發佈日期：2019-01-03
RNAi 標靶(靶向)治療:重寫藥理學教科書
RNAi Targeted Therapy : Rewriting Pharmacology Textbooks
中山醫學大學醫學研究所 李英雄教授 108.1.
《RNAi發現之歷史回顧》
在核酸世界(Nucleic acid world)裡,核糖核酸(RNA)和去氧核糖核酸(DNA)本是一對名符其實的堂兄弟,但在20世紀的生物學界,RNA卻長期飽受壓抑而無法發展。雖然在RNAs世界的演化過程中曾經有過輝煌燦爛的一頁歷史,但也只是曇花一現,猶如過眼雲煙,如:1970s年代末期發現單股核酸(Single-stranded nucleic acid)會抑制mRNA的轉化(translation)之Antisense technology以及1980s年代發現Ribozymes會裂解mRNA的Ribozyme technology兩種技術都具有抑制基因表達(Gene expression)的作用,原本以為具有轉化為臨床醫療應用之無限潛力與商機,結果卻未見成功沒有繼續發展下而中途夭折。
直到1990s年代的末期,因為RNA干擾(RNA interference,簡稱RNAi)的發現,震驚了生物學界使得RNA的地位扶搖直上出現戲劇性的轉折。在1998年前,RNAi的研究都聚焦在真核生物系(Eukaryotes)之菌類和植物類,而在1998年Andrew Fire和Craig Mello發現在線蟲Caenorhabditis elegans上外源雙股RNA亦有RNAi的現象,於是開始探究RNAi的作用之分子機制,經過多年(1999-2001年)的深入探索研究,終於揭開RNAi作用機制的謎底。因此,RNAi膺選為美國科學(Science)期刊2002年之突破(2002’s Breakthrough in Science),於是RNAi遂成為20世紀末期至21世紀初期生物學領域最重要的突破性進展。西元2006年,Fire, A.和Mello, C.對RNAi研究的卓越貢獻獲諾貝爾生理學或醫學獎(Nobel Prize in Physiology or Medicine)。
《RNAi的轉化醫學應用》
發現RNAi的現象至今已逾20年,而RNAi為根基的技術(RNAi-based technology)發展在2000年代初期已有突破性的進展,迄今已有10餘年了,RNAi技術曾經被評價為21世紀RNA革命最具有代表性的技術,具有無限的潛力與商機,有廣大的應用價值,不僅可趨動生物醫學基礎研究之革命性變化,而且在臨床醫學上可提供有用的診斷和有效的治療。雖然如此,史丹福大學(Stanford University)的小兒科醫師遺傳學專家Mark Kay曾經對RNAi的前景提出他的哲理—We do not know all the rules of the RNAi machinery. We move forward with caution, but we move forward. 文中提醒我們雖然對RNAi的遊戲規則尚未全盤瞭解,需謹慎小心勇往直前,但要有「明知山有虎,偏向虎山行」的大無畏精神。
RNAi在臨床診斷上最主要是作為生物指標(Biomarkers)極具應用價值,如:miRNAs的檢驗,包括微陣列(microarrays),定量聚合酶連鎖反應(Quantitative polymerase chain reaction),及直接測序(Sequencing)已普遍使用於腫瘤癌症病患,相信miRNA為根基的診斷不久將成為醫院的標準流程之常規檢查。
由於RNAi具有短效的靜默抑制基因之特性,使得RNAi技術能從實驗室工具(Laboratory tools)進入藥物治療(Drug therapy)。傳統藥物大多數屬於標靶基因(Targt genes)的抑制劑,具有RNAi作用的小片段RNA如siRNAs模擬類似傳統的標靶藥物,因此極具藥物研發的潛力,遂逐漸受到製藥產業界的重視,認為可開發成新一類的標靶治療藥物。理論上,RNAi治療範圍是涵蓋一切疾病從感染疾病和癌症以至修復損傷器官等。雖然這些RNAi藥物最主要是siRNA和miRNAs的設計,修飾(modifications),優化(optimarization),試驗及製造生長過程比傳統藥物的研發來得更簡單,但亦有不少的缺點和限制需要逐項克服。如:輸送(delivery)問題,載體(vectors)的選擇—病毒(virus),脂質體(liposomes)或奈(納)米粒子(nanoparticles),離靶效應(Off-target effect)等。siRNAs治療的專一性(specificity)極高,因只能抑制一個或兩個mRNA的表達,是屬於單靶治療(Monotarget therapy),而miRNAs卻能抑制多個基因表達,屬於多靶治療(Polytarget therapy)類似中藥的作用。RNAi為根基的藥物(RNAi-based drugs)於2004年作第一個臨床試驗,是由美國Philadelphia的Acuity Pharmaceuticals藥廠製造生產針對人的眼睛黃斑部退化(Macular degeneration)之新生血管作治療。之後,有不少RNAi類似產品進入臨床試驗,如:丹麥(Denmark) Horsholm的Santaris Pharma主導的Copenhagen Trial,其產品是抗miRNA藥(Anti-microRNA drug)稱為Antagomirs能抑制肝臟miRNA-122的作用,有效減緩C型肝炎病毒(Hepatitis C virus)的複製(replication)。Victor Ambros(University of Massachusetts Medical School in Worcester, USA)曾經說MicroRNAs將不是最後的RNA世界,可預料將有更多更多的新類型小片段RNA被發現,有誰知道下一個small RNAi是什麼。長的non-coding RNA及Transfer-RNA衍生的Small RNAs亦可能在下一個RNA世界裡崛起的分子類型。
《RNAi的標靶(靶向)治療》
西元2006年,諾貝爾生理學或醫學(Nobel Prize in Physiology or Medicine)獎得主Andrew Fire與Craig Mello於西元1998年首先發現RNAi技術可應用於靜默特定的基因,點燃了醫學革命性新作法之希望,尤其在新藥研發上更是備嘗艱辛,屢經失敗,幾乎要放棄RNAi藥的探索與發展。當然,欲將RNAi研發製成可治療疾病的新藥,最主要面臨兩大挑戰的難題:(1)藥物輸送系統(delivery system):如何將RNAi藥安全地輸送到標靶器官(target organ)產生效應,及(2)藥物安全性考慮(safety concerns)。
西元2002年,美國Alnylam公司(Cambridge, Massachusetts, USA )克服了藥物輸送與安全性的兩大問題,開啟RNAi藥針對一種罕見遺傳病-Hereditary transthyretin amyloidosis的標靶治療之研發,該病主要是由於產生transthyretin基因的突變(mutation),導致transthyretin在腎臟、肝臟、神經組織堆積引起功能的喪失。該RNAi標靶藥稱為Patisiran具有靜默(silence)transthyretin突變基因(mutated gene)的功能。Patisiran的臨床試驗是選擇225位罹患Hereditary transthyretin amyloidosis的病人,這些患者都有神經功能障礙,經過治療呈現顯著的改善,如平均的行走速度(average walking speed)效果顯示有意義的增加,而安慰劑對照組的試驗患者之平均行走速度卻明顯地減退。由於Patisiran的臨床試驗獲得良好的效應,於是美國食品暨藥物管理局(The US Food and Drug Administration,簡稱FDA)於西元2018年8月10日批准通過販售,這是全球第一個基於RNAi靜默特定基因治療疾病的標靶藥,開啟一個新的藥理群組(a new pharmacological group)。RNAi標靶藥-Patisiran獲美國FDA批准上市所產生的效應會驅動更多的RNAi藥之研發,相信可見的未來會陸續出現,果真如此,藥理學教科書(Pharmacology Textbooks)需要再添寫新章節了。RNAi治療的未來潛力除了針對特定基因/蛋白質做標靶治療外,RNAi輸送系統的突破性進展可用於幫助基因編輯治療(Gene-editing therapies),如CRISPR-Cas 9的輸送。