聚焦CRO | 小核酸药物临床前安全性评价研究关注点

 

小核酸药物作为继小分子药物和抗体药物后的“第三次制药浪潮”，因其候选靶点丰富、研发周期短、药效持久和临床开发成功率高等特点，成为新药研发的热点领域。

但随着研发进程的加速，其临床前安全性评价的重要性也日益凸显。恰当地进行安全性评价不仅能预测临床风险，还能为后续试验设计提供关键依据。

 

一、何为小核酸药物

小核酸药物主要包括siRNA（小干扰RNA）、反义寡核苷酸（ASO） 和核酸适配体等，通过在基因水平上调控致病蛋白的表达来治疗疾病。

与传统药物作用于蛋白质不同，小核酸药物直接从源头上干预，通过与特定的信使RNA（mRNA）结合，抑制或降低致病蛋白的产生，实现对疾病的根本性治疗。

小核酸药物的优势显著：首先，它能够靶向传统药物难以作用的疾病靶点，大大扩展了可成药靶点范围；其次，一次给药可产生长期疗效，持续时间可达数月甚至半年以上；此外，研发周期相对较短，成功率较高。

目前，小核酸药物已在遗传性疾病、代谢性疾病、心血管疾病和神经系统疾病等领域展现出巨大潜力。全球已有十余款小核酸药物获批上市，还有数百个候选药物处于临床研发阶段。

尽管小核酸药物前景广阔，但仍面临递送效率、稳定性和安全性等挑战，特别是如何精准地将药物递送到目标组织并减少脱靶效应，成为当前研发的重点和难点。

 

RNA干扰作用机制图^[1]

 

二、小核酸药物的临床前研究要点

小核酸药物（包括siRNA、ASO等）的临床前研究是一个系统性的工程，旨在全面评估其有效性、安全性和可开发性，为首次人体临床试验（FIH）提供充分的科学依据。其主要研究内容可分为以下几大核心模块：

研究类别	核心目的	主要内容与关键关注点
药效学研究 (PD)	证明药物有效，阐明作用机制	体外药效： 在细胞模型上验证靶点mRNA/蛋白抑制率(IC50)、量效关系。 体内药效： 在人源化转基因动物模型上验证生物标志物变化和疾病表型改善。 关键点： 物种特异性（必须使用人源化模型）。
药代动力学研究 (PK)	阐明机体对药物的作用（ADME）	吸收： 不同给药途径后的生物利用度。 分布： 在主要器官（肝、肾）中的组织分布与蓄积，靶向性。 代谢： 被核酸酶代谢的途径和稳定性。 排泄： 主要通过尿液/粪便清除，测定半衰期。
毒理学研究 (Toxicology)	评估安全性，确定潜在风险和安全剂量	一般毒性： 在两种动物种属（啮齿类+非人灵长类）中进行重复给药试验，监测临床指标、血液生化、组织病理学（关键）。 安全药理： 对心血管、中枢神经、呼吸系统的影响。 免疫毒性： 评估免疫原性（抗药物抗体）、细胞因子释放、补体激活。 遗传/生殖毒性： 根据临床适应症和用药人群决定。
生物分析 (Bioanalysis)	为PK/PD研究提供技术支持	建立分析方法： 开发高灵敏度方法（LC-MS/MS, qPCR）定量生物基质中的药物浓度和靶点抑制效果。
药物化学与制剂 (CMC)	确保药物质量、稳定性和可生产性	合成纯化： 开发工艺，确保高纯度、低杂质。 理化表征： 全面分析结构、分子量、溶解度等。 制剂开发： 开发稳定的制剂处方，保证储存稳定性。

 

特别关注点：

脱靶效应（Off-target Effects）：小核酸药物由于其序列特异性，可能存在与非预定靶标序列结合的情况，即脱靶效应（off-target），这是安全性评价的重要关注点。

FDA在2021年发布的指南草案中要求，反义寡核苷酸（ASO）新药申请IND时必须提供BLAST分析数据或体外试验数据，评估与非预定靶标序列产生杂交型依赖的脱靶相关作用^[2]。

为了解决这一问题，研究人员需要进行全面的序列相似性搜索，并在体外细胞模型中验证药物的特异性，确保不会干扰正常生理功能。

稳定性：由于天然核酸稳定性不高，容易被水解酶水解而失去药效，故需要采取有效措施增加稳定性，如化学修饰成共轭物、直接使RNA 酶降解、利用环状RNA( circRNA) 保护和运输等^[3]。

载体：现高效跨膜和有效体内运输，针对靶mRNA 的位点进行靶向运输可能是一种有效方法，而新兴较具潜力的靶向纳米复合物载体的颗粒特性和载药量可能具有异质性，而且颗粒可能在储存或给药后变得不稳定，并释放毒性分解产物，需要特别注意^[4]。

三、经典案例

 

Givosiran（商品名Givlaari®）是由Alnylam Pharmaceuticals开发的首个获得批准的N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）偶联的RNA干扰（RNAi）治疗药物，用于治疗成人急性肝卟啉症（AHP）12。它通过靶向降解编码5'-氨基酮戊酸合成酶1（ALAS1）的mRNA，减少与AHP发作相关的神经毒性前体δ-氨基乙酰丙酸（ALA）和胆色素原（PBG）的积累^[5]。

 

01 药效学研究

药效学研究旨在证明Givosiran能否有效沉默ALAS1基因，从而降低ALA和PBG的水平。

体外药效学：研究证实了Givosira能特异性降解ALAS1 mRNA。

体内药效学：在多种动物模型中评估了Givosiran的效果。除了在人体内具有药理活性外，根据非临床数据，Givosiran在大鼠和猴子体内也具有药理活性，但在兔子体内没有药理活性。

大鼠AIP模型：皮下注射Givosiran（0.3、1或3 mg/kg，每周一次，连续4周）后，观察到剂量依赖性地降低ALAS1 mRNA水平，同时尿液中的ALA和PBG水平也下降。

食蟹猴模型：以1 mg/kg皮下给药后，ALAS1 mRNA水平降低了约20%。这种相对较弱的反应（与其他物种相比）为预测人体有效剂量提供了参考。

 

02 药代动力学（PK）研究

药代动力学研究主要考察了Givosiran在动物体内的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程。

吸收与分布：

在大鼠和食蟹猴中，Givosiran经皮下注射后吸收良好，并优先分布到肝脏（其靶器官）。

研究表明，皮下给药后肝脏的药物暴露量显著高于静脉给药。例如，在大鼠中，皮下给药（10 mg/kg）后的肝脏AUClast比静脉给药高约2.3倍；在食蟹猴中，皮下给药（10 mg/kg）后的肝脏AUClast更是比静脉给药高约7倍。这提示皮下给药后肝脏摄取更有效。

肾脏中也存在较高浓度，但其分布可能主要通过被动扩散而非ASGPR介导。

代谢与排泄：

Givosiran的主要代谢产物是其反义链3'端缺失一个核苷酸的代谢物（AS (N-1) 3' Givosiran）。

在大鼠和猴中，Givosiran及其主要代谢物均主要通过肾脏排泄。

 

03 毒理学研究

重复给药毒性试验：

• 大鼠长毒：大鼠皮下给予Givosiran，每周给药一次，连续给药26周，恢复13周，剂量分别为0、3、10和30 mg/kg。具体表现为总胆红素和肝酶水平升高。肝脏微观病变包括单个肝细胞坏死、有丝分裂象增多和肝细胞核肥大。肾脏中观察到肾小管嗜碱性颗粒，可能与溶酶体中聚阴离子寡核苷酸分子的蓄积有关。注射部位出现肌肉变性及局部红斑。

• 食蟹猴长毒：食蟹猴皮下给予Givosiran，每周给药一次，连续给药39周，恢复13周，剂量分别为0、10、30和100 mg/kg。与大鼠研究结果一致，肝脏同样是猴类的主要毒性靶器官。临床生化检查发现肝酶（如ALT、GGT）升高，组织学检查可见肝细胞单个细胞坏死、肝细胞嗜碱性颗粒和库普弗细胞嗜碱性颗粒。淋巴结出现巨噬细胞空泡化。恢复期结束时，一只高剂量（100 mg/kg）雄猴观察到轻度心脏变性，结合给药结束和恢复期结束时肌酸激酶升高，提示存在肌肉/心脏毒性潜力。

• 安全药理学：研究评估了Givosiran对中枢神经系统、心血管系统和呼吸系统的潜在影响，结果显示无明显不良反应。

• 生殖毒性与遗传毒性：标准试验中未发现潜在的遗传毒性或显著的生殖毒性。

Givosiran的非临床研究案例展示了如何通过综合性的临床前评估（包括药效学、药代动力学和毒理学）来成功支持一款创新RNAi疗法的临床开发和最终获批。这些研究不仅阐明了其作用机制、靶向性和安全性，更重要的是为首次人体试验的起始剂量设计提供了关键依据，并成功预测了临床药效学生物标志物。Givosiran的成功为后续GalNAc偶联的RNAi药物开发提供了宝贵的经验和范例。

 

四、挑战与展望

虽然肝靶向小核酸药物的开发已取得显著进展，但肝外递送仍是当前技术挑战和安全性考量的重点。目前越来越多的企业专注于解决肝外靶向需求，新型递送平台在小核酸化学修饰、配体偶联及组织富集效率上实现了多重突破。肝外递送系统的安全性评价需要特别关注非靶向组织的分布和积累，以及可能带来的毒性反应。这需要一套更为精细和全面的评价体系。

随着技术进步和监管政策的优化，小核酸药物临床前安全性评价正朝着更加精准、高效的方向发展。集成化服务平台正在形成，涵盖体内药效评估、PK/PD分析、生物标志物和非GLP毒理学评估的一站式服务，为小核酸药物研发提供更加高效的支持。随着人工智能和大数据技术的应用，小核酸药物的安全性预测将更加精准，有望进一步降低研发成本，提高成功率。

 

五、结语

临床前安全性评价作为小核酸药物研发的关键环节，需要研究人员全面考虑模型选择、评价体系、脱靶效应等多个方面，同时关注政策法规和技术平台的最新发展。

只有通过科学、全面的临床前安全性评价，才能将更有前景的小核酸药物推进至临床阶段，最终惠及全球患者。

 

参考文献：

[1] Hu B, Zhong L, Weng Y, Peng L, Huang Y, Zhao Y, Liang XJ. Therapeutic siRNA: state of the art. Signal Transduct Target Ther. 2020 Jun 19;5(1):101. doi: 10.1038/s41392-020-0207-x. PMID: 32561705; PMCID: PMC7305320.

[2] Nonclinical Testing of Individualized Antisense Oligonucleotide Drug Productsfor Severely Debilitating or Life-Threatening Diseases.

[3] DAMMES N, PEER D. Paving the road for RNA therapeutic [J]. Trends Pharmacol Sci, 2020, 41 (10) : 755-775.

[4] SETTEN RL, ROSSI JJ, HAN SP. The current state and future directions of RNAi-based therapeutics [J]. Nat Rev Drug Discov, 2019, 18 (6) : 421-446.

[5] Drug Approval Package: GIVLAARI (givosiran) Injection.

免责声明：该文章部分内容来源于网络及已公开资料，不对任何机构及个人产生建议或意见，如出现版权问题，请联系删除。