RNA在细胞内生物信息传递过程中处于核心位置，拥有诸多生物学功能，可在遗传编码、翻译、调控、基因表达等过程中发挥作用。RNA可根据结构和功能的不同分为信使RNA（mRNA）和非编码RNA（ncRNA），前者是依据DNA序列转录而成的蛋白质合成模板，后者主要包括核糖体RNA（rRNA）、转移RNA（tRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）、miRNA、siRNA、piRNA、saRNA、snRNA、snoRNA等，主要在基因表达调控方面起到重要作用。
不同RNA亚型及其功能数据来源：naturenaturenaturenatureRNA靶向药物基于寡核苷酸进行设计开发，是具有治疗或管理广泛疾病潜力的核酸聚合物。高度特异性的先导化合物通常可以根据目标基因的一级序列来合理设计，并通过快速筛选鉴定出候选先导化合物。相比之下，传统的小分子药物需要更大的、经常反复的筛选努力，然后是广泛的药物化学优化。此外，寡核苷酸的使用拓展了精确或个性化的药物研发范式，因为它们理论上可以设计成有选择地针对任何基因，最少的或至少可预测的脱靶效应。除了通过互补碱基配对识别特定目标序列的能力外，寡核苷酸还可以通过形成三维二级结构与蛋白质相互作用，这一特性也被用于治疗。例如，RNA适配子结构化核酸配体可以作为拮抗剂或受体激动剂对特定蛋白质进行调控，同样如gRNA分子包含发夹结构，在结合Cas9后直接为目标特定的基因组DNA位点进行基因编辑。
临床开发的RNA靶向药物主要包括反义寡核苷酸（ASOs）、小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（miRNA）、信使RNA（mRNA）、RNA适配体（Aptamer），短激活RNA（saRNA）、单引导RNA（sgRNA，用于CRISPR/Cas9系统）。尽管大多数的RNA靶向疗法专注于基因沉默，其他新药理机制如剪接调节和基因激活等RNA靶向药物也在开发中，扩大了可能的成药靶点范围。目前，反义寡核苷酸（ASOs）、小干扰RNA（siRNA）为临床中开发的RNA靶向药物的主要形式，具体对比如下表所示。
主要RNA靶向药物类型对比数据来源：FDA、EMA、nature然而，与许多小分子和蛋白质药物不同，天然RNA分子是带负电荷的，且对普遍存在的RNA酶非常敏感，会阻碍它们接近细胞内靶点。因此，RNA靶向药物开发的主要技术难点在于递送技术、稳定化学修饰、药学研究以及安全性控制等方面，技术的更新与迭代将有助于解决目前RNA靶向药物发展过程中存在的痛点即药物递送技术难题与脱靶效应控制，得以提高药物疗效与安全性、扩大治疗窗口。
经过近40年的发展进步，RNA靶向疗法的技术与临床转化经历了起伏和阶段性发展，目前正在快速成熟，步入了第二波产业浪潮快速发展期。在未来，RNA靶向药物研发将对其有效性与安全性有更大把握，更好地应对*副作用、减少副反应事件的发生频率，同时进一步提升药物的疗效。
RNA靶向疗法的技术与临床转化正快速成熟数据来源：Bloomberg近两年来RNA靶向药物呈现加速获批态势，siRNA开始登陆历史舞台。根据FDA、EMA披露，全球首款反义核酸药物于年获批上市，拉开RNA靶向药物上市的序幕；全球首款siRNA药物Patisiran于年获批上市，具有里程碑意义，近两年来已有四款siRNA药物陆续获批上市。截至目前，全球已有十四款RNA靶向药物获批上市，除Spinraza作为孤儿药在中国获批上市外，暂时尚无其他产品在国内获批上市。
全球在研的RNA靶向药物适应症涵盖范围广，包括肿瘤、罕见病（肌萎缩性脊髓侧索硬化、杜氏肌营养不良、脊髓性肌萎缩）、病*性疾病、肾脏疾病、心血管疾病（凝血功能不足、血脂异常等）、炎症类疾病（哮喘、关节炎、结肠炎）、代谢类疾病（糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎）等。目前，已获批上市的RNA靶向药物适应症大多集中于罕见遗传病，后续有望逐渐向肿瘤、代谢疾病等潜在适应人群基数大的治病领域拓展，伴随着技术的发展和生产工艺的成熟，RNA靶向药物市场在未来将有更加广阔的发展空间。
尽管技术的更新与迭代部分解决了目前RNA靶向药物发展过程中存在的痛点即药物递送技术与脱靶效应控制的问题，然而未来仍面临一些挑战。（1）内体逃脱仍面临瓶颈：递送技术的进步提升了RNA药物的靶向性和传递效率，然而进入细胞后仍面临内体逃脱的问题。根据PubMed披露，无论体外试验还是体内试验显示仅有不足1%的RNA药物能够释放到细胞质中。虽然细胞质中一小部分RNA药物的释放足以对靶向基因进行沉默，但解决内体逃脱瓶颈问题对于扩大药物治疗窗口具有重大意义；（2）组织靶向性较为单一：尽管LNP和GalNAc配体的应用在临床前和临床研究中提供了良好的肝脏递送效果，但肝脏以外的系统性递送仍需要进一步的研究、创新和发展；（3）潜在免疫原性带来的安全性问题：虽然临床上对标准核酸修饰化学制剂的免疫刺激特性已经有了较为深入的了解，但递送系统成分或配体结合物的潜在免疫原性可能对安全有效的寡核苷酸药物递送提出额外的挑战。考虑到大量的核酸化学、递送技术和治疗方式，在许多情况下不太可能进行直接的头对头比较，人工智能和计算机建模的应用可能是解决这些问题的一种方法；（4）药物价格昂贵：目前经批准的RNA靶向药物较为昂贵，例如Nusinersen第一年的费用为75万美元，随后几年的费用为37.5万美元。尽管寡核苷酸药物的化学合成和纯化可以自动化生产，然而化学修饰、递送系统等成本仍然较高，生产工艺的开发仍需进一步探索。
（一）反义寡核苷酸（ASO）：当前获批上市数量最多的RNA靶向药物
反义寡核苷酸（Antisenseoligonucleotides，ASOs）是一种短的单链寡核苷酸分子（约18~30nt），可以基于DNA、RNA或DNA与RNA的杂合单链，进入细胞后通过序列互补与靶标mRNA结合，在核糖核酸酶H1（RNaseH1）的作用下引起mRNA的降解，从而抑制蛋白的表达；或通过空间位阻效应调控基因的翻译，实现RNA前体的选择性剪接、调控蛋白的表达和功能，起到治疗疾病的作用。
ASO在细胞内发挥药理作用主要分为RNaseH1依赖型与空间位阻型两种机制。（1）内源性RNaseH1能够特异性的识别RNA-DNA异双链底物，当DNA为基础的寡核苷酸与同源mRNA转录本结合并催化RNA的降解或ASO结合位点的剪切导致靶RNA的破坏，从而沉默靶基因的表达。这种方法已被广泛用作下调致病或疾病修饰基因的手段。经典的RNaseH1依赖型ASOs通常遵循Gapmer模式，即中心区域基于DNA、侧翼区域基于经过化学修饰RNA的杂合单链寡核苷酸。值得注意的是，RNaseH1在细胞质和细胞核中都是活跃的，因此可以靶向细胞核内转录本，例如未成熟的pre-mRNA和长非编码RNA，这可能是其他技术难以获得的。（2）空间位阻机制的ASO可以掩盖目标转录本中的特定序列，从而干扰mRNA、miRNA、Pre-mRNA或RNA蛋白的相互作用，即可上调基因表达也可下调基因表达。具体机制如下：首先，空间位阻ASOs最广泛的应用是以选择性地排除或保留特定的外显子（分别为跳脱外显子和包含外显子）；其次，ASO也可以通过靶向并掩盖目标mRNA的AUG起始密码子，从而中断翻译起始；第三，一些转录本包含上游开放阅读框（uORFs），调节初级开放阅读框（pORF）的翻译活动。使用ASO靶向uORF会破坏这一调控，导致激活pORF翻译；最后，转录本的稳定性可以通过改变剪切和聚腺苷酸化信号的使用来调节，例如针对远端聚腺苷酸化信号的空间位阻ASO会优先使用较弱的近端聚腺苷酸化信号，由此产生较短、更稳定的转录本。
截至目前，全球已有9款ASO药物获得FDA、EMA等监管机构的批准上市。同时以Ionis为代表的ASO药物研发龙头企业已经搭建起成熟的药物开发平台，形成了丰富的研发管线且所开发的适应症范围也在不断拓展。目前，ASO药物开发的工作重点主要集中于稳定性化学修饰，以增强体外和体内除肝脏外的组织的效力和活性，进一步拓展治疗窗口。
全球部分ASO在研产品概览数据来源：Clinicaltrials、nature（二）小干扰RNA（siRNA）：靶向特异性强且效力高，未来前景广阔
小干扰RNA（siRNA）通常为含有19-23个碱基对的短双链RNA片段，可包裹在脂质纳米颗粒中或者与GalNAc等递送配体共价缀合，特异性靶向肝脏等组织细胞内发挥基因沉默的作用。siRNA药物主要通过RNAi（核酸干扰）机制发挥作用，即siRNA进入细胞后，细胞质内Ago2酶将siRNA的客链（正义链）裂解，引导链（反义链）被装载到RNA诱导的沉默复合体（RISC），通过序列互补特异性与靶标mRNA结合，引起靶基因mRNA降解，从而抑制蛋白的表达。此外，RISC和引导链可以被回收重复利用，因此一个siRNA分子可以驱动多个靶标mRNA分子的切割，从而产生持久高效的基因沉默。与ASO药物更有效地沉默细胞核内转录本不同，由于RISC普遍存在于细胞质中，siRNA则更擅长于沉默细胞质中的转录本。
事实上，双链siRNA可以看作为前药，siRNA的正义链起到药物输送装置的作用，与药物（反义链）非共价结合以保护反义链不被降解，并且在反义链产生药理作用之前必须被移除（可以在反义链上的核苷酸2’端添加核糖修饰或在5’端增加热力学不稳定碱基对的修饰提高正义链降解效率）。然而，尽管正义链在促进与Ago2负载复合物的相互作用方面很重要，但它并不是理想的药物传递载体，因为其阻碍了siRNA药物的体内分布和细胞摄取，且可能有药理作用。
RNA干扰现象于年被科学家发现，21世纪初曾风靡全球，但由于当时技术条件有限，基因测序技术不成熟、系统给药效果差、药物脱靶造成*副作用等原因，siRNA药物风光一时后迅速沉寂，直到近年来伴随技术进步才重新活跃在科学舞台。年8月10日，美国食品和药物管理局（FDA）批准了全球首个siRNA药物Patisiran，靶向肝脏细胞用于治疗遗传性转甲状腺蛋白淀粉样变性（hATTR）伴多发性神经病变，预示着siRNA药物的发展步入了新时代。截至目前，全球已有四款siRNA获得FDA、EMA等监管机构的批准上市，分别为Alnylam的治疗hATTR的Patisiran、治疗急性肝卟啉症的Givosiran、治疗1型原发性高草酸尿症的Lumasiran以及Alnylam与Novartis合作开发的治疗他汀类无法有效控制或对他汀类无法耐受的原发性高胆固醇血症的Inclisiran。近两年siRNA药物获批节奏呈现加速态势。
在siRNA药物开发过程中，实现有效的、特异性的和持久的基因沉默，同时最小化脱靶效应是至关重要的。选择合适的靶位点（通常靠近编码序列中的起始密码子）对siRNA的有效性至关重要，同时对于药物选择性和减少脱靶效应也是至关重要的。此外，siRNA药物若在特定位置使用特定的DNA或提升整体G/C碱基对的含量，能够同时提升稳定性和有效性。由于siRNA可能以序列无关和序列依赖的方式诱导免疫应答，在设计siRNA时，避免免疫刺激基序（如U-rich序列）也是很重要的。此外，与ASO药物的开发类似，化学修饰也是提高siRNA药物代谢稳定性和PK性能的常用策略。
目前，多种靶向肝脏、肾脏和眼部适应症的候选药物正处于I期、II期和III期临床试验中，针对中枢神经系统（CNS）和其他非肝组织的实验性新药（IND）的应用预计将在未来几年内实现。我们预计未来新发现的RNAi通路、具有更高特异性和效力的先进递送系统或者局部给药的发展，可能会使新的突破性治疗成为可能。
全球部分siRNA在研产品概览数据来源：Clinicaltrials、nature（三）微小RNA（miRNA）：基于内源性RNAi机制的基因沉默途径
微小RNA（microRNA，miRNA）属于基因组衍生的转录后基因调控的小ncRNA超家族，年首次在线虫中被发现，目前已经在人类中鉴定出超过个miRNAs。miRNA为单链RNA（约15~25nt），与siRNA不同，miRNA是基于内源性RNAi机制的基因沉默路径，在基因组转录后调控方面起到重要作用，可调节细胞的分化、增殖等过程。miRNA是内源性成分，重新引入的miRNA在细胞中可能很好的耐受。
根据作用机制的不同，基于miRNA的靶向药物可分为miRNA模拟物、Anti-miRNA、Block-miRNA三种类型。（1）miRNA模拟物是人工合成的双链RNA，模拟自然发生的miRNA。这些miRNA模拟物可以补充缺失的miRNA功能。例如，在某些类型的癌症中，沉默致癌基因的miRNA被下调，miRNA模拟物可以在此类病例中发挥治疗作用；（2）Anti-miRNA是当靶标miRNAs被装载到miRISC时，靶标miRNA的活性可以通过基于空间位阻机制的Anti-miRNA药物来抑制，该药物可以与载于RISC复合物中的成熟miRNA结合，阻断下游基因沉默的发生；（3）Block-miRNA是通过与靶标mRNA相互作用来屏蔽与miRNA的结合位点，阻断下游基因沉默的发生，与Anti-miRNA起到同样的作用。
由于miRNA识别靶mRNA并不需要完美的碱基配对，一个miRNA可以同时调节多个转录本的表达。通过控制参与同一生物学过程的多个基因，许多miRNAs已被证明在人类疾病的发病机制中发挥重要作用，包括致命癌症。虽然目前还没有单一的miRNA药物被FDA批准用于医疗用途，但第一种siRNA药物Patisiran似乎可以模拟上述miRNA的作用机制，即通过选择性结合TTRmRNA的3’UTR端实现基因沉默。
一些肿瘤抑制的miRNA可能在癌细胞中消失，通过相应的miRNA替代治疗策略可发挥抑制癌症进展的作用。人类miR-34a-5p是最有希望用于替代治疗的miRNAs之一，具有良好的肿瘤抑制功能，同时在多种实体肿瘤中下调。通过有效地干扰各种潜在的肿瘤进展和转移的癌基因，miR-34a-5p的有效性在多种类型的异种移植瘤小鼠模型中得到了一致的证明。因此，脂质体封装的合成miR-34a模拟物MRX34成为首个进入治疗晚期实体肿瘤（包括不可切除的肝癌）I期临床试验的miRNA。MRX34在难治性晚期实体瘤患者中确实表现出抗肿瘤活性，为miRNA疗法的发展提供了有价值的见解。
全球部分miRNA在研产品概览数据来源：Clinicaltrials、nature（四）核酸适配体（Aptame）：可通过三维结构作用于胞外或膜多个靶体
核酸适配体（Aptamer）是指能形成一定三维结构的、序列长度较短的单链RNA或DNA，核酸适配体药物能与包括金属离子、有机小分子化合物、核酸、蛋白质等的靶标分子特异性结合，具有与抗体类似的功能。适配体与目标蛋白结合后，表现为核酸抗体或化学抑制剂，以调节蛋白功能。与其他RNA靶向药物不同，核酸适配体可作用于胞外或胞膜多个靶标，这在一定程度上简化了这类寡核苷酸在体内递送的问题。
年，临床上开始利用指数富集（SELEX)选择方法对配体进行系统筛选与优化，从文库中选择具有高亲和力和高特异性的小分子配体或蛋白质的适配体。迄今为止，唯一获批上市的RNA适配体药物为Pegaptanib（最初由NeXstarPharmaceuticals和eyetechPharmaceuticals共同开发，年上市），靶向VEGF血管内皮生长因子亚型，作为新生血管年龄相关性*斑变性的抗血管生成治疗。其他一些适配体目前正在临床试验中进行研究。RNA适配体除了治疗潜力，也可用于递送系统以帮助其他RNA有效载体的递送如siRNA。
尽管近年来新适配体药物的临床开发似乎不那么活跃，但人们对开发用于药物输送和作为诊断试剂的适配体的兴趣越来越大。
（五）小激活RNA（saRNA）：具有介导转录基因激活的作用
小激活RNA（SmallactivatingRNAs，saRNAs）是由21个核苷酸组成的双链非编码RNA。saRNAs最初装载在AGO2蛋白上，在其客链被剪切后saRNA-AGO2复合物然后进入细胞核并结合到基因的启动子区域，导致近端基因的转录激活。虽然saRNA可以介导转录基因激活，但激活仅限于未经历功能缺失突变的靶基因。
saRNAs和siRNA在结构上是相同的，但在功能上不同。与siRNA不同的是，saRNAs只依赖于Ago2且只在细胞核中起作用，并且被设计成包含与基因启动子附近或内部区域同源的序列。
saRNA可被用来调节人体细胞内转录因子之间的平衡。例如，CCAAT/增强子结合蛋白(CEBPA)基因被认为是正常肝功能的主调节转录因子，其在肝细胞癌（HCC）中的表达降低，可利用saRNA药物激活CEBPA的转录增强，以减少肝癌细胞扩散和迁移，改善治疗结果。目前，一项针对CEBPA基因的saRNA临床试验正在进行中（临床试验编号:NCT），该临床试验使用脂质体纳米颗粒包裹saRNA来激活CEBPA基因对肝癌患者进行治疗。
全球部分saRNA在研产品概览数据来源：Clinicaltrials、nature（六）单链引导RNA（sgRNA）：CRISPR/Cas9中的核心组件
随着生物技术的不断发展，对活细胞DNA进行精准作，实现碱基或DNA片段的插入、删除、替换等，即基因编辑成为可能。同时，运用基因编辑技术可以改变基因的序列和功能，从而调控细胞的命运和生物特征，为遗传性疾病的治疗提供新方法。CRISPR/Cas9基因编辑技术是继锌指核酸酶（ZFN）、类转录激活因子效应物核酸酶（TALEN）之后出现的新一代基因组定点编辑技术。与前两代技术相比，CRISPR/Cas9具有操作简单、快捷高效等优势，自发现之后迅速发展成为当今最主流的基因编辑方法。
CRISPR（clusteredregularlyinterspacedshortpalindromicrepeats）系统中核酸酶Cas9蛋白能通过与sgRNA（singleguideRNA）结合特异性识别靶DNA并进行酶切反应，随后以实现引入点突变、基因插入或删除等对基因实现定点编辑，从而纠正致病基因或引入有益的基因，达到治疗疾病的目的。CRISPR/Cas9系统可利用同源重组（homologydependentrepair，HDR）进行单个碱基的替换，但针对单个碱基突变的基因修正效率较低,主要原因为DNA双链断裂时，虽然同源重组能引入精确的突变，但是其碱基替换效率仅为0.1%~5%，因而基因组DNA更倾向于利用非同源末端修复（non-homologousendjoining，HENJ）对DNA进行修复，更适用于基因敲除。
CRISPR/Cas9对目标基因进行不可逆的引入或敲除，与RNAi和mRNA治疗相比，RNAi不能完全消除基因表达，而mRNA治疗只能短暂引入功能蛋白。与其他类型的RNA靶向疗法不同，基于CRISPR/Cas9的基因组编辑和治疗的成功，不仅依赖于外源性sgRNA，还依赖于外源性Cas核酸酶，sgRNA和Cas9酶需要进入细胞核内形成RNP才能实施基因组编辑。
CRISPR/Cas9拥有广阔的应用前景，但现阶段仍存在诸多不足。其中最主要的问题是CRISPR/Cas9的脱靶效应，即CRISPR/Cas9靶向非目标位点，引起非靶位点的基因编辑。在临床上，由CRISPR/Cas9脱靶效应引发的“意外突变”可能会引发新的疾病。因此，在CRISPR/Cas9技术从实验室走向实际应用过程中，必须要反复试验，评估风险，规避基因组非目标位点的编辑，而如何改造Cas9提高其特异性，最大限度地将脱靶效应降到最低，是目前CRISPR/Cas9基因编辑领域的重要研究内容之一。此外，CRISPR/Cas9基因编辑技术引发的伦理问题也是必须考虑的，对生殖细胞的基因编辑需要拟定边界，达成全人类的共识。
CRISPR/Cas9基因编辑技术的发展进一步推动了RNA治疗学的发展，然而临床转化仍面临一些挑战。在实验室环境中，许多选项可供Cas9蛋白和sgRNA引入细胞内，包括质粒、病*转染或电穿孔，但这并不容易转化为体内的临床环境。因此，目前最现实的方法是将经过编辑的细胞重新引入机体中，对细胞进行体外操作。
CRISPR/Cas技术已被积极评估，用于开发治疗人类疾病的新疗法，包括单基因疾病、感染和癌症。目前，临床上已经开展了多项试验来研究基于CRISPR/Cas的治疗方法的安全性和有效性，但尚未有结果报道。第一个涉及CRISPR/Cas基因编辑的临床试验（NCT）于年开放，是一项关于程序性细胞死亡蛋白1（PD-1，由PDCD1基因编码）敲除的T细胞治疗所有标准治疗后进展的晚期NSCLC患者。基于CRISPR/Cas的PD-1免疫治疗是一种对抗癌症的新策略。
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