扰核酸（siRNA)。
将小干扰核酸应用于临床来敲低（抑制）一个特定基因的表达，除了需要了解和掌握多方面的信息，比如与序列动力学有关的信息。以及mRNA上有效靶位点（Hot-spots）的信息等。成功的关键在于掌握能否有效地将小干扰核酸送入靶细胞的传送方法，以及让小干扰核酸在靶细胞维持长期活性的方法。将小干扰核酸有效送入靶细胞或动物模型的传送策略包括现有常用的物理和化学转输方法，即通常所称的非病毒载体方法。与之对等的另一种替代策略是用各种病毒载体在细胞内表达小干扰核酸。
对工作在生物医学各个领域的科学家们而言，用小干扰核酸这一工具来研究致癌基因功能的优越性是显而易见的。在癌症生物学中，虽然一些蛋白质的表达抑制在肿瘤发生过程中扮演了关键角色，但致癌基因、生长因子和肿瘤抑制因子突变体的异常高表达可能是导致大多数肿瘤发生的主要原因。
图1描述了正在进行的和一些将来可能进行的通过将小干扰核酸有效送入靶细胞或动物模型的肿瘤组织中来发现和验证新的癌症相关基因的方案。这其中小干扰核酸可以有不同的形式，包括化学合成的短小核糖核酸和由DNA 质粒载体在细胞内表达的小干扰核酸或shRNA（图2）。
2 核酸干扰药物的优势
核酸干扰之所以受到制药产业界的广泛重视是由于核酸干扰所具有的许多特殊性。它可寻找到其他方式不可能实现的药靶：在RNA水平阻止疾病相关的蛋白的表达。这一点不同于现在大多数其他的在蛋白水平发挥功能的药物。从传统意义上讲，核酸干扰药物与小分子药物类似都属于抑制剂，但发挥作用的机理却不相同。核酸干扰药物是通过抑制药靶基因表达水平而发挥效用。这不仅具有更强的靶向性，而且能够产生很有希望更有潜能的药物，能够增加核酸干扰疗法的内在创新优势。同时，核酸干扰药物还能够与传统的小分子药物和单抗药物协同使用，以期达到更好的治疗效果。下面是核酸干扰药物与传统的小分子药物和单抗药物的优劣比较（见表1）。
3 核酸干扰药物在美欧的产业化现状
在过去的二十年中，重组蛋白技术导致了美国安进药业公司（Amgen）的成功，单克隆抗体技术造就了美国基因泰克公司（Genentech）的神话。从2002年开始，一批以核酸干扰药物开发为己任的制药企业纷纷成立，加上由其他技术平台转入核酸干扰药物开发的公司，整个核酸干扰药物产业群在美欧已经快速形成。目前，核酸干扰技术领域的竞争日趋激烈。美国的奥乃兰公司和小干扰核酸公司因拥有核酸干扰技术的核心知识产权，迅速成长为十亿美元市值以上的企业。美国Intradigm公司等在核酸干扰药物导入技术领域的开拓，也得到了大型投资基金和跨国药业的资金投入。目前在美国，已经有10项核酸干扰药物的项目在美国进入临床试验。其中眼黄斑变性的核酸干扰药物已经推入到第Ⅲ期临床试验。
由于核酸干扰药物开发产业的迅速形成和快速发展，跨国药业公司也立即显示出了极大的兴趣。
核酸干扰药物产业在美国和欧洲已经形成，尤其是在美国其产业化程度已经接近新药审批阶段。美国联邦及各级政府对中小企业的支持，加上活跃的资本市场以及对先进技术的敏感程度，不仅为一大批相关企业提供了起始资金和后续资金，而且由于深厚的技术市场的存在，核酸干扰药物技术的产业化和市场化的进程在美欧可以说是突飞猛进。由于知识产权在新药开发上的重要作用和极强的时间性，中国在该领域如不采取相应措施尽快赶上，将又一次失去一个极为难得的新药自主创新的时机。
4 小干扰核酸药物系统导入技术
尽管一些疾病通过直接药物导入方法足以进行治疗，但系统给药包括靶向导入，已经成为核酸干扰药物能否健康发展的一道障碍。如何尽快解决系统给药这一产业瓶颈难题已成为小干扰核酸能否在临床广泛使用的关键所在。一个好的运载工具应当可以：①提高药效并降低毒性；②延长体内半衰期；③方便使用。第一个被证明具有临床应用潜能的非病毒系统给药方式是SNALP介导的小干扰核酸的肝脏导入（SNALP：稳定的核苷酸脂质颗粒，一种基于脂质体的技术[10-12]）。系统药物导入技术的前景已经导致了短期内大量相关研究的启动，公司重新将他们的技术聚焦于核酸干扰药物载体方面，此时也正是核酸干扰核心技术专利申请空间趋于饱和时期。通过与学术界领先团队合作发表高质量的科学文献和公布临床试验的良好结果，对于一个公司能脱颖而出，从而规避技术风险也是早期阶段核酸干扰药物价值公式的另一个重要部分，这对于整个平台十分重要。
5 从事核酸干扰药物开发生物技术公司的发展前景
对于生物技术公司而言，在缺乏药物销售收入的情况下，知识产权（IP）成为主要的资本。在此必须指出的是，核酸干扰药物领域在IP资本化和吸引早期资助方面已十分熟练。几亿美元的资金已经注入到核酸干扰药物公司，投资形式包括风险投资、首次公开募股（IPO） 处理、来自于授权和合作的前期和里程碑式付款，以及企业收购等等方式。其中引起广泛关注的是墨沙东公司以11亿美元收购小干扰核酸Therapeutic。
尽管DNA介导的核酸干扰（DNA-directed 核酸干扰，dd核酸干扰）已经在多个体内疾病模型中显示了其潜能，目前已有两个dd核酸干扰临床试验正在进行，分别治疗HIV和HBV，但是利用合成的小干扰核酸进行的核酸干扰治疗则吸引了更多的兴趣。主要原因是，在人们印象中dd核酸干扰被认为是"基因治疗"，而基因治疗是被多数投资者所规避的一个类别。因此，dd核酸干扰的最有力的支持者，是来自于澳大利亚的Benitec，因陷入了资金问题，不得不在进军美国仅仅两年之后匆忙退出。相反，由于小干扰核酸与传统药物具有相似性，投资者对小干扰核酸诱导的核酸干扰更有好感。
6 关于核酸干扰技术的知识产权
美国专利局在2 0 0 6年4月批准了小干扰核酸的一项专利申请，这项专利针对的是 I Kappa Bkinase-gamma基因，涵盖靶向这一基因的任何化学修饰性小干扰核酸。这是除了奠基性知识产权之外，美国专利局批准的首例针对特定靶基因的专利（Target-specific patents）。这在小干扰核酸研发领域引起广泛的反响和争议。许多看法认为美国专利局应当将其专利索求（Claims）限制在特定的小干扰核酸序列。这将会成为法律诉讼的焦点（表4）。
即使如此，大量的工作正在不断挑战奥乃兰利用合成小RNA分子进行核酸干扰药物治疗的领导者的地位，尤其是利用不同于经典和已被确切阐明的Tuschl 小干扰核酸（~19-21碱基对，并携带3个碱基的单链延伸）的设计。Tuschl 小干扰核酸设计已经被TuschlⅡ专利系列所覆盖，并且被奥乃兰公司独家享有。目前大量的工作都集中于大于21个碱基的平末端的dsRNA分子，有时会有一些古怪的修饰，以类似Atu核酸干扰和Stealth之类的的名字进入市场。尽管目前还不清楚这些修饰过的小干扰核酸与最初的Tuschl 小干扰核酸相比是否能够满足非显著性原则，但是许多公司都将他们的希望寄托于一个弱化了的Kreutzer-LimmerⅠ专利系列，该专利覆盖了用于在人类细胞中进行基因沉默的dsRNA，奥乃兰公司2003年通过获得ibopharma AG公司已经享有了该专利的独家使用权。
美国专利及商标局（U.S. Patent and TrademarkOffice）业已授权TuschlⅡ，而TuschlⅠ仍然正在等待美国专利及商标局和欧洲专利局（EuropeanPatent Office）的裁决。无论如何，这里值得强调的是核酸干扰也面临一个同样的产业难题：药物的导入技术。专利只是赋予一种禁止他人使用一种技术的权利，但并不自动地排除利用该专利的权利。
墨沙东、诺华、罗氏等大型制药公司的大量投资进一步加速核酸干扰药物的开发同时也促进整个技术的发展。
7 核酸干扰药物产业在中国
虽然在中国的一些高校、医院和研究单位，对核酸干扰技术的研究和应用在2003年就已经起步，但多是在基因药靶鉴定和技术改进等方面的实验室应用，还缺乏比较有影响的以核酸干扰药物研发为目标的企业建立。北京、上海、苏州和广州都已经有由留学生海归创办的以核酸干扰技术为主导的生物技术公司，但这些公司规模小，资金薄弱，并主要是提供技术服务和试剂生产。虽然近年来，由于国际交流上的优势和大量海归人员的创业势头强劲，但由于政府资金投入力度的限制以及对核酸干扰技术在新药开发领域缺乏认知，在这一领域的投入甚少。同时，由于缺乏创业基金的投入和缺乏由大型药业公司领头的技术市场，相应的初创的核酸干扰技术公司资源短缺，没能充分发挥在国内自主创新的能力。然而，在国际交流的推动下和海归科技人员的努力下，中国在核酸干扰技术应用领域的研究已经有了起步。2 0 0 5年，我们与广州医学院呼吸病研究所的钟南山院士，中山大学李宝健教授合作，应用核酸干扰药物治疗SARS病毒感染的成果发表在国际权威专业杂志《自然医学》(NatureMedicine)上[13]，标志着中国在该领域产业化的起步。此后，又有一批应用核酸干扰技术的研究成果发表在国际一流学术杂志上。中国在核酸干扰技术基础研究方面已经逐步在国际同行中引起注意。
2008年4月的《首届中国小核酸干扰技术与应用学术会议》在江苏昆山市的成功举行进一步展示了中国在小核酸干扰技术与应用中的现状。一些在核酸干扰技术与应用方面走在前面的由海归科技人员创立的企业在会上报告了其近况，展现出可喜的突破。
8 结语：加速中国核酸干扰药物产业建立和发展的几点建议
从国际和中国在核酸干扰药物产业的动态来看，核酸干扰药物产业化在美欧已经是热潮滚滚，而在中国则刚刚有了零的突破。为了尽快缩小这一距离，充分发挥中国在体制和资源上的优势，并通过加强自主创新在该技术和产业化领域中的能力，牢牢把握核酸干扰药物产业化的时机，由此而闯出一条中国在新药开发领域自主创新的途径，我们提出以下建议：
（1）从总体上认识到推动核酸干扰药物产业化在新药开发中的重要性。
（2）认清核酸干扰产业化在中国现存的优势。
（3）通过政、产、学的互补优势，在全国建立若干个核酸干扰研发和产业化基地。
（4）在973项目、863项目和火炬计划等项科研基金和产业化基金中加大在核酸干扰技术和药物产业化的投入。
（5）利用中国过去几年在基因组、蛋白组方面建立的基础，在核酸干扰药物研制和开发领域加强自主创新。
（6）通过产业链的建立促进核酸干扰药物的产业化。
（7）加强针对中国特有疾病治疗的核酸干扰药物产业化。
（8）加强与国际学术和产业化环境的接轨。
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