對(duì)于新藥研發(fā)領(lǐng)域而言，靶向致病蛋白是諸多研發(fā)者的第一選擇。而隨著我們對(duì)生物學(xué)了解的不斷加深，RNA作為一大潛在的成藥靶點(diǎn)，逐漸吸引了業(yè)界的注意。去年，《Nature Reviews | Drug Discovery》在線發(fā)表了一篇綜述，指出RNA靶向療法已做好了爆炸式增長(zhǎng)的準(zhǔn)備。而在近日，這本知名期刊上又刊登了另一篇綜述，為我們介紹了研發(fā)RNA靶向新藥的幾大原則。在今天的這篇文章中，藥明康德微信團(tuán)隊(duì)也將為讀者分享和整理這篇綜述的主要內(nèi)容。

為什么要研發(fā)RNA靶向藥物？

對(duì)小分子療法來說，它們絕大部分靶向的對(duì)象都是蛋白質(zhì)。誠(chéng)然，這一策略在過去的幾十年來為我們帶來了大量好藥新藥，但新藥研發(fā)人員對(duì)此卻并不滿足。這有著幾大原因：首先，不少蛋白質(zhì)無“可成藥性”，這意味著很難對(duì)其開發(fā)具有抑制性的小分子；其次，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(diǎn)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：《Nature Reviews | Drug Discovery》）

RNA就是這樣一種潛在的靶點(diǎn)。在正常細(xì)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(dá)。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(duì)蛋白質(zhì)的翻譯效率進(jìn)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(gè)數(shù)量級(jí)；而近期一些概念驗(yàn)證性試驗(yàn)的成功，也讓我們看到了希望。

RNA靶向藥物的研發(fā)現(xiàn)狀

從2012年之前的歷史數(shù)據(jù)上看，靶向RNA的配體大多為堿性，在正常生理環(huán)境下帶有正電荷。此外，它們的分子結(jié)構(gòu)較平，能與RNA的堿基進(jìn)行良好的結(jié)合。這些分子盡管對(duì)RNA有很高的親和力，但特異性較差。因此，這些分子的藥理學(xué)特性不佳，很難成藥。

但如今，我們?cè)趯ふ襌NA靶向配體的領(lǐng)域取得了快速進(jìn)展，許多課題組也正在尋找全新的靶向RNA的藥物。簡(jiǎn)單來說，這些藥物根據(jù)靶向的RNA結(jié)構(gòu)，可以被分為三大類，它們分別靶向：

RNA的多個(gè)密集螺旋（multiple closely packed helices）

不規(guī)則的次級(jí)結(jié)構(gòu)（irregular and usually bulge-containing secondary structures）

或是三聯(lián)體重復(fù)（triplet repeats）

▲第一類藥物中已彰顯出潛力的四款分子（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）

在這三類靶向RNA的藥物中，第一類藥物被認(rèn)為是當(dāng)下RNA靶向藥物開發(fā)的進(jìn)展前沿。這篇綜述中，作者們強(qiáng)調(diào)了四種分子——linezolid、ribocil、branaplam、以及SMA-C5。綜述指出，這些分子“靶向了復(fù)雜的RNA結(jié)構(gòu)模塊，且每一個(gè)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(rèn)具有RNA結(jié)合的屬性。因此，盡管它們開了一個(gè)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。

有趣的是，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(jì)、基于片段的篩選方法、以及計(jì)算機(jī)模型。這帶來了大量不同的潛在RNA靶向分子，讓我們對(duì)靶向RNA的原則與方針有了更深的認(rèn)識(shí)。

如何靶向RNA？

由于RNA與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的顯著不同，研究人員們首先想到的問題在于RNA是否具有“可成藥性”。這個(gè)擔(dān)憂合情合理。與蛋白不同，RNA主要由四類核苷酸元件組成，帶有大量電荷，也比蛋白質(zhì)更為親水。但本綜述的作者們也指出，RNA畢竟還是有折疊后的三維結(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(shí)別。

▲小分子藥物也可識(shí)別RNA結(jié)構(gòu)（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）

過去“意外發(fā)現(xiàn)”的小分子RNA靶向藥物支持了這一觀點(diǎn)。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(xì)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(diǎn)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(duì)RNA結(jié)構(gòu)的了解。該綜述的作者們指出，良好的RNA靶點(diǎn)，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(gè)分子都靶向復(fù)雜的RNA結(jié)構(gòu)。而倘若靶向簡(jiǎn)單的RNA結(jié)構(gòu)（如RNA螺旋），可能會(huì)影響到靶向分子的親和力與特異性。不幸的是，目前我們?cè)赗NA結(jié)構(gòu)上取得的進(jìn)展還比較有限，這或許是影響到RNA靶向療法研發(fā)效率的瓶頸之一。

八大指導(dǎo)方針

在這篇綜述的最后，作者們謹(jǐn)慎地指出，盡管我們?cè)赗NA靶向藥物的研發(fā)上取得了一些可喜的進(jìn)展，但站在一個(gè)全局的角度看，我們依舊不知道如何大規(guī)模、可重復(fù)地篩選靶向RNA的小分子。為了指導(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(dú)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(jǐn)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(yàn)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(xì)胞中高度富集，靶向它們的分子可能有特殊的性質(zhì)。

對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解讀要尤其謹(jǐn)慎。這些化合物可能與RNA有很高的親和力，但可能會(huì)有嚴(yán)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(shì)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(jī)制的靶點(diǎn)，并針對(duì)它們尋找潛在的新藥。

▲好的RNA靶點(diǎn)應(yīng)有足夠的“信息量”（圖片來源：《Nature Reviews | Drug Discovery》）

隨著我們對(duì)RNA生物學(xué)的進(jìn)一步了解，我們期待有朝一日，RNA將不再是一個(gè)難以靶向的分子。如果后續(xù)研究表明RNA的可成藥性優(yōu)于蛋白，那有望為我們帶來全新的治療方案。我們希望盡快看到這一天的到來！

參考資料：

[1] Principles for targeting RNA with drug-like small molecules

[2] 深度長(zhǎng)文：靶向RNA，新領(lǐng)域已準(zhǔn)備迎接爆發(fā) – 藥明康德微信公眾號(hào)

原標(biāo)題：Nature深度綜述：小分子靶向RNA，這些原則你都知道嗎？