聚焦CRO丨寡核苷酸药物的遗传毒性评价

寡核苷酸药物（Oligonucleotides Therapeutics，ONTs）是一类由短链核苷酸构成的新型药物，可通过调控基因表达、干扰RNA生理功能发挥治疗作用，现已成为全球药物研发的热门领域。该类药物靶向性强、作用特异性高，在基因调控、疾病治疗与药物递送等领域应用前景广阔，也为罕见病、恶性肿瘤、代谢性疾病、神经系统疾病等传统疗法难以攻克的病症提供了全新治疗思路^[1]。但受自身结构影响，寡核苷酸药物有可能在体内与非目标核酸序列发生非特异性杂交，进而引发脱靶效应，存在诱发基因突变甚至肿瘤的潜在风险。

遗传毒性研究是药物非临床安全性评价的核心环节，也是药物推进至临床试验与上市阶段的必备依据。2026年3月，《癌变·畸变·突变》期刊发表了由中国食品药品检定研究院蒋晨晨、黄瑛、宋捷、文海若等作者撰写的综述——《寡核苷酸药物遗传毒性评价策略的研究进展》^[2]。本文结合该综述与国际人用药品注册技术协调会（The International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use, ICH）、美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）、寡核苷酸安全工作组（Oligonucleotide Safety Working Group，OSWG）等权威机构发布的技术指南，系统梳理寡核苷酸药物的遗传毒性作用机制、评价策略、试验方法及相关监管要求，剖析当前安全性评价体系的优势与现存挑战，以期为该类药物的研发与风险评估提供参考。

 

一、寡核苷酸药物的分类、作用机制与基本特征

01 药物分类及作用机制

前主流寡核苷酸药物主要包含反义寡核苷酸（Antisense oligonucleotide，ASO）、小干扰RNA（small interfering RNA, siRNA）、微小RNA（microRNA, miRNA）、核酸适配体（Aptamer）等品类，核酸序列互补配对、特异性分子结合是其核心作用原理，不同类型药物的作用模式各有差异^[3]：

• ASO：与靶 mRNA 特异性结合，一方面可招募核糖核酸酶 H（RNase H）切割靶 mRNA，另一方面可借助空间位阻阻碍 mRNA 的剪接、转运过程，从而抑制基因表达；

• siRNA：进入细胞后组装形成RNA诱导沉默复合物（RISC），精准识别并切割互补的靶 mRNA，实现基因表达沉默；

• miRNA：通过与靶mRNA部分互补配对，抑制mRNA翻译进程或加速其降解，对基因表达进行精细化调控；

• Aptamer：依靠自身空间折叠结构与靶蛋白高亲和力结合，阻断蛋白生理功能；诱饵寡核苷酸可模拟 DNA 结合位点，竞争性结合转录因子与蛋白复合物；免疫刺激寡核苷酸能够激活 Toll 样受体（TLR），触发机体免疫应答；

• mRNA 药物：向细胞内递送编码功能性蛋白的核酸序列，通过表达目标蛋白达成治疗效果。

02 药物基本特征

寡核苷酸药物最大的优势是靶向精准，可定向作用于致病相关核酸或蛋白，高效调控疾病分子通路。但天然未修饰的寡核苷酸存在明显短板：体内稳定性差，易被核酸酶降解，同时还存在血浆蛋白结合力弱、半衰期短、细胞摄取效率低等问题，严重制约药物在靶组织的分布与药效发挥。

为改善成药属性，业内普遍采用化学修饰手段提升药物稳定性、靶向性与药理活性，常用修饰方式包括硫代磷酸酯（PS）、2′-O - 甲基（2′-O-Me）、2′- 甲氧基乙基（2′-MOE）、2′- 氟代（2′-F）等。

 

二、寡核苷酸药物潜在遗传毒性作用机制

寡核苷酸药物的遗传毒性风险主要来源于化学修饰基团、体内代谢产物以及递送载体，整体可划分为直接损伤与间接干扰两大类型^[2]，风险高低与修饰类型、代谢产物特性、药物作用模式密切相关。

01 直接遗传毒性机制

直接遗传毒性指药物本身或其代谢产物直接与基因组DNA发生相互作用，造成DNA结构破坏、DNA复制异常，主要分为两种形式：一是修饰后的核苷酸单体掺入基因组，引发 DNA复制错误；二是形成核酸三链体结构，造成DNA局部损伤^{[2] [4]}。

02 间接遗传毒性机制

间接遗传毒性并非药物直接作用于DNA，而是通过其他通路间接提升DNA损伤概率^[5]。主要包括两类：其一为激活补体系统、诱发炎症反应，进而介导DNA损伤；其二为干扰DNA损伤修复通路，削弱细胞自身修复能力^[6]。

 

三、遗传毒性风险分级评价策略

01 国内外相关评价指导原则

从已上市产品的试验数据来看，寡核苷酸药物遗传毒性试验结果多为阴性，普遍认为该类药物整体遗传毒性风险偏低。但针对新型结构的寡核苷酸药物，仍需开展规范的遗传毒性试验，充分把控临床应用风险。

现阶段，该类药物的非临床安全性评价参考多项国际指南：生物技术属性相关评价可遵循 ICH S6 (R1)《生物技术药物的临床前安全性评价》；由于市面主流产品均为化学合成修饰产物，其遗传毒性评价主要参照小分子药物通用指南 ICH S2 R1《人用药物遗传毒性试验和结果分析指导原则》^[7]。即便基因突变并非寡核苷酸药物主要的遗传毒性表现， OSWG依旧建议将基因突变试验纳入常规评价项目。相关研究证实，经硫代磷酸酯（PS）修饰的反义寡核苷酸药物 Mipomersen（商品名:Kynamro），其 Ames 试验、体外染色体畸变试验、体内微核试验结果均为阴性，证明经典化学修饰并不会提升药物遗传毒性风险。

各国监管机构也出台了针对性专项指南：

• 2020 年 3 月，日本药品和医疗器械管理局（PMDA）发布《ONTs的临床前安全性评价指导原则》，明确仅由天然核苷酸构成的寡核苷酸药物可豁免遗传毒性试验[8]；

• 2024 年 11 月，美国 FDA 发布《Nonclinical Safety Assessment of Oligonucleotide-Based Therapeutics》草案，与日本监管要求保持一致；

• OSWG 同步提出，人体天然存在的未修饰寡核苷酸，以及采用 PS、2′-MOE、2′-O-Me 等经过充分安全验证的经典修饰的药物，均可豁免遗传毒性试验。

对于搭载新型化学修饰基团、属于非天然结构的寡核苷酸药物，要求完成全套传统遗传毒性试验；且试验需采用完整制剂（包含连接子、偶联物、脂质体等全部组分）开展，保证评价结果贴合临床实际。

02 推荐遗传毒性试验组合

OSWG 指出，寡核苷酸药物代谢过程中释放的修饰单核苷酸可能掺入基因组 DNA[9]，染色体损伤是该类药物遗传毒性评价的核心关注点，并推荐标准化试验组合^{[2] [9]}：

• ASO：与靶 mRNA 特异性结合，一方面可招募核糖核酸酶 H（RNase H）切割靶 mRNA，另一方面可借助空间位阻阻碍 mRNA 的剪接、转运过程，从而抑制基因表达；

• 体外哺乳动物细胞试验：检测染色体损伤，可选用体外染色体畸变试验或体外微核试验；

• 体外哺乳动物细胞基因突变试验：评估药物致突变风险；

• 体内试验：采用啮齿类动物骨髓微核试验，评价体内染色体损伤情况。

针对带有新型化学修饰或特殊递送载体的药物，其各组分需严格依照 ICH S2 (R1) 指南完成检测。试验过程中，需通过定性、定量手段验证靶细胞对药物的摄取能力；体外试验必须增设代谢活化系统，全面评估非寡核苷酸组分代谢产物的遗传毒性。

 

四、现有遗传毒性评价体系的局限性

当前主流评价方法仍存在诸多短板，无法完全精准评估寡核苷酸药物的遗传毒性^[2]：

• 易出现假阴性：经 PS 修饰或脂质纳米颗粒（LNP）包裹的寡核苷酸难以穿透细菌细胞壁，导致经典 Ames 试验结果失真；

• 体外模型存在缺陷：常规二维细胞系无法模拟药物在体内的组织分布特征，也缺少完整免疫微环境，易低估炎症诱发的间接遗传毒性；

• 物种差异显著：啮齿类动物模型难以复刻药物在人体内的特异性脱靶效应，评价结果参考性受限；

• 检测指标覆盖不全：现有评价体系未纳入炎症通路激活、活性氧（ROS）生成等间接遗传毒性相关指标。

 

五、未来评价技术发展方向

为弥补传统方法的不足，行业正逐步探索新一代评价技术：

• 引入三维类器官模型，替代传统二维细胞系，还原肝细胞等组织对药物的特异性摄取特点，更精准地检测药物诱导的 DNA 损伤^[10]；

• 应用单细胞测序技术，分析单细胞水平的基因组突变图谱，相较于传统群体检测方法，灵敏度大幅提升^[11]；

• 推广γ-H2AX 焦点检测技术，该方法对 DNA 双链断裂的定量检测能力优于体外染色体畸变试验，可作为遗传毒性早期筛查指标。

 

六、结论与展望

寡核苷酸药物是生物医药领域极具潜力的发展方向，其遗传毒性评价体系也需随技术与监管要求持续优化。

在技术层面，未来可推动器官芯片、人工智能预测模型、多组学分析技术的融合应用，进一步提升遗传毒性评价的效率与精准度；

在监管层面，结合寡核苷酸药物的作用机制完善分级评价体系，明确试验豁免的科学标准，在保障用药安全的同时，减少不必要的动物实验，推动行业绿色、高效发展。

 

参考文献：

[1] Obexer R, Nassir M, Moody ER, et al. Modern approaches to therapeutic oligonucleotide manufacturing[J]. Science, 2024, 384(6692): adl4015.

[2] 蒋晨晨, 黄瑛, 宋捷, 文海若. 寡核苷酸药物遗传毒性评价策略的研究进展[J]. 癌变·畸变·突变, 2026, 38(2): 160-165. DOI: 10.3969/j.issn.1004-616x.2026.02.012.

[3] Roberts TC, Langer R, Wood MJA. Advances in oligonucleotide drug delivery[J]. Nat Rev Drug Discov, 2020, 19(10): 673-694.

[4] Li C, Zhou ZZ, Ren C, et al. Triplex-forming oligonucleotides as an anti-gene technique for cancer therapy[J]. Front Pharmacol, 2022, 13: 1007723.

[5] Henry SP, Beattie G, Yeh G, et al. Complement activation is responsible for acute toxicities in Rhesus monkeys treated with a phosphorothioate oligodeoxynucleotide[J]. Int Immunopharmacol, 2002, 2(12): 1657-1666.

[6] Shen W, Liang XH, Sun H, et al. 2′-Fluoro-modified phosphorothioate oligonucleotide can cause rapid degradation of P54nrb and PSF[J]. Nucleic Acids Res, 2015, 43(9): 4569-4578.

[7] ICH. Guidance on Genotoxicity Testing and Data Interpretation for Pharmaceuticals Intended for Human Use S2(R1)[EB/OL]. (2011-11-09).

[8] PMDA. The guideline for the non-clinical safety evaluation of oligonucleotide therapeutic products, 2020.

[9] Berman CL, Barros SA, Galloway SM, et al. OSWG recommendations for genotoxicity testing of novel oligonucleotide-based therapeutics[J]. Nucleic Acid Ther, 2016, 26(2): 73-85.

[10] Chen X, Liu X, Li QH, et al. A patient-derived organoid-based study identified an ASO targeting SNORD14E for endometrial cancer through reducing aberrant FOXM1 Expression and β-catenin nuclear accumulation[J]. J Exp Clin Cancer Res, 2023, 42(1): 230.

[11] Mortberg MA, Gentile JE, Nadaf NM, et al. A single-cell map of antisense oligonucleotide activity in the brain[J]. Nucleic Acids Res, 2023, 51(14): 7109-7124.