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罕见遗传性疾病的救星——寡核苷酸药物

发布:SCIEX
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新冠疫情促使mRNA技术快速发展的同时也使人们开始高度关注核酸药物这一领域。核酸药物包括反义核酸(ASO)、小干扰RNA(siRNA)、微小RNA(miRNA)、小激活RNA(saRNA)、信使RNA(mRNA)、适配体(aptamer)、核酶(ribozyme)、抗体核酸偶联药物(ARC)等,是基因治 疗的一种形式。除mRNA药物外,其他几种核酸药物,基本上都是由100个以内的核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸单链或双链组成,所以也称为寡核苷酸药物。与mRNA药物编码产生目的蛋白不同的是,寡核苷酸药物主要是通过碱基互补配对原则与DNA、mRNA或者pre-mRNA配对,通过基因沉默、非编码RNA抑 制、基因激活等一系列机制来调节基因表达。


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已上市寡核苷酸药物化学结构

(Nature reviews drug discovery)

寡核苷酸药物对比于小分子药物及蛋白药物,具有多方面的优势,首先可根据目标靶点设计碱基序列,靶点明确、特异性强;其次寡核苷酸药物从转录后水平进行治 疗,可选择的靶点丰富,特别是能覆盖蛋白质不可成药的靶点以及开发由基因缺陷导致的遗传性疾病的相关靶点;另外寡核苷酸药物由于序列短,可采用化学合成方法,完成目标序列的装配,并结合生物学测试筛选有效序列,能够避免盲目开发,节省研发时间。


但是寡核苷酸药物在研发中也面临着诸多挑战。寡核苷酸在细胞外稳定性低,易被核酸酶降解,加上分子量及负电荷的因素,难以进入细胞,因此在研发过程中,使其保持稳定的结构以及能够有效递送的传递载体是主要考虑的两个因素。寡核 苷酸核酸分子的改造主要包括磷酸骨架,碱基以及糖环的修饰,在改造中需要考虑多个因素,包括稳定性、药代动力学、碱基配对的亲和力等,最重要的是能够保留被功能酶及功能蛋白所识别的功能。因此,在前期研发过程中,需要对寡核苷酸进行精确的结构表征及定量。


丹纳赫生命科学旗下SCIEX 的高分辨质谱ZenoTOF™ 7600系统具有一系列对寡核苷酸进行分析的方案,可进行寡核苷酸的分子量分析并进行杂质检测,可对寡核苷酸进行碱基序列鉴定。由于Zeno TOF 7600具有EAD和CID两种互补的碰撞模式,不但能产生丰富的离子碎片信息,还会保留完整的核酸低丰度修饰信息。


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寡核苷酸分子量及碱基序列的检测


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高分辨质谱ZenoTOF™ 7600系统


另外,高分辨质谱ZenoTOF™ 7600系统还能实现对寡核苷酸的定量分析,线性范围可达 5 ng/mL – 10000 ng/mL,可以完成寡核苷酸药物在研发阶段的药代及多种代谢产物同时鉴定及定量分析。在研发阶段,对于采用同一种仪器进行鉴定及定量,可避免定量方法转移时造成的方法优化时间浪费,可帮助用户加快研发进度。


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艾杰尔-飞诺美寡核苷酸定量分析前处理试剂盒


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高分辨质谱对寡核苷酸进行定量分析


在寡核苷酸药物种类中,反义寡核苷酸由于是单链,分子量小,递送较其他寡核苷酸容易,且反义寡核苷酸功能多样,可上调或下调基因表达,成为研发罕见遗传性疾病药物中最关注的种类。为了帮助研究人员开发这类针对罕见遗传性疾病患者的ASO疗法,FDA还发布了指导这类ASO疗法非临床检测的指南。在已上市的寡核苷酸药物中,大部分都是用于治 疗罕见遗传性疾病的反义寡核苷酸药物,特别是杜氏型肌营养不良,已经上市了针对不同基因位点的四款产品。


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药品名

治 疗疾病

药物种类

上市时间

Fomivirsen

巨细胞病毒视网膜炎

反义寡核苷酸

1998.8

(已退市)

Pegaptanib

年龄相关性黄斑变性

核酸适配子

2004.12

Mipomersen

纯合性家族性高胆固醇血症(hoFH)

反义寡核苷酸

2013.1

(已退市)

Defibrotide

肝静脉闭塞

反义寡核苷酸

2016.3

Eteplirsen

杜氏型肌营养不良(DMD基因外显子51)

反义寡核苷酸

2016.9

Nusinersen

脊髓性肌萎缩症 (SMN2基因外显子7)

反义寡核苷酸

2016.12

Patisiran

遗传性甲状旁腺素淀粉样变性

小干扰RNA

2018.8

Inotersen

遗传性甲状旁腺素淀粉样变性

反义寡核苷酸

2018.10

Waylivra

家族性乳糜微粒血症综合征

反义寡核苷酸

2019.5

Givosiran

急性肝卟啉症

小干扰RNA

2019.11

Golodirsen

杜氏型肌营养不良(DMD基因外显子53)

反义寡核苷酸

2019.12

Viltolarsen

杜氏型肌营养不良(DMD基因外显子53)

反义寡核苷酸

2020

Lumasiran

原发性高草酸尿症I型

小干扰RNA

2020

Inclisiran

成人高胆固醇血症及混合性血脂异常

小干扰RNA

2020

Casimersen

杜氏型肌营养不良(DMD基因外显子45)

反义寡核苷酸

2021.2.25

已上市的寡核苷酸药物(根据网上资料整理)


由此可见,对罕见病的诊断也非常重要,很多罕见遗传病是由几十甚至上百种突变引起的,而且不同区域的患者可能存在不同的基因变异位点,NGS是现在进行高通量基因检测的重要手段。丹纳赫生命科学旗下Integrated DNA Technologies(IDT)公司(中文名称:埃德特)是全 球领先的NGS试剂供应商,其外显子捕获产品Exome Research Panel V2特别适合进行遗传性疾病的全外显子组测序,助力遗传性疾病的诊断。V2由 415,115 条单独合成且经过质控检验的 xGen Lockdown 探针组成。探针组跨越人基因组的 34 Mb 目标区域(19,433 个基因),并且覆盖 39 Mb 的探针空间(即由探针覆盖的基因组区域)。探针是使用全新的“捕获感知”(capture-aware) 算法进行设计的,并进行了专有的脱靶分析,确保实现完整的设计覆盖度。探针组中的所有探针均严格按照 ISO 13485 标准进行生产。每条探针均经过质谱法和双定量测量检验,确保探针的质量及在探针库中具有适当的代表性。

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IDT Exome Research Panel试剂盒

2021-11-23
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