小核酸藥物技術發(fā)展趨勢及主要企業(yè)情況分析(1)--研發(fā)現狀課件

1、內容目錄1、 小核酸藥物概述引領生物醫(yī)藥變革5向陽花木易為春，小核酸藥物優(yōu)勢顯著5小核酸藥物的發(fā)展現狀72、 小核酸藥物的作用機理與研發(fā)趨勢9ASO 與 siRNA 藥物作用機理9ASO 與 siRNA 的管線研發(fā)現狀 10小核酸藥物化學修飾發(fā)展趨勢 12小核酸藥物遞送系統發(fā)展概況 14陽離子脂質體(LNP)遞送系統 15GalNAc 技術 153、 反義寡核苷酸（ASO）已上市及潛力藥物分析 16Fomivirsen開創(chuàng) ASO 藥物之先河 16Mipomersen降脂領域第一款 ASO 藥物 18Eteplisen爭議中前行的 ASO 藥物 20Nusinersen第一款重磅炸彈 22In

2、otersen商業(yè)化上落于下風 24Volanesoren靜待繼續(xù)開花結果 27Golodirsen 與 Viltolarsen后續(xù)值得關注 29ASO 成功的關鍵因素 304、 siRNA 藥物每一部分都匠心獨具 31Patisiran-基于脂質體 LNP,實現 siRNA 藥物零的突破 31核酸的化學修飾 31脂質體 LNP 遞送系統 33臨床療效 35專利情況 36Patisiran 商業(yè)化成功 37GivosiranGalNAc 大放光彩 37GalNAc 遞送系統 38臨床療效 39專利情況 40Inclisiran進軍慢病領域 41Inclisiran 作用機理 41Inclisi

3、ran 臨床療效 42Inclisiran 意義重大 43siRNA 發(fā)展總結 435、 他山之石國外小核酸領域頭部企業(yè) 43Alnylam行業(yè)堅守者 43Ionis小核酸行業(yè)的先驅 46Sarepta深耕 DMD 領域 47Arrowhead-專注主動靶向遞送 49White Oak Group腫瘤領域的新型脂質體遞送系統 506、 投資建議 51蘇州瑞博 51海昶生物 52圣諾制藥 53中美瑞康 5411、 小核酸藥物概述引領生物醫(yī)藥變革1.1 向陽花木易為春，小核酸藥物優(yōu)勢顯著講到堪稱生物醫(yī)藥第三次革命的核酸藥物就不得不提到中心法則。中心法則是指 遺傳信息從 DNA 傳遞給 RNA，再從

4、 RNA 傳遞給蛋白質的轉錄和翻譯的過程，以及 遺傳信息從 DNA 傳遞給 DNA 的復制過程。這是所有有細胞結構的生物所遵循的法 則。核酸藥物就是有別于傳統藥物，直接作用在 DNA 或者 RNA 層面的藥物，本報 告重點分析在核酸藥物中堿基較少（往往小于 30nt）的小核酸藥物。圖 1：自然界的中心法則基于RNA 和 DNA 的核酸藥物較之傳統藥物更有優(yōu)勢。目前，小分子和蛋白質是生 物制藥主流的兩大類藥物。小分子藥物通過競爭性結合抑制靶蛋白，而基于蛋白 質的藥物（例如抗體）可以與多個靶標高度特異性結合。相較于抗體藥物，小核 酸藥物可選擇靶點更為豐富，特別是針對一些蛋白藥物難以成藥的一些基因，

5、而 且短序列的一些核酸藥物通常是可以進行化學合成，制備相對簡單一些，更容易 保證合成可得性和批次間穩(wěn)定性。表 1：核酸藥物與傳統藥物比較小分子藥物抗體藥物核酸藥物分子量小100000Da中7000-14000Da作用位 點胞內,胞外,膜上胞外,膜上胞內2靶點數 量較多相對較少較多在傳統藥物不可成藥靶點 有巨大應用潛力型作用類靜電力吸附蛋白相互作用堿基互補配對特異性弱強強半衰期較短,以小時計中等,以周計較長,以月計較大較小先導分結構選擇相靶蛋白特異性較小子研發(fā)對盲目抗原表位測序得到病變基因,難度高通量篩選+噬菌體展示+據此合成治療基因計算輔助優(yōu)高通量測活平程序設計化臺給藥方首選靜脈或皮下注靜脈注

6、射,皮下注射,鞘內 式首選口服射注射,玻璃體內給藥口服仍在突破中作為核酸藥物中的代表，小核酸藥物展現了極大的潛力，包含反義寡核苷酸（ASO）、 小發(fā)卡 RNA（shRNA）、小干擾 RNA（siRNA）。小核酸藥物從基因水平開始治療， 相比蛋白藥物有明顯的優(yōu)勢。傳統小分子化合物的發(fā)現過程中，先導化合物的發(fā) 現存在比較大的偶然性，而小核酸藥物的最大優(yōu)勢是，只需要針對小核酸藥物的 基因開發(fā)合適的序列，就可以開發(fā)成為新的藥物，該途徑避免了研發(fā)過程中的盲 目性。確定了小核酸藥物的靶標序列后，其流程較快，且耗時明顯更短，而且小 核酸藥物的生物特異性也是非常高的。多年來，小核酸的化學修飾與遞送系統改 進不

7、僅增強了特異性和功效，而且減少了副作用。近年來，小核酸藥物因其獨特 的優(yōu)勢已成為治療各種疾病的有前途的工具。表 2：小核酸藥物的優(yōu)勢優(yōu)勢說明特異性強人類基因組中有 3109 個堿基對。因此，從統計學上講，任何17 個堿基或更多的 DNA 序列都只會出現一次或根本不出現（417 大于 1010）。以反義寡核苷酸（ASO）為例，如果用反義寡核苷 酸靶向病毒蛋白的 mRNA 區(qū)域，則寡核苷酸應對病毒 mRNA 具有 極強的特異性。設 計 簡 小核酸藥物臨床前研發(fā)首先通過測定基因序列，針對疾病基因進 便、研發(fā) 行合理設計，使基因靶向沉默，所以能避免盲目開發(fā)，極大節(jié)省 周期短 研發(fā)時間。靶點豐富小核酸藥

8、物從轉錄后水平進行治療，能針對一些蛋白靶點難有療 效的特殊靶點進行突破，有望攻克尚無藥物的遺傳疾病。轉化基礎 深厚RNA 干擾技術發(fā)展至今已經成熟，從實驗室到臨床轉化相對容易。31.2小核酸藥物的發(fā)展現狀小核酸藥物目前主要分為反義寡核酸藥物（ASO）、RNA 干擾藥物（siRNA，miRNA）， 由于miRNA 目前尚無獲批藥物，故本報告將集中于 ASO 與 siRNA 這兩類小核酸藥 物的分析。從獲批情況上來看，自小核酸類第一個藥物 Vitravene 上市以來，小核 酸行業(yè)已經歷了 20 年的時間，迄今為止一共有 10 個 RNA 的藥物上市，而且由于 行業(yè)技術以及監(jiān)管的逐步成熟，近年來小

9、核酸類藥物的審批有了明顯的加速。2015 年以前小核酸領域僅有 2 款藥物上市，在 2018 年至今，已經先后有 6 款藥 物上市。1998表 3：1998年-至今已上市的ASO與siRNA 藥物FomivirsenIonis/NovartisFDA 批準上市的第一個反義寡核苷酸類藥物，是 CMV 視網 膜炎的二線治療藥物硫代磷酸寡核苷酸藥物，用于2013Kynamro賽諾菲治療純合子型家族性高膽固醇 血癥（HOFH）罕見病磷酰二胺嗎琳代寡核苷酸，用2016Exondys51Sarepta Therapeutics于治療杜氏肌營養(yǎng)不良癥（DMD）罕見病用于治療肝靜脈閉塞癥伴隨造2016Defi

10、telioGentium血干細胞抑制后腎或肺功能障礙用于治療脊髓型肌萎縮癥2018Spinraza百健/Ionis（SMA）（反義寡核苷酸）罕見病2018TegsediIonis唯一靶向RNA 的haTTA 治療藥物（反義寡核苷酸）罕見病2018Onpattro(Patisiran)首款（siRNA）藥物，用于治療Alnylam/Genzyme由 hATTR（遺傳性轉甲狀腺素 蛋白淀粉樣變性）引起的多發(fā)性神經疾病2019Waylivra(EMA,有條件批準)首個用于治療家族性乳糜微粒Ionis/Akcea/Therapeutics血癥綜合征（FCS）（反義寡核苷酸）罕見病2019Vyondys

11、 53FDA 批準的第二種針對DMD 的Sarepta TherapeuticsRNA 外顯子跳躍療法（反義寡核苷酸）2019Givlaari全球第二款（siRNA）藥物，用Alnylam于治療成人急性肝卟啉癥（AHP）罕見病目前，從治療領域來看，小核酸藥物研發(fā)的重點治療領域包括杜氏肌營養(yǎng)不良、4腫瘤、囊性纖維化等各類疾病。由于小核酸藥物兼具基因修飾和傳統藥物的雙重 特點，故未來將在多個領域大展身手，預計在基因遺傳性疾病和病毒感染性疾病 領域中將有不俗表現。圖 2：小核酸藥物主要適應癥目前小核酸藥物已有多款藥物獲批，并且在商業(yè)上取得了一定的成功。成功的代 表藥物是 ASO 藥物 Nusiner

12、sen，用于治療脊髓性肌萎縮癥(SMA，截至 2019 年 底，其累計銷售額為 47 億美元；另外，目前批準的兩種 siRNA 藥物 Patisiran 和 Givosiran 也都取得了極好的銷售額，Patisiran 在 2019 年上市的第一年銷 售額已超過 1.5 億美元。圖 3：ASO 藥物銷售額（單位：百萬美金）圖 4：以 Patisiran 為例的 siRNA 藥物銷售情況52、 小核酸藥物的作用機理與研發(fā)趨勢2.1 ASO 與 siRNA 藥物作用機理反義寡核苷酸（ASO）分子量較?。?830 個核苷酸），是合成的單鏈核酸聚合物，可用于通過多種機制調節(jié)基因表達。ASO 調控基因

13、表達的途徑有三種：第一 種是，ASO 與 mRNA 結合后，形成空間位阻，使 mRNA 不能再進入核糖體進行蛋 白質翻譯，使得這種 mRNA 所攜帶的基因信息表達下調。第二種是 ASO 通過堿基 互補配對，與靶標 mRNA 結合后，招募 RNA 酶 H 將 mRNA 降解，同樣使得基因表 達下調。第三種途徑比較特殊，主要是針對 pre-mRNA 在形成 mRNA 的過程中，ASO 結合于 Pre-mRNA 的某個外顯子區(qū)域，使得這段外顯子被剪切掉，在最后生 成的mRNA 中不包含這段外顯子，而剩下的部分仍能生成一種能夠發(fā)揮原本功能 的蛋白。圖 5：ASO 空間位阻作用圖 6：ASO 作用于 m

14、RNA 或 pre-mRNAsiRNA 是在體內由雙鏈 RNA（dsRNA）在 Dicer 酶的剪切作用下形成的具有約 21 個堿基長度的小 RNA 分子。其發(fā)揮作用的主要過程是具有一定結構的 siRNA 在Dicer 的幫助下（可以經過或不經過 Dicer 酶的剪切）與 AGO2 等結合，構成 siRNA 誘導沉默復合體（siRNA-induced silencing complex，siRISC），siRISC 中的siRNA 經 AGO2 作用分解成兩條單鏈，正義鏈被釋放出去，反義鏈則留在 siRISC中。僅含反義鏈的 siRISC 被激活，在反義鏈的引導下通過堿基互補配對原則與 靶基因

15、結合，進而誘導靶基因的沉默。沉默發(fā)生后，靶基因被釋放，使得 siRISC 能與另一個靶基因結合，開始誘導新一輪的基因沉默。6圖 7：siRNA 作用機制2.2ASO 與 siRNA 的管線研發(fā)現狀對于ASO 藥物，目前 ASO 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，由于行業(yè)進入門檻較高， 全球實驗室階段后的項目不足 300 個，其治療領域主要集中于腫瘤、神經與肌肉 疾病。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Ionis、Sarepta、WAVElife 等公司均有較 長時間的積淀，行業(yè)集中度相對較高。這主要是因為 ASO 藥物體積相對較小、親 水性較低，有一定的通過胞飲直接進入細胞的能力，行業(yè)早期大多采用對 AS

16、O 直 接化學修飾（降低遞送效率以換取更簡單的成藥性）的方式進行藥物改造，因而 更容易使得早期進入行業(yè)的企業(yè)形成專利。但是，近年來隨著新型遞送系統的出 現以及單純化學修飾的ASO 遞送效率仍難以讓人滿意，一批以遞送技術為切入點 的生物醫(yī)藥企業(yè)正在進入 ASO 領域。圖 8：ASO 藥物研發(fā)現狀圖 9：ASO 藥物適應癥情況7圖 10：ASO 藥物主要在研企業(yè)對于siRNA 藥物，與 ASO 類似，目前siRNA 藥物全球研發(fā)尚處行業(yè)發(fā)展期，全球 實驗室階段后的項目大約 300 個，整體發(fā)展態(tài)勢良好，其治療領域主要集中于腫 瘤、神經與眼科。就行業(yè)集中度而言，頭部公司 Alnylam、Dicern

17、a、Arrowhead 等公司均有較長時間的積淀，行業(yè)集中度相對較高。由于 siRNA 分子量相較于ASO 更大，且電荷性更強，siRNA 更難依靠自身進入細胞，所以 siRNA 藥物對于 載體的要求更高，這也是為何 siRNA 藥物獲批相較于 ASO 藥物更晚的一大原因。 目前，siRNA 領域頭部的企業(yè)都基于自身的技術特點，有自己或者授權引進了遞 送平臺，遞送技術是生物醫(yī)藥企業(yè)進入 siRNA 領域的一大切入點。圖 11：siRNA 藥物研發(fā)現狀圖 12：siRNA 藥物治療領域8圖 13：siRNA 藥物主要在研企業(yè)2.3 小核酸藥物化學修飾發(fā)展趨勢天然存在的小核酸具有較差的穩(wěn)定性和非常

18、低的特異性，并且在體內具有許多副 作用?；瘜W修飾是增強小核苷酸藥物遞送的有效方法之一。磷酸骨架，核糖部分 和堿基本身的修飾已被廣泛采用，以改善寡核苷酸藥物的類藥物性質，從而增強 遞送。具體而言，利用修飾來改善寡核苷酸的藥代動力學，藥效學和生物分布。對于某 些治療方式的功能性，還需要特定的修飾方式。例如，2-OMe 和硫代磷酸酯（PS） 修飾的組合促進了與膽固醇結合的 siRNA 的全身給藥，并在體內實現了有效的基 因沉默，例如 2-OMe 和 2-F 的組合已用于 ONPATTRO；采用硫代磷酸酯（PS）， 2-OMe，2-F 和 2-deoxy 修飾的 inclisiran（ALN-PCSs

19、c）亦被用于治療高膽 固醇血癥。目前，Alnylam，Arrowhead，Silence，Dicerna 等頭部企業(yè)在自身ASO 與siRNA 管線成藥性設計時都采用了多種化學修飾并用的方法以增加其藥物 的成藥性，并且隨著對于核酸序列以及化學修飾認知的加深，對于核酸的化學修 飾也經歷了從最早的不修飾到部分修飾，再到現在的全修飾。目前，對于核酸的化學修飾經過了數十年的發(fā)展，已經發(fā)展出了 3 代技術。最常 用的化學修飾是第一代的硫代磷酸酯和第二代的甲基膦酸酯。膦酸甲酯不帶電， 因此比天然 DNA 或 RNA 更具親脂性，并且可以更好地穿透細胞。但是，甲基膦 酸酯的溶解度一直是個問題，常與膜結合，僅

20、有較少修飾后小核酸能進入細胞質 內。因此，后續(xù)又產生了第三代 PNA、LNA 等技術。但這些技術或多或少仍有潛 在的肝毒性以及效率低下等問題，工業(yè)界與學界也意識到，化學修飾對于小核酸 藥物遞送十分重要，但如靶向性等大量問題單純依靠化學修飾還是難以解決，最 終還是需要依靠遞送系統。9圖 14：小核酸藥物化學修飾發(fā)展趨勢圖 15：小核酸化學修飾的三代技術10表 4：三代小核酸化學修飾主要優(yōu)缺點代序主要化學修飾潛在問題硫代磷酸酯（PS）寡脫氧核苷酸是第一第一代化學修 飾代 DNA 類似物的主要代表，它們是最著名和使用最廣泛的小核酸化學修飾。在 這類小核苷酸中，磷二酯鍵中的一個非 橋接氧原子被硫取代。

21、將硫代磷酸酯鍵引入小核苷酸的主要目 的是增強其核酸酶抗性。 PS DNA 在體 外人血清中的半衰期約為 9-10 小時，而 未修飾的寡脫氧核苷酸則為 1 小時。除 核酸酶抗性外，PS DNA 還形成常規(guī)的 Watson-Crick 堿基對，激活 RNase H，攜 帶負電荷用于細胞遞送并顯示出良好的PS 寡聚脫氧核苷酸 的主要缺點是它們 與某些蛋白的結合， 特別是與聚陰離子 相互作用的蛋白，例 如肝素結合蛋白。 這種非特異性相互 作用的原因尚不完 全清楚，但可能引起 細胞毒性。藥代動力學特性。第二代化學修 飾第二代小核苷酸解決了部分與硫代磷酸 酯寡聚脫氧核苷酸相關的問題，該寡核 苷酸包含在核糖

22、的 2位置具有烷基修飾 的核苷酸。 2-Omethyl 和 2-O-甲氧基-乙 基 RNA 是此類中最重要的成員。 由這 些結構單元制成的 ASON 的毒性小于硫 代磷酸酯 DNA 和對它們的互補RNA 具有稍微增強的親和 力。導靶RNA 的RNase H 裂解的效率低下是 與第二代小核苷酸 化學修飾的主要問 題隨著構象限制的概念已被廣泛用于增強 結合親和力和生物穩(wěn)定性，第三代小核 酸化學修飾被開發(fā)出來用于改善如靶標 親和力、核酸酶抗性和藥代動力學等性 質。主要包括肽核酸（PNAs），N3P5第三代化學修氨基磷酸酯（NPs），2-脫氧-2-氟-d- 飾阿拉伯糖核酸（ FANA）， 和鎖核酸（L

23、NA）。最常用的變異是鎖核酸（LNA），2，4約束的 2-O-乙基（約束乙基）BNA（cEt），在較小程度上是 2-O，4-C BNA增強了核酸酶的穩(wěn)定性和寡核苷酸對靶RNA 的親和力潛在的肝毒性、遞送 效率低下2.4 小核酸藥物遞送系統發(fā)展概況小核酸藥物要想發(fā)揮效果，需要先克服諸如核酸酶降解、較短的半衰期、血液循 環(huán)中的免疫識別、靶組織中的積累、跨膜轉運以及從內體和溶酶體逃逸等一系列 挑戰(zhàn)。雖然通過結合化學修飾，可大大降低了核酸酶穩(wěn)定性和避免免疫識別，但 是，其他問題仍有待解決，而載藥系統可以極大程度地解決化學修飾所不能解決 的問題，提升小核酸藥物治療的有效性和安全性，因此載體系統可謂是小核

24、酸給11藥的重中之重。目前針對 RNAi 給藥，好的遞送系統是解決挑戰(zhàn)的重中之重，目前領先公司Alnylam 獲批的藥物一款采用脂質體 LNP、一款采用 Galnac 遞送系統。2.4.1 陽離子脂質體(LNP)遞送系統陽離子脂質體是一種自身帶有正電荷的脂質囊泡，主要由陽離子脂質和中性輔助 脂組成。陽離子脂質為整個脂質體提供正電荷，主要包括單電荷的陽離子脂質， 如 DOTAP、DOTMA、DDAB、DC-Chol、DLinDMA 或 DLinDMA 等；以及多電荷的陽離 子脂質，如 DOGS、DOSPA 等，可離子化的陽離子脂質如 DLinDMA 或 DLinDMA 的 衍生物、DSPC、膽固

25、醇(cholesterol)及 PEG 脂質。陽離子脂質利用靜電相互作 用，與帶有負電荷的基因治療藥物相互作用，有效壓縮基因治療藥物由伸展結構 成為體積較小的粒子，形成負載基因治療藥物的陽離子脂質體轉染復合物。陽離子脂質體可以有效提高基因治療藥物的治療效果。陽離子脂質體轉染復合物 表面帶有正電荷，可離子化的陽離子脂質在低 pH 條件下（叔胺基團質子化）帶 有正電荷（在生理 pH 條件下，該陽離子脂質顯示電中性或低的正電荷），通過 靜電相互作用吸附到帶有負電荷的細胞表面，利用細胞內吞作用，形成內涵體進 入細胞在內涵體中，陽離子脂質與內涵體中帶有負電荷的膜脂質發(fā)生靜電相互 作用，帶有負電荷的膜脂質由內涵體的腔外翻轉到腔內，與正電荷脂質形成中性 離子對，基因治療藥物脫離陽離子脂質體后進入細胞內，進行轉錄、翻譯、表達 相應蛋白質。圖 16：脂質體 LNP 遞送系統示意圖2.4.2GalNAc 技術盡管基于脂質體 LNP 的 RNAi 藥物 patisiran 進入了