2018年，美國FDA和歐洲EMA批準(zhǔn)了來自RNA藥物制造兩大巨頭Ionis Pharmaceuticals公司的反義寡核苷酸療法藥物Tegesedi（Inotersen）和Alnylam Pharmaceuticals公司的siRNA療法藥物Onpattro（Patisiran），用于治療遺傳性轉(zhuǎn)運(yùn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變性，成為了RNA治療領(lǐng)域新的里程碑。近年來，RNA療法已經(jīng)取得了較為長足的發(fā)展，大型制藥公司也正在不斷加大對(duì)于RNA藥物研究的投資。不過，傳統(tǒng)的RNA治療主要還是集中于ASO與siRNA兩大領(lǐng)域，而近年來呈研究上升趨勢的RNA編輯為RNA治療提供了新的選擇。那么本期的推送，小編就帶大家來看一看我們之前曾詳細(xì)分析過的RNA編輯是如何應(yīng)用到腫瘤與遺傳疾病治療中！

正如小編剛剛總結(jié)的，傳統(tǒng)的靶向核酸的RNA治療是基于反義寡核苷酸（antisense oligonucleotides, ASO）和RNA干擾（RNAi）兩大原理[1]。它們主要都是通過與RNA分子進(jìn)行互補(bǔ)而起到影響翻譯或降解RNA的效果，進(jìn)而消除錯(cuò)誤蛋白對(duì)細(xì)胞或機(jī)體的影響，一些相關(guān)藥物也已經(jīng)獲批上市。此外，以CRISPR/Cas9為代表的DNA編輯技術(shù)已經(jīng)發(fā)展相當(dāng)成熟，在諸多遺傳病治療中已經(jīng)顯示出其強(qiáng)大的能力，特別是它和腫瘤免疫治療相結(jié)合，已發(fā)展成為新一代基因編輯CAR-T技術(shù)。那么，在這樣的背景之下，為什么我們還要選擇RNA編輯作為治療方式呢？

 

一、傳統(tǒng)RNA療法與DNA療法面臨的挑戰(zhàn)

 

1. 傳統(tǒng)的RNA療法的局限

ASO與RNAi等傳統(tǒng)的RNA療法雖然取得了很多進(jìn)展，但仍然存在以下問題：

1. 較多藥物穩(wěn)定性低，具有一定程度的脫靶性，且靶向藥物活性較低[2]；

2. 它們的脫靶往往會(huì)導(dǎo)致內(nèi)源正常mRNA在翻譯前水平的非正常降解；

3. 這些RNA 療法常常伴隨著一定程度的副作用，如ASO藥物常存在血液凝固異常，血小板減少以及腎臟損害等風(fēng)險(xiǎn)。

因此，傳統(tǒng)RNA療法的發(fā)展并非一帆風(fēng)順。

 

圖1. 常見調(diào)節(jié)基因表達(dá)的反義機(jī)制[2]

 

2. DNA療法的局限

DNA療法（基因治療）在現(xiàn)有臨床上主要還是采用以病毒為遞送載體的過表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行治療，而基因編輯治療整體上還是處在基礎(chǔ)研究向臨床前研究的過度階段。而此類治療方式也可能存在著以下問題：

1. 蛋白分子量過大，使得通過病毒載體進(jìn)行裝載及人體內(nèi)遞送十分困難；

2. 由于蛋白過表達(dá)可能引起潛在的脫靶效應(yīng)；

3. 外源蛋白表達(dá)有可能引起機(jī)體產(chǎn)生免疫反應(yīng)；

4. 機(jī)體內(nèi)的抗體有可能會(huì)和蛋白發(fā)生中和反應(yīng)從而導(dǎo)致編輯失敗。

正是因?yàn)榇嬖谥�的種種小問題，疾病治療領(lǐng)域就更需要進(jìn)行更多新的方法學(xué)嘗試，進(jìn)而打開疾病治療的新大門。

 

二、RNA編輯的優(yōu)勢

 

那么，從整體上看，RNA編輯的優(yōu)勢究竟在哪里呢？讓我們還是回歸到基本的中心法則吧！

 

1. DNA編輯的顧慮

RNA的生物合成是依賴于DNA的。DNA作為大多數(shù)生物（除少數(shù)病毒外）遺傳信息的基本載體，在生命活動(dòng)中扮演著重要的角色，但是這也決定了它必須要盡可能少地出現(xiàn)錯(cuò)誤。雖然DNA編輯技術(shù)有著很強(qiáng)大的功能，但是對(duì)DNA進(jìn)行編輯仍然在很多應(yīng)用情景下存在著倫理和安全上的顧慮，這樣成為了DNA編輯在發(fā)展過程中的不可忽視的一大問題。

 

2. RNA編輯的獨(dú)到之處

相比于基因編輯是直接在DNA水平進(jìn)行操作，RNA編輯則是通過ADAR等脫氨酶在RNA尺度上進(jìn)行單堿基的校正，使得DNA水平的突變可以通過中介調(diào)整而產(chǎn)生正確的蛋白。這樣，我們就可以在完全不改變DNA序列的情況下糾正蛋白質(zhì)水平的錯(cuò)誤。此外，特定的RNA在體內(nèi)存在的時(shí)間相對(duì)較短，相比通過編輯DNA來永久改變基因組，RNA編輯在安全性上也有著不言而喻的優(yōu)勢。

 

編輯RNA為我們?cè)诜�譯前修復(fù)缺陷蛋白提供了新的思路和可能，是之前傳統(tǒng)的RNA療法和基因療法都無法做到的，有助于多種疾病的治療。

 

三、RNA編輯治療的進(jìn)展

 

由于RNA編輯還是屬于較為新興的研究領(lǐng)域，所以還沒有真正進(jìn)入臨床。但是在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，許多新的RNA編輯工具已經(jīng)開始著眼于尋找疾病治療的應(yīng)用，如單堿基遺傳疾病及癌癥等。1. 單堿基遺傳疾病治療

在迄今為止已知的諸多遺傳病中，致病類型最多的還是單堿基突變。研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在已知的與疾病相關(guān)的50000種人類基因變異中，由于單堿基的改變而導(dǎo)致疾病的＞30000種（圖2）。雖然這些突變可能會(huì)被ABE或CBE等基因編輯工具較正，但是基于ADAR等的“RNA單堿基編輯器”同樣可以在RNA水平糾正突變。下面是一些近期報(bào)道的RNA編輯治療遺傳疾病的成功案例。

 

圖2. 人類遺傳病中單堿基突變類型

 

A1-AT綜合征α1-抗胰蛋白酶缺乏癥是血中抗蛋白酶成分：α1-抗胰蛋白酶（簡稱A1-AT）缺乏引起一種先天性代謝病。SERPINA1 (絲氨酸蛋白酶抑制劑家庭成員1)中的PiZZ突變(E342K)是A1-AT缺陷癥最主要的原因。由于PiZZ等位基因的缺失，抗胰蛋白酶功能喪失，對(duì)肺和肝臟造成嚴(yán)重?fù)p害。

來自德國杜賓根大學(xué)的Stafforst團(tuán)隊(duì)今年1月在Nature Biotechnology提出的RSETORE工具（可見RNA編輯系列上一篇推文）通過程序化設(shè)計(jì)的ASO招募內(nèi)源性ADAR成功修復(fù)了E342K的疾病突變，并且在細(xì)胞上可以達(dá)到接近30%的編輯效率[3]。

 

圖3. RESTORE修復(fù)A1-AT綜合征突變

 

Hurler綜合征

又稱IH型粘多糖病，是由于α-L-艾杜糖醛酸酶（IDUA）缺乏而導(dǎo)致的一種遺傳疾病。北京大學(xué)魏文勝課題組于年7月在Nature Biotechnology上提出的一種名為LEAPER的工具（可見RNA編輯系列上一篇推文），通過長鏈arRNA招募內(nèi)源性ADAR對(duì)Hurler綜合征患者原代細(xì)胞中的致病突變進(jìn)行了修復(fù)，且基本不出現(xiàn)脫靶現(xiàn)象[4]。

 

圖4. LEAPER對(duì)IDUA突變的校正

 

肌營養(yǎng)不良癥和鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶缺乏癥

這兩種疾病同樣也是來源于活性蛋白（或酶）的缺乏。加州大學(xué)圣地亞哥分校的Mali博士使用改造過的指導(dǎo)RNA，將ADAR結(jié)合并且將帶到正確RNA序列處進(jìn)行編輯，在小鼠模型中修復(fù)了這兩類疾病的表型。這也是RNA編輯治療在動(dòng)物體內(nèi)成功的代表性工作[5]。

 

圖5. RNA編輯治療肌營養(yǎng)不良和鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶缺乏癥

 

2. 癌癥的治療如果說所有癌癥都有一個(gè)共同點(diǎn)的話，那就是無共同性。為什么每個(gè)人的腫瘤都不一樣？RNA編輯或許就是幕后黑手之一。腺苷（A）到肌苷（I）的RNA編輯給腫瘤轉(zhuǎn)錄組學(xué)中引入了許多核苷酸改變，造成腫瘤具有廣泛的個(gè)體異質(zhì)性[6]；而且異常RNA編輯使致瘤相關(guān)基因正常轉(zhuǎn)錄RNA翻譯出異常蛋白質(zhì)，導(dǎo)致原蛋白質(zhì)參與的各種生理功能的異常（如異常編輯PTEN或NF1等重要抑癌基因）。這就使得癌癥治療十分困難！

RNA編輯的出現(xiàn)可以對(duì)癥下藥，將出錯(cuò)的腫瘤轉(zhuǎn)錄組或突變?cè)��?抑癌基因進(jìn)行糾正，也可以對(duì)可能產(chǎn)生癌癥的潛在危害進(jìn)行控制。

 

下面以抑癌基因P53和β-catenin為例，闡述RNA編輯如何對(duì)腫瘤相關(guān)基因進(jìn)行糾正與調(diào)控！P53

抑癌基因TP53（P53）在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用，在50%以上的人類癌癥中頻繁發(fā)生突變。TP53中c.158 G-to-A突變是一種臨床相關(guān)的無義突變(Trp53Ter)，會(huì)導(dǎo)致非功能性的截短蛋白，進(jìn)而誘發(fā)癌癥。同樣是剛剛所述的LEAPER工具能有效糾正突變導(dǎo)致的終止密碼子，進(jìn)而產(chǎn)生正常的TP53蛋白[4]。

 

圖6. RNA編輯修復(fù)P53突變

 

β-cateninβ-連環(huán)蛋白（β-catenin）是一種與細(xì)胞正常生長相關(guān)聯(lián)的蛋白，它的磷酸化會(huì)導(dǎo)致蛋白的活化和細(xì)胞的生長。如果永久地發(fā)生這樣的改變，則細(xì)胞就會(huì)處于一種不受控制的生長狀態(tài)，可能導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

張峰團(tuán)隊(duì)提出的RESCUE（RNA版本的CBE，見RNA編輯系列上一篇推文）工具通過對(duì)RNA的精準(zhǔn)編輯，能直接激活β-catenin蛋白，促進(jìn)細(xì)胞生長。如果使用的是傳統(tǒng)的DNA編輯手段，β-catenin蛋白就會(huì)被永久激活，導(dǎo)致細(xì)胞不受控的生長，甚至是產(chǎn)生癌癥。但利用RESCUE工具編輯RNA，只會(huì)促進(jìn)短期的細(xì)胞生長。既可以促進(jìn)傷口的愈合，也不會(huì)引起不可控的副作用。

 

圖7. RESCUE編輯β-catenin控制細(xì)胞生長

 

怎么樣，看過了小編的總結(jié)，是不是對(duì)RNA編輯在疾病治療里的應(yīng)用前景充滿了期待呢？雖然現(xiàn)在RNA編輯在治療中的研究還是屬于初級(jí)階段，但是小編相信，隨著RNA研究浪潮的來臨，RNA編輯治療會(huì)和已經(jīng)不斷前進(jìn)發(fā)展的RNA療法主流融合并攜手，開創(chuàng)分子水平治療的新時(shí)代！

 

參考文獻(xiàn)

[1] Dowdy SF. Overcoming cellular barriers for RNA therapeutics. Nat Biotechnol. 2017, 35 (3):222-229.

[2] Crooke ST, Witztum JL, Bennett CF, et al. RNA-Targeted Therapeutics. Cell Metab. 2018, 27 (4):714-739.

[3] Merkle T, Merz S, Reautschnig P, et al. Precise RNA editing by recruiting endogenous ADARs with antisense oligonucleotides. Nat Biotechnol, 2019, 37 (2): 133-138.

[4] Qu L, Yi Z, Zhu S, et al. Programmable RNA editing by recruiting endogenous ADAR using engineered RNAs. Nat Biotechnol, 2019, 37 (9): 1059-1069.

[5] Katrekar D, Chen G, Meluzzi D, et al. In vivo RNA editing of point mutations via RNA-guided adenosine deaminases. Nat Methods, 2019, 16 (3): 239-242.

[6] Peng X, Xu X, Wang Y, et al. A-to-I RNA Editing Contributes to Proteomic Diversity in Cancer. Cancer Cell. 2018, 33 (5):817-828.

[7] Abudayyeh OO, Gootenberg JS, Franklin B, et al. A cytosine deaminase for programmable single-base RNA editing. Science, 2019, 365 (6451): 382-386.