核酸药物时代已至

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250018 核酸药物引发关注 4 HYPERLINK l _TOC_250017 核酸药物：新一代药物开发技术 6 HYPERLINK l _TOC_250016 核酸药物的研究和发现已经历了较长历程 6 HYPERLINK l _TOC_250015 核酸药物相比小分子和抗体药物拥有明显优势 7 HYPERLINK l _TOC_250014 关键问题的突破促进了核酸药物的发展 9 HYPERLINK l _TOC_250013 机遇与挑战并存 14 HYPERLINK l _TOC_250012 核酸药物分类：多种路线齐驱并进 15 HYPERLI

2、NK l _TOC_250011 ASO：当前获批药物数量最多的核酸药物 15 HYPERLINK l _TOC_250010 siRNA：诱导基因沉默的发生 21 HYPERLINK l _TOC_250009 Aptamer：通过三维结构发挥作用 27 HYPERLINK l _TOC_250008 miRNA：调节多种 mRNA 的表达 30 HYPERLINK l _TOC_250007 sgRNA：CRISPR/Cas9 的组成部分 31 HYPERLINK l _TOC_250006 U1 snRNA：pre-mRNA 的剪接 34 HYPERLINK l _TOC_250005

3、saRNA：激活基因表达 34 HYPERLINK l _TOC_250004 mRNA：疫苗领域取得较大进展 35 HYPERLINK l _TOC_250003 相关公司介绍 38 HYPERLINK l _TOC_250002 海外主要公司 38 HYPERLINK l _TOC_250001 国内主要公司 45 HYPERLINK l _TOC_250000 附录 52图表图表 1：Moderna、BioNTech、CureVac 上市后股价 4图表 2：近年核酸药物交易案例 5图表 3：常见的 RNA 分类 6图表 4：核酸药物发展历程 7图表 5：人类基因组所编码的蛋白质靶点开发程

4、度分布 8图表 6：核酸药物与小分子药物的对比 8图表 7：递送难题及解决办法 9图表 8：核苷酸化学修饰 10图表 9：核酸药物的递送系统 10图表 10：可离子化的脂质纳米颗粒结构 11图表 11：核酸偶联递送系统 12图表 12：GalNAc 结构 12图表 13：GalNAc 技术原理 12图表 14：其它核酸药物递送技术 13图表 15：内吞体逃逸机制 13图表 16：ASO 作用机理 15图表 17：已上市 ASO 药物 16图表 18：Mipomersen 临床结果 16图表 19：Eteplirsen 临床结果 17图表 20：Eteplirsen 销售额 17图表 21：Nu

5、sinersen 临床结果 17图表 22：Nusinersen 销售额 18图表 23：Volanesorsen 临床结果 18图表 24：在研 ASO 药物 19图表 25：ION449/ AZD8233 I 期临床数据 20图表 26：IONIS-PTP-1BRx II 期临床结果 20图表 27：IONIS-GCGRRx II 期临床结果 21图表 28：siRNA 作用机理 22图表 29：已获批 siRNA 药物 22图表 30：Patisiran 临床数据 23图表 31：Givosiran 临床数据 23图表 32：Lumasiran III 期临床数据 24图表 33：Inc

6、lisiran III 期临床结果 24图表 34：在研 siRNA 药物 25图表 35：ALN-AGT01 I 期临床结果 26图表 36：Fitusiran II 期临床结果 26图表 37：Aptamer 作用原理 27图表 38：SELEX 筛选方法 28图表 39：已上市 Aptamer 药物 28图表 40：在研 Aptamer 药物 29图表 41：miRNA 作用机理 30图表 42：在研 miRNA 药物 31图表 43：CRISPR/Cas9 基因编辑工具工作机理 31图表 44：CRISPR/Cas、ZFN、TALEN 的对比 32图表 45：NHEJ 和 HDR 两种

7、修复方式 32图表 46：CRISPR-Cas9 在研药物 33图表 47：U1 snRNA 作用原理 34图表 48：saRNA 药物作用原理 35图表 49：saRNA 与 siRNA 对比 35图表 50：BNT162b2 III 期临床有效性结果 36图表 51：BNT162b2 III 期临床 SAE 情况 36图表 52：mRNA-1273 III 期临床有效性结果 36图表 53：BNT162b2 III 期临床 SAE 情况 37图表 54：编码抗体的 mRNA 药物研发进展 37图表 55：Lonis 研发管线 38图表 56：Alnylam 研发管线 39图表 57：Arr

8、owhead 研发管线 40图表 58：Dicerna 研发管线 41图表 59：Sarepta 研发管线 42图表 60：圣诺制药研发管线 43图表 61：Quark 研发管线 44图表 62：苏州瑞博研发管线 45图表 63：广州锐博产品和服务 46图表 64：吉玛基因产品和服务 47图表 65：中美瑞康研发管线 48图表 66：百奥迈科产品和服务 49图表 67：海旭生物研发管线 50图表 68：已获批核酸药物汇总 52图表 69：RNA 生产方法的对比 52核酸药物引发关注mRNA 疫苗的研发受到关注。发生 COVID-19 疫情之后，mRNA 疫苗的开发受到较多关注。 mRNA-12

9、73 是全球首个进入临床试验的新冠疫苗之一，从公布基因序列到制成首批样品仅花了 27 天，其 III 期临床的最终分析数据显示对 COVID-19 的保护效力为 94%，对重症 COVID-19 的保护效力为 100%。BioNTech 的 mRNA 疫苗 BNT162b2 是全球第一个公布 III 期临床结果的新冠疫苗，其最终分析数据显示对 COVID-19 的保护效力为 95%，对 65 岁以上人群的 COVID-19 保护效力也达到了 94%以上。同时，在癌症治疗领域，mRNA 疫苗同样具备潜力，Moderna 于 11 月 11 日宣布其个性化癌症疫苗 mRNA-4157 在与 K 药

10、联用的 I 期临床中对头颈部鳞状细胞癌的 ORR 达到 50%，DCR 达到 90%。新冠疫情的发生、mRNA 疫苗的研发较大地提升了投资者对 mRNA 疫苗的关注度，全球三大 mRNA 疫苗研发商均在股票市场取得了较好的表现。图表 1：Moderna、BioNTech、CureVac 上市后股价1000%900%800%700%600%500%400%300%200%100%2018/12/12019/1/12019/2/12019/3/12019/4/12019/5/12019/6/12019/7/12019/8/12019/9/12019/10/12019/11/12019/12/120

11、20/1/12020/2/12020/3/12020/4/12020/5/12020/6/12020/7/12020/8/12020/9/12020/10/12020/11/12020/12/12021/1/10%ModernaBioNTechCureVac资料来源：万得资讯，中金公司研究部除 mRNA 外，核酸药物的研发也在近年取得较多关注。2018 年，全球第一款 siRNA 药物（Patisiran）获批，是第一个采用 LNP 递送系统的核酸药物；近年核酸药物的上市速度也呈加快趋势，2018-2020 年共有 4 款 siRNA 药物、3 款 ASO 药物获批（FDA 和 EMA）。此外

12、， Aptamer、miRNA 等领域也都有较多药物正处于临床阶段。核酸药物领域的交易也在活跃进行。近年，核酸药物领域的并购交易以及产品授权引进的案例也在活跃进行。2019 年，Novartis 以 97 亿美元的估值收购了 The Medicine Company，主要获得一款 Inclisiran 产品的权益；同年，Roche 以 2 亿美元首付款和 14.7 亿美元的里程碑付款加销售分成 lincense-in 了 Dicerna 一款处于 I 期临床的治疗慢性乙肝的药物；Pfizer以 2.5 亿美元首付款和 13 亿美元里程碑和双位数销售分成引进了 Akcea 的一款处于 II 期临

13、床的治疗心血管和代谢性疾病的药物；同时近年也发生了多款心血管和代谢性疾病、乙肝等领域的交易案例。图表 2：近年核酸药物交易案例交易对价临床阶段交易时药物 适应症产品/标的出售方交易时间购买方2020年10月IonisAroBiotherapeutics CompanyAro的 CENTYRIN技术平台开发可针对特定组织ASO-Centyrin药物-首付款+里程碑付款共14亿美元，以及销售分成2020年8月Ionis-Akcea Therapeutics,-5.359亿美元估值收购Akcea24%的股权 Inc.2019年11月Novartis-The Medicines-97亿美元 Compa

14、ny2019年11月RocheDicernaDCR-HBVS（全球开发 I期临床慢性乙肝2亿美元首付款，14.7亿美元里程碑付款，以及销和商业化）售分成2019年10月PfizerAkceaAKCEA-ANGPTL3-LRx II期临床心血管和代谢 2.5亿美元首付款，13亿美元里程碑金，双位数销慢性乙肝2,500万美元首付款，2.37亿美元里程碑付款，低双位数销售分成HBV-LRxIONIS-HBVRx，IONIS- II期临床Ionis2019年8月GSK疾病售分成补体系统相关 2,000万美元首付款，1.1亿美元开发里程碑付2019年7月MallinckrodtSilenceSLN500

15、 (全球权益)临床前利用Dicerna的GalXC平台开发针对心脏代谢的疾病款，5.63亿美元销售里程碑付款，以及low double-digit to high-teen销售分成2亿美元首付款（1亿美元现金+1亿美元股权投2018年10月Eli LillyDicerna2018年10月J&JArrowhead性疾病、神经退行性 -疾病、疼痛等领域的药物JNJ-3989（之前称ARO-HBV）I/II期临床乙肝资），每个药物3.5亿美元里程碑付款，及mid-single to low-double digits销售分成2.5亿美元首付款（1.75 亿美元现金+7,500万美元股权投资），16亿

16、美元里程碑付款，以及mid teens销售分成2018年4月BiogenIonis最多至10款药物的开发和商业化销售权益第一部分：50:50利润分成模式共同开发4款-神经系统疾病 10亿美元首付款（3.75亿美元现金+6.25亿美元股权投资）以及里程碑、授权费、销售分成亿美元首付款，6,000万美元股权投资，6,000万美元研究支持，2018年2月TakedaWave LifeScience药物的option第二部分：license-in 6款临床前药物的权利临床前-第一部分：option执行后的里程碑和50:50利润分成；第二部分：6款药物合计20亿美元里程碑付款，single-digit

17、to mid-teen销售分成2017年11月BoehringerIngelheimMiNATherapeutics3款药物的权益-肝脏纤维化合计3.07亿美元的首付款和里程碑付款，以及双位数销售分成2017年11月BoehringerIngelheimDicerna1款治疗NASH药物的权益临床前NASH合计2亿美元的首付款和里程碑付款，以及双位数销售分成2017年10月VirBiotechnology IncAlnylamALN-HBV-02-乙肝对于该产品和4款额外的感染性疾病的产品的权益，Alnylam获得一定金额的首付款+Vir公司股票，10亿美元里程碑付款，以及销售分成2017年5

18、月Sosei Group-MiNA Therapeutics及产品MTL-CEBPAI期临床肝细胞癌3,500万英镑获得MiNA25.6%的股权，Sosei有权以1.8亿英镑获得MiNA剩余股权；以及与MTL- CEBPA产品相关的2.4亿英镑里程碑付款2017年1月NovartisIonisAKCEA-APO(a)-LRx； AKCEA-APOCIII-LRxI/II期临床心血管疾病7,500万美元首付款+1亿美元股权投资获得 option，II期临床之后，Novartis有权获得两款药物的全球开发权，对价为：每款药物有1.5亿美元 license fee + 3.15亿美元或2.65亿美元

19、的开发里程碑付款 + 2.85亿美元或2.65亿美元的销售里程碑付款 + mid-teens to low twenty的销售分成2016年9月AmgenArrowheadARC-LPA的权益以及lincense in 另一款心血-降血脂3,500万美元的首付款，2,150万美元的股权投资，单位数到双位数的销售分成管病药物的option2014年1月AlnylamMSDSirna Therapeutics, Inc.1.75亿美元首付款（现金+Alnylam股票），1.05亿-美元里程碑付款，以及部分产品个位数的销售分成2013年2月The MedicinesCompanyAlnylamInc

20、lisiran（PCSK-9）I期临床ASCVD和HeFH2,500万美元首付款，1.8亿美元里程碑付款，以及双位数销售分成资料来源：公司官网，Capital IQ，中金公司研究部核酸药物：新一代药物开发技术核酸在生命活动中发挥着重要作用。核酸存在所有的生命体中，被认为是遗传信息的载体，用于转录、翻译为蛋白质，因此核酸是生物的最基本组成物质和生物学研究的基础物质；随着分子生物学的发展，人们发现有些 DNA/RNA 并不被转录/翻译为蛋白质，但他们依然对生命活动发挥着重要的调控作用，如 DNA 中的启动子、增强子，RNA 中的核酶、miRNA、siRNA、saRNA 等。鉴于核酸在生命活动中发挥

21、的重要作用，以及对不同种类核酸作用机制的揭示，人们开始尝试在核酸水平进行药物的设计，即为核酸药物。图表 3：常见的 RNA 分类种类来源功能大小rRNA内源性核糖体大小亚基的RNA组分120、 160、 1,868、 5,025 nt (人)tRNA内源性携带氨基酸进入核糖体，在mRNA指导下合成蛋白质7090 ntmRNA内源性蛋白质的翻译数百至数千 ntsnoRNA内源性引导rRNA的加工或者修饰70 ntsnRNA内源性参与信使RNA前体的剪切100300 ntcircRNA内源性结合miRNA调控基因表达，干扰mRNA剪切2001,000 ntmiRNA内源性与AGO形成复合体，诱导m

22、RNA脱腺苷化、降解或者调控翻译22 ntpiRNA内源性诱导染色体修饰，抑制转录27 ntPATs内源性调控转录起始、暂停等16200 nteRNA内源性增强转录，调控基因表达502,000 ntlncRNA内源性作为信号分子、诱饵、向导、脚手架等调节生命活动200 ntribozyme外/内源性催化特定生物化学反应，多数参与RNA自身剪切、加工过程41400 ntasRNA外/内源性与信使RNA互补配对，抑制其翻译205,000 ntsiRNA外/内源性与AGO蛋白形成复合体，诱导mRNA降解22 ntaptamer外/内源性结合特定的靶分子，抑制其功能2080 ntsaRNA外/内源性与

23、基因启动子区域结合，上调目的基因的表达21 ntshRNA外源性利用载体导入细胞中，经由切割转变成为siRNA5070 ntCRISPR gRNA外源性引导Cas核酸酶到特定的DNA靶位点进行切割2448 nt资料来源：知网，中金公司研究部核酸药物有望成为继小分子化药和抗体药物后的第三大类型药物。与传统的小分子化药和抗体类药物在蛋白质层面发挥药理作用不同，核酸药物是在基因转录和翻译过程中发挥作用，而核酸与互补序列结合的基础是碱基互补配对原则，因此核酸药物不具有部分靶点对小分子化药和抗体类药物不可成药的限制；而且多项技术的发展改善了核酸药物发展过程中遇到的问题，因此核酸药物被认为拥有较大的发展前

24、景，目前全球已有 13 款核酸药物获批，2 款 mRNA 疫苗获得 FDA 的 EUA，众多核酸药物在临床试验中，我们预计核酸药物有望成为继小分子化药和抗体药物后的第三大类型药物。核酸药物的研究和发现已经历了较长历程核酸药物的研究和发现经历了较长的历程。mRNA 作为遗传信息传递的载体于 1961 年被发现，其由 DNA 转录而来并指导蛋白质的翻译；1978 年哈佛大学科学家发现用一段互补的核苷酸链可以抑制 RSV 病毒的复制活动，即 ASO（antisense oligonucleotide，反义核酸）的概念；1990 年 Science 和 Nature 分别报道了在体外筛选出可以与目标蛋

25、白分子亲和力较强的RNA 链（RNA aptamer，RNA 适配体），同年发现在给小鼠体内注射 mRNA 可以使其表达相应的蛋白；1998 年第一款 ASO 药物获批，同年 RNAi（RNA interference，RNA 干扰）的作用机理被揭示；2004 年第一款 RNA aptamer 药物获批；2018 年第一款基于 RNAi 的药物 siRNA（small interfering RNA）获批。核酸药物的研发经历过低谷。核酸药物的研发过程并非一帆风顺，外源的核酸药物想要进入体内发挥作用需要克服多重阻碍：1）不稳定，且易被体内的核酸酶降解；2）核酸分子具有免疫原性，会激活人体免疫系统

26、的反应；3）核酸药物分子结构较大，且带有负电荷，穿透细胞膜的难度较高； 4 ） 核酸分子进入细胞后需要从内吞体中逃逸至细胞质中（endosome escape）。2010 年前后核酸药物因为免疫原性和递送系统的问题屡遭挫折， Novartis 和 Roche 中止了和 Alnylam 的合作，Pfizer 和 Abbott 中止了 RNA 药物的研究项目， 2012 年 EMA 由于肝脏和心血管的副作用拒绝了 Mipomersen 的上市申请，MSD 于 2014 年将 Sirna 以低于原收购价的价格出售给 Alnylam。关键技术的突破促进核酸药物的发展。鉴于核酸药物在体内递送过程中遇到的

27、局限，多种措施被应用以尝试解决上述问题，其中较为重要的是核苷酸的化学修饰和递送系统的应用，通过对核苷酸进行化学修饰可以提高核酸分子的稳定性并降低其免疫原性，递送系统技术的发展在使得避免核酸药物被核酸酶降解的同时提升其进入细胞的效率。关键技术的突破和持续不断的研究使得核酸药物产业继续蓬勃发展。图表 4：核酸药物发展历程 2018：第一个 siRNA（Patisiran）获批1993：注射mRNA诱导免疫应答1961：发现mRNA2004：首个Aptamer药物（Pegaptanib）获批1998：RNAi机理被揭示第一个ASO药物（Fomivirsen）获批200019902006：RNAi原理

28、获诺奖1978：ASO对RSV有抑制作用2002：Alnylam成立；同年，首次使用RNAi在小鼠体内破坏HCV1990：在小鼠体内注射mRNA可产生蛋白质，同年 Aptamer被发现19501989：Ionis成立2010：开始基于RNAi的首个临床试验2014：MSD中止RNAi药物的开发20102019：GalNac-siRNA药物（Givosiran）获批；同年Novartis 97亿美金收购Inclisiran20202020：CRISPR/Cas9获得诺奖；同年，Lumasiran获批1953：DNA双螺旋结构被揭示资料来源：PubMed，FDA，公司官网，中金公司研究部核酸药物相

29、比小分子和抗体药物拥有明显优势小分子化药和抗体药物通过与靶点蛋白结合发挥治疗作用，但可成药的靶点蛋白数量有限。自上世纪 80 年代后，基于靶点的新药研发逐渐展开，并发现了大量的新药；传统的小分子化药和抗体药物均是通过与靶点蛋白结合而发挥药理作用，靶点蛋白可以是酶、受体、离子通道等。尽管小分子化药有易生产、可口服给药、药代动力学性质更佳、易通过细胞膜等优势，但是其研发受到靶点可成药性（druggable，与靶点蛋白是否有合适的口袋结构、大小、深浅、极性等有关）的限制；据 Nature 2018 的一篇文章报道1，人类基因组编码的20,000 种蛋白质中，仅有 3,000 种是可以成药的，且只有

30、700 种有相应的药物研发出来（以小分子化药为主）。1 https HYPERLINK /articles/nrd.2017.252.pdf :/www HYPERLINK /articles/nrd.2017.252.pdf .na HYPERLINK /articles/nrd.2017.252.pdf /articles/nrd.2017.252.pdf图表 5：人类基因组所编码的蛋白质靶点开发程度分布靶点类型AllTclinTchemTbioTdarkGPCRs （非嗅觉相关）4069611314552嗅觉相关 GPCRs421008413激酶6345039016331离子通道3551

31、264415035核受体481819110转运蛋白4732646287114转录因子1,400027866507表观遗传相关蛋白1280125317837酶24,1461864932,607860其它11,957872176,6714,982合计20,1206011,40211,0867,031注：GPCR, G protein-coupled receptor； 1 包括 40 种转录因子；2 不包括激酶资料来源：PubMed，中金公司研究部抗体类药物可作用的靶点位置受到限制。在小分子药物之后，以抗体药物为主的生物药逐渐出现，与小分子化药相比，抗体药物可作用的靶点蛋白种类更多，且可通过蛋白质

32、工程技术提升其亲和性降低毒性等。但是抗体类药物拥有分子结构更加复杂、生产成本更高、通常需通过注射给药等劣势，并且抗体药物通常只能与细胞膜表面或细胞外的蛋白质发挥作用，使得其应用受到一定限制。相比之下，核酸类药物拥有明显的优势。核酸类药物可基于碱基互补原理对表达相关蛋白质的基因进行调节，如 ASO、siRNA、miRNA、saRNA 等，而非与靶点蛋白质进行结合，且通过合适的递送系统可使其进入细胞内发挥作用，因此核酸药物可避免传统小分子化药和抗体类药物面临的不可成药靶点的限制问题，而且对胞内外和细胞膜蛋白均可发挥调节作用。同时，多数核酸类药物的作用基础是碱基互补配对原则，只需知道靶基因的碱基序列

33、，核酸药物的序列设计就十分容易，化学修饰和递送系统的设计与序列的设计是相对独立的；相比之下，小分子和抗体药物的发现和优化过程中，对活性、PKPD 等性质的优化均需要对结构做改动，需要花费大量的工作。此外，核酸药物拥有更广的作用范围。在哺乳动物的基因组中，约 70%-90%的 DNA 会被转录为RNA，但并非所有的 RNA 均会被翻译成蛋白质，存在很多非编码 RNA（non-coding RNA），实际上，只有不足 3%的 DNA 会最终表达为蛋白质，而非编码 RNA 在生命活动的调节中发挥着重要作用。图表 6：核酸药物与小分子药物的对比RNA小分子药物可作用的靶点数量相对较多相对较少作用性质抑

34、制/激活靶点抑制/激活靶点先导化合物优化快，48周慢，24年特异性高，序列驱动低-中，结构驱动效力通常为pM级别差异较大选择性高差异较大毒性低高生产较快、易于放大差异较大，部分药物可能很复杂递送难度难易血清中稳定性低（半衰期为分钟量级）高（半衰期为小时量级）资料来源：PubMed，中金公司研究部关键问题的突破促进了核酸药物的发展核酸药物发挥作用需要克服重重阻碍。外源核酸药物想要进入体内发挥作用，需要克服重重阻碍，这些阻碍曾经也使得核酸药物的研发遇到难题，但随着新技术的发展，部分难题已经有较好的解决办法，其中化学修饰和递送系统技术的突破对核酸药物的发展起到了至关重要的作用。图表 7：递送难题及解

35、决办法避免被快速清除并延长半衰期PEG化可以降低肾脏清除速率，同时降低RES（reticuloendothelial system）的作用 制成纳米粒结构（通常在10200 nm），可使其高于肾脏清除的分子量界限将胆固醇与核酸药物结合可以延长体内循环时间避免被核酸酶降解化学修饰可降低核酸药物对核酸酶的敏感性制成纳米粒结构可以避免核酸药物在递送过程中与核酸酶直接接触提高组织渗透性纳米粒结构可使得提高核酸药物在肝脏，脾脏或肿瘤等组织中的渗透性对递送系统进行修饰可以增强核酸药物在靶细胞的摄取效率与靶细胞结合和细胞摄取效率对递送系统进行修饰（如肽、适配体、抗体等）可以使得核酸药物与特定靶细胞的受体特异

36、性结合内吞体逃逸即使内吞体逃逸效率较低，可以通过提高药物用量使得足够数量的核酸药物进入细胞质中在核酸药物中加入可以增强内吞体逃逸的结构（肽、聚合物、可离子化的脂质等）资料来源：PubMed，中金公司研究部化学修饰：改善核酸药物的稳定性和免疫原性化学修饰可增强核酸药物的稳定性和降低免疫原性。由于核酸的不稳定性以及人体内存在很多核酸酶，外源的核酸进入人体后很容易被降解，且易通过肾脏清除，半衰期较短；同时外源的核酸分子具有免疫原性，会引起人体的免疫反应；而对核苷酸进行的化学修饰可改善上述问题，包括对核糖、磷酸骨架、碱基以及核酸链末端等。磷酸骨架：磷酸骨架最常用的化学修饰是硫代磷酸，即将核苷酸中磷酸骨

37、架中的一个非桥氧用硫进行替代，PS 改造基本不影响核酸药物的活性，但可以抵抗核酸酶的降解，而且该改造可增强其与血浆蛋白的结合能力，降低肾脏清除速率，提高半衰期。PS 是第一代 ASO 药物中常见的化学修饰，现在依然经常在核酸药物中使用。但经过 PS 改造后，核酸药物与互补核苷酸链的亲和力会变差，因此需要后续的化学修饰来改善。核糖：第二代的化学修饰主要集中在核糖的结构中，对核糖结构中 2 位的羟基/氢进行改造，常见的改造包括 2-OME（在 siRNA 中应用较少）、2-OMe、2-F，这些改造可进一步增强对核酸酶的抵抗，并可以增强其与互补核苷酸链的结合能力。核糖五元环改造：对核糖的五元环进行改

38、造被称为第三代的化学修饰，包括 LNA（locked nucleic acid）、PNA（peptide nucleic acid）、PMO（phosphoroamidate morpholino oligomer），这些改造可以进一步增强核酸药物对核酸酶的抵抗、提高亲和力和特异性等。由于 PNA和 PMO 为电荷中性，其与血浆蛋白结合能力较弱，因此容易被清除，半衰期较短，但其可以与一些基团共价结合以提高核酸药物进入细胞的效率，包括脂类、肽类、适配体、抗体以及 GalNAc 等。碱基：核酸药物对碱基改造的耐受性较差，但对碱基的改造也在尝试中，如胞嘧啶甲基化可提高其解链温度（melting te

39、mperature），其已经被应用在 ASO 药物的设计之中。末端改造：为避免核苷酸链被核酸外切酶降解，需要对核苷酸链末端进行保护，包括3端添加反式胸苷（inverted thymidine），或者在末端添加软脂酸或偶联芳香化合物。图表 8：核苷酸化学修饰资料来源：PubMed，中金公司研究部递送系统：提高细胞摄取效率递送系统可提高核酸药物进入细胞的效率。尽管化学修饰可以改善核酸药物的稳定性和免疫原性，核酸药物需进入细胞内才可以发挥作用，由于核酸药物分子量较大且通常带负电荷，因此被细胞摄取的效率和内吞体逃逸的效率比较低，因此需借助递送系统的力量。递送系统可分为病毒载体和非病毒载体，病毒载体在基

40、因治疗中应用较多，但由于其免疫原性、致瘤性、和有限的载药量（loading capacity）使得其在核酸药物中应用相对较少；而非病毒载体应用相对更多，如聚合物类（polymer）、脂质类（liposome 或 LNP）；且可以将核酸药物与特定的配体结合使其能够靶向特定的细胞，如 GalNAc、多肽、抗体等。图表 9：核酸药物的递送系统资料来源：PubMed，中金公司研究部聚合物类：聚合物类递送系统也常用于药物递送，阳离子聚合物可中和核酸药物的负电荷以提升进入细胞的效率，聚合物可以进行多种化学改造，而且可以与多种药物或配体兼容（compatibility）。聚合物可以做成线状或分枝状，PEI（

41、polyethyleneimine）被应用于 siNRA 药物的递送。脂质类：是目前核酸药物中研究应用最多的递送系统之一，且已经有使用脂质纳米颗粒递送系统的核酸药物获批，根据其性质和结构的不同其可以分为脂质体（liposome）、脂质纳米颗粒（LNP，lipid nanoparticle）等，目前研究中用的较多的包括含有可离子化脂质的 LNP 等。脂质体（liposome）：脂质体是脂质类递送系统中常用的一种，其由磷脂组成，可形成单层或多层的囊状结构，使得脂质体可以递送亲水性、疏水性以及亲脂类药物。脂质体在体内和体外的稳定性可以通过颗粒大小、表面电荷、脂质类成分以及表面修饰（配体或聚合物）进行

42、优化，为避免被网状内皮系统识别，脂质体表面可以进行 PEG 等修饰以提高其体液循环中的半衰期。含阳离子脂质（charged cationic lipids）的 LNP：与 liposome 不同，LNP 并不在内部形成水性核心（aqueous core），而是形成胶束结构，其通常包含阳离子脂质、磷脂、胆固醇、聚乙二醇脂质等，阳离子脂质的存在有效装载带负电荷的核酸，并提高核酸药物在靶组织的富集和增加靶细胞的摄取。阳离子脂质体的结构单元由阳离子头部、linker、疏水基团（胆固醇或脂肪族）组成，阳离子头部的结构对其转染效率和毒性至关重要。含可离子化脂质（ionizable cationic lip

43、ids）的 LNP：含阳离子脂质的 LNP 的一个缺陷是会激起人体的免疫反应并会快速在血浆中被清除，为应付上述问题，可离子化的脂质纳米颗粒被开发出来，可离子化的脂质纳米颗粒在体液环境保持电荷中性，因此避免了被清除和过度激活人体免疫反应，当进入内吞体并被酸化时，可以离子化提高内吞体逃逸的效率。图表 10：可离子化的脂质纳米颗粒结构资料来源：PubMed，中金公司研究部设计 LNP 需要不断进行优化和筛选。目前还未开发出同时适用于不同核酸药物的脂质纳米颗粒递送系统，因为 ASO、siRNA、miRNA、mRNA 等的分子量和结构均有差异，因此需要根据该药物的结构设计特定的递送系统，而脂质纳米颗粒的

44、成份复杂多样，包括 ionizable lipid 中 head group 和 linker 的设计、PEG-lipid 的设计、不同成分的配比等，需要在设计递送系统时不断进行优化，常用的一种方法是 OFAT（one factor at a time）。LNP 可在表面进行修饰提高靶组织中的分布。未进行修饰的脂质纳米颗粒在体内主要进行被动的组织分布过程，会通过 EPR（enhanced permeability and retention）效应集中在肝脏等组织中；但通过对脂质纳米颗粒表面进行改造可以改善该问题，如在脂质纳米颗粒表面与特定多肽、aptamer、Fab、抗体进行偶联，可以提高其在

45、靶组织中的分布。在脂质纳米颗粒表面加上 PEG-lipid，一方面可以延长其在组织循环中的时间，但另一方面也会降低细胞摄取和内吞体逃逸的效率，因此需要对其配比和设计进行优化。核酸偶联递送：尽管脂质类递送系统促进了核酸药物的发展，脂质类递送系统体积较大，更容易进入肝、肾的空隙较大的组织，且依然会有免疫原性，有时需与糖皮质激素类药物同时使用。核酸偶联递送是指将核酸药物与递送材料偶联，如胆固醇、多肽、抗体、核酸适配体或小分子结构等，利用递送材料的性质将核酸药物送至细胞内。图表 11：核酸偶联递送系统资料来源：PubMed，中金公司研究部GalNAc 是目前常用的核酸偶联递送系统之一。与脂质类载体相比

46、，核酸偶联物分子量相对较小，因此体内生物分布的性质更佳，而且通过偶联物的设计可以使其靶向特定的组织和细胞，同时采用对酸敏感的 linker 设计可以使核酸偶联物在通过内吞体进入细胞之后与偶联物脱离。其中 GalNAc 是目前应用较为成功技术之一，已经有 3 款基于GalNAc 技术的核酸药物获得 FDA 或 EMA 的批准。GalNA（cN-acetylgalactosamine）：GalNAc 可以与ASGPR（asialoglycoprotein receptor）结合，而 ASGPR 主要在肝实质细胞表面表达，并在肝实质细胞表面大量表达，且回收循环速率较高（15min），因此将 GalN

47、Ac 与核酸药物偶联后，可将核酸药物顺利带入肝实质细胞内，尽管内吞体逃逸的比例较低，但其已经可以将足够的核酸药物带到肝实质细胞内。GalNAc 结构简单、生产容易、耐受性较高，我们预计 GalNAc 有望成为靶向肝脏疾病的核酸药物使用的主要载体类型。图表 12：GalNAc 结构图表 13：GalNAc 技术原理 资料来源：PubMed，中金公司研究部资料来源：PubMed，中金公司研究部除脂质体和核酸偶联递送系统之外，外泌体（exosome）、SNA（spherical nucleic acids）、DNA nanostructures 等新型的递送技术均在探索之中。图表 14：其它核酸药物

48、递送技术资料来源：PubMed，中金公司研究部内吞体逃逸：仍面临着瓶颈核酸药物的递送最终都面临着内吞体逃逸的问题。无论是裸露的核酸药物，还是脂质体递送系统，又或是偶联递送系统，最终都是以内吞体的形式进入细胞内；核酸药物需要在细胞质中发挥作用，但核酸药物以内吞体进入细胞后，多数被“困”在内吞体内最终被降解，而无法顺利从内吞体中释放至细胞质中（体外试验显示 1-2%的核酸药物能够进入细胞质中，体内试验不足 0.1%）。内吞体逃逸仍面临着瓶颈。尽管 GalNAc 递送技术的发现使得靶向肝脏的核酸药物的递送得到了较好的解决，但是其他组织中尚未发现与 ASGPR 类似表达量和循环利用速度的受体，因此需要

49、其它方法来解决内吞体逃逸的问题。小分子药物（如氯喹等）在裂解包含核酸药物的内吞体的同时，也会裂解其他内吞体，从而产生毒性；Arrowhead 曾尝试用蜂毒素（melittin peptide），但由于其本身的毒性而被搁置；其它在尝试的办法包括在递送系统中加入对 pH 敏感的聚合物或脂质体、CPP（cell penetrating peptide）等。图表 15：内吞体逃逸机制资料来源：PubMed，中金公司研究部机遇与挑战并存核酸药物的研发在不断进步。自上世纪80 年代后，不同种类的核酸药物的作用原理逐渐被发现，核酸药物的研发一直受大家关注，尽管在核酸药物在稳定性、免疫原性、半衰期、细胞摄取效

50、率、内吞体逃逸等方面存在较多困难，化学修饰和递送系统的研究已经可以改善上述问题，并较大的促进了核酸药物的进一步发展。核酸药物有望成为继小分子化药和抗体药物后的第三大类型药物。随着临床的推进和相关技术的成熟，近年核酸药物获批速度明显加快，且目前众多不同种类核酸药物正在进入或已经在不同的临床阶段，其适应症也在更加广泛化，甚至治愈部分疾病；我们预计，随着更多困难被克服，将会有更多核酸药物得到临床应用，我们预计核酸药物有望成为继小分子化药和抗体药物后的第三大类型药物。挑战与机遇并存。核酸药物的研发也面临着挑战，目前已经获批的药物的适应症多与肝脏等核酸药物容易聚集的组织相关（low-hanging fr

51、uit）或进行局部递送给药，未来应该通过递送技术的改进将其扩展至核酸药物更难到达的组织，以进一步扩展其适应症范围；而且目前核酸药物在细胞摄取效率、靶向递送、内吞体逃逸等方面仍面临着瓶颈，我们预计上述问题的改善将会引导核酸药物的发展进入新的阶段。核酸药物分类：多种路线齐驱并进ASO：当前获批药物数量最多的核酸药物ASO 是核酸药物的重要领域之一。ASO（antisense oligonucleotides，反义寡核苷酸，也简称为 AON）是一种单链、寡核苷酸，通常包含 15-25 个核苷酸，ASO 通过碱基配对原则与其互补的 RNA 结合，可以调节靶 RNA 的功能。ASO 的作用自 1978

52、年被发现之后，其研究不断进步，目前成为核酸药物的重要领域之一，目前已经获批的 13 款核酸药物中有 7 款均为ASO 类药物。ASO 作用机理多样。1）ASO 与其互补的 RNA 结合后，可以招募 RNAse H（一种核糖核酸内切酶）对靶 RNA 进行降解；2）ASO 可以与 mRNA 的起始翻译位点结合，导致 mRNA 无法翻译；3）ASO 可以通过与 miRNA 结合抑制 miRNA 的功能（anti-miRs）；4）ASO 与 pre-mRNA结合后，可以改变剪接体（spliceosome）对 pre-mRNA 的剪接位置。图表 16：ASO 作用机理资料来源：PubMed，中金公司研究

53、部多种化学修饰措施改善了 ASO 的缺陷。ASO 起初的形式是未经过化学修饰的 RNA 或 DNA，尽管展示了初步的效果，但也有明显缺陷，包括容易被降解、亲和力较弱、脱靶毒性、带有负电荷导致无法有效穿透细胞膜、无法与血浆蛋白结合导致肾脏清除速率较快。为了克服上述缺陷，多种核苷酸化学修饰最终被成功应用（见前述章节）。ASO 对递送系统的依赖相对较低。ASO 为单链寡核苷酸，经过一定的化学修饰之后，其在体内的稳定性、免疫原性、半衰期等均有所改善，并且呈两性分子（亲水和亲脂），因此在体内的生物分布和细胞摄取方面均相对更有优势，因此其也可以通过裸露的方式进行递送，对递送系统的依赖程度相对较低。多款 A

54、SO 药物已经获批。目前已经 7 款 ASO 药物已经获得 FDA 或 EMA 批准上市：图表 17：已上市 ASO 药物（美元/剂）用（美元）获批日期适应症位月均治疗费单价递送部 给药途径靶点化学修饰商品名公司名通用名FomivirsenVitraveneIonisNovartisCMV UL12321mer PS DNA(first-generation眼部ASO)诱导期每两周一次（共两 次），巩固期每四周一次，每次 330 g/眼；玻璃体内注射巨细胞病毒性视网 1998/8/13,200/6.6mg3,200膜炎2013/1/17,611/200mg30,444固醇血症（HoFH）下注射

55、每周一次，每次 200 mg；皮 纯合子家族性高胆肝脏20mer PS 2-MOE(gapmer ASO)APOBIonis MipomersenKynamroGenzymeKastleEteplirsenExondys 51 SareptaDMD exon 30mer PMO (steric 骨骼肌 每周一次，每次 30 mg / kg； 杜氏肌营养不良症 2016/9/1800/50mg115,20051block ASO)静脉输注（DMD）每次 12 mg（前三次每隔14天使用一次，第三次结束后30 脊髓性肌萎缩症天后施用第四次，之后每4个 （SMA）2016/12/1 127,500

56、/12mg 31,875月施用一次）；鞘内注射(steric block ASO)18mer PS 2-MOE 脊髓SMN2exon 7NusinersenSpinrazaIonisBiogenInotersenTegsediAkceaTTR20mer PS 2-MOE 肝脏(gapmer ASO)每周一次，每次 284 mg；皮下注射成人遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变 2018/10/1 8,650/284mg34,600性（hATTR）GolodirsenVyondys 53 SareptaDMD exon 25mer PMO (steric 骨骼肌 每周一次，每次 30 mg/kg；53b

57、lock ASO)静脉输注杜氏肌营养不良症 2019/12/1 800/50mg（DMD）115,200Volanesorsen WaylivraIonis andAkceaAPOC3 2-O-methoxyethylchimeric ASO每周一次，皮下注射家族性高乳糜微粒 2019/5/3血症（FCS）注：数据更新于 2020 年底资料来源：PubMed，FDA，中金公司研究部 Fomivirsen：第一款 ASO 是 1998 年 FDA 批准的用于治疗艾滋病患者的巨细胞病毒视网膜炎（cytomegalovirus retinitis）的 Fomivirsen，其通过与特定 mRNA（I

58、E2）的结合可以抑制 CMV 部分蛋白（调节病毒基因表达的蛋白）的表达，从而抑制 CMV 的复制。 Fomivirsen 为 21 个核苷酸的单链 DNA，采用了第一代的 PS 化学修饰，为裸露的 DNA，未使用专门的递送系统，通过玻璃体内局部注射给药。一项开放的临床试验显示其可以将疾病的无进展时间延长至 80 天。后来高效抗逆转录病毒疗法（Highly Active Anti-Retroviral Therapy）的出现大幅降低了患者的数量，因此 Novartis 于 2002 和 2006年分别取消了其在欧洲和美国的市场授权。 Mipomersen：Mipomersen 于 2013 年获

59、得 FDA 批准用于降低纯合子型家族性高胆固醇血症(HoFH)患者的 LDL-C、apo B、TC、non-HDL-C，其通过与 Apo b-100 mRNA 结合而抑制 ApoB-100 蛋白（载脂蛋白）的表达，从而降低 LDL-C（ low-density lipoprotein cholesterol）、VLDL 等。Mipomersen 为 20 个核苷酸长度，采用了 PS 和 2MOE 的化学修饰，为裸露的寡核苷酸，通过皮下注射给药，其 51 例的 III 期临床结果显示可以显著降低 LDL-C、ApoB-100、TC、non-HDL-C 等指标，并可以提升 HDL-C。但其肝脏副反

60、应、流感样症状、注射部位疼痛等副作用使其在临床中的使用受到一定限制，其肝脏毒性在说明书中被加了黑框警告（black-box warnings）。图表 18：Mipomersen 临床结果KYNAMRO安慰剂n=34n=17LDL-C平均基线值(mg/dL)(range)439400（190，704） （172，639）指标 (mg/dL)从基线至结束治疗的变化*（平均值或中位数（%）与安慰剂组治疗结果的差异（平均值(95% CI)或中位数）LDL-C -25-3-21（-33，-10）Apo B -27-3-24（-34，-15）TC -21-2-19（-29，-9）Non-HDL-C -25