小核酸药物行业报告：自古雄才多磨难小核酸迎新纪元-20200819-财通证券.pdf

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1、 最近一年行业指数走势最近一年行业指数走势 -16%0%16%32%48%64%80%96%2019-082019-122020-04医药生物上证指数深证成指行业专题报告行业专题报告 投资评级投资评级:增持增持(维持维持)2020 年 08 月 19 日 小核酸药物行业报告小核酸药物行业报告 医药生物医药生物 小核酸药物守得云开见月明，小核酸药物将创造黄金盛世小核酸药物守得云开见月明，小核酸药物将创造黄金盛世 在经历了多年的沉寂后，随着 2018 年 FDA 对于 siRNA 药物 Patisiran 的批准上市，小核酸药物迎来了发展的新纪元。RNA 药物的特点在于它们可以直接与 mRNA 结

2、合并造成其降解，从而防止致病蛋白质被转录，可用于治疗 Kras 等传统小分子、单抗认为难以成药的突变，且易于工业化放大生产。值得注意的是，小核酸药物在研发成功率上达到了突破性的变革，以 siRNA 领域领先的公司 Alnylam 为例，Alnylam 公司的研发项目从 1期临床进展到 3 期临床试验结果积极的成功率达到 54.6%，一旦克服毒副作用和递送手段方面的挑战，成功开发 RNAi 疗法的药物反而会变得相对简单。要提升要提升 RNAi 的作用，递送系统是重中之重的作用，递送系统是重中之重 为了更好地发挥 RNAi 的作用，小核酸药物必须克服药理学方面的挑战，靶向特异性，脱靶 RNAi 活

3、性，免疫原性以及与药代动力学相关的全身循环等问题。这些挑战使得序列选择与结构、化学修饰以及递送系统的选择都在 RNAi 药物的成药性上起到了至关重要的作用。而其中，递送系统又可谓是重中之重。在成熟度上，LNP 与 GalNAc 相对在成熟度、可成药性上遥遥领先。投资建议投资建议 在接下来的 5-10 年中，随着对 RNAi 机制更加深刻的理解，具有增强的特异性和效力的先进 RNAi 载体系统的开发，可能会带来 RNAi 领域新的突破性疗法，多项小核酸药物有望稳定持续获批。我们预测小核酸的黄金时代已至，保守估计 2025 年全球市场规模将远超 100 亿美元，并在未来二十年内保持持续高速发展。给

4、予行业“增持”评级，建议重点关注国内非上市企业：白橡树海昶生物、苏州瑞博、中美瑞康。风险提示：风险提示：临床试验进展不达预期；研发不及预期；行业专利竞争的风险；新载体技术替代的风险。行业行业研究研究 财通证券研究所财通证券研究所 自古雄才多磨难，小核酸迎新纪元自古雄才多磨难，小核酸迎新纪元 请阅读请阅读最后一页的重要声明最后一页的重要声明 以才聚财以才聚财，财通天下，财通天下 证券证券研究报告研究报告 联系联系信息信息 张文录张文录 分析师分析师 SAC 证书编号：S0160517100001 华挺华挺 联系人联系人 相关报告相关报告 1 春风来不远，ADC 行业渐入佳境:抗体偶联药物（ADC

5、）专题报告 2020-06-29 2 龙头坚挺，助力挖掘价值重构型公司:2020 医药中期投资策略报告标题报告标题 2020-06-29 3 或技术性调整，但不改必选消费中期避险逻辑:“药”倾听市场的声音第一百一十五期 2020-04-27 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 2 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 内容目录内容目录 1 1、自古雄才多磨难自古雄才多磨难,小核酸药物守得云开见月明小核酸药物守得云开见月明 .4 4 1.1 二十载峥嵘岁月，守得云开终见月明.4 1.2 对标单抗发展史，小核酸药物将打造黄

6、金盛世.7 2 2、RNAi 目前认知的作用机理目前认知的作用机理 .1010 2.1 siRNA 的作用机制.10 2.2 miRNA 的作用机制.11 2.3 piRNA 的作用机制.12 2.4 反义核酸 ASO.12 2.5 其他小 RNA 研发热点.13 3 3、序列选择序列选择-小核酸药物研发的重要小核酸药物研发的重要因素因素.1414 4 4、化学修饰化学修饰-小核酸药物的基础小核酸药物的基础.1616 4.1 磷酸骨架修饰.16 4.2 核糖部分修饰.17 4.3 碱基修饰.18 5 5、载体系统载体系统RNAi 给药的重中之重给药的重中之重 .1919 5.1 RNAi 给药

7、的挑战.19 5.2 脂质体和类脂质纳米颗粒.21 5.3 典型脂质体 RNAi 药物介绍.24 5.4 GalNAc 递送系统-肝细胞靶向极佳的递送系统.28 5.5 胞外囊泡递送系统.31 5.6 各类递送系统比较.32 6 6、他山之石他山之石黑石黑石 20 亿美元投资亿美元投资 RNAi，行业黄金岁月即将到来，行业黄金岁月即将到来 .3232 7 7、投资建议投资建议 .3434 7.1 白橡树海昶生物.35 7.2 苏州瑞博.36 7.3 saRNA 药物公司-中美瑞康.37 8 8、风险提示风险提示 .3838 图表目录图表目录 图图 1：RNAi 发展历程发展历程 .5 5 图图

8、 2：RNAi 主要治疗领域主要治疗领域 .6 6 图图 3：小核酸药物主要靶向器官：小核酸药物主要靶向器官.7 7 图图 4：单抗发展历程：单抗发展历程 .8 8 图图 5：Alnylam 研发成功率高研发成功率高 .9 9 图图 6：ASO 药物销售额（单位：百万美金）药物销售额（单位：百万美金）.9 9 图图 7：Patisiran 各季度销售额各季度销售额 .9 9 图图 8：RNAi 作用机制作用机制 .1010 图图 9：ASO 作用机制作用机制 .1212 图图 10：circRNA .1313 图图 11：序列选择对：序列选择对 RNAi 作用十分关键作用十分关键 .1414

9、图图 12：磷酸骨架的常见修饰：磷酸骨架的常见修饰 .1616 图图 13：常用的核糖部分修饰：常用的核糖部分修饰 .1717 图图 14：常用的碱基修饰：常用的碱基修饰 .1919 图图 1515：目前基因给药的主要瓶颈目前基因给药的主要瓶颈 .2020 mRmQnPxPzR7NcM7NsQmMmOpPeRrRzRjMoMpP8OnMpRxNpNxPNZmPsO 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 3 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 图图 1616：各类递送系统各类递送系统 .2121 图图 1717：脂质体脂

10、质体 LNP 载药系统载药系统 .2222 图图 1818：常用的阳离子脂质材料常用的阳离子脂质材料 .2222 图图 1919：常用的可离子化脂质常用的可离子化脂质 .2323 图图 2020：Patisiran 处方处方 .2525 图图 2121：Patisiran 治疗机制与构成治疗机制与构成 .2626 图图 2222：Patisiran 临床疗效展示临床疗效展示 .2626 图图 2323：Onpattro 销售销售额保持高速增长额保持高速增长 .2727 图图 2424：LNP 作为作为 mRNA 疫苗的主要递送系统疫苗的主要递送系统 .2828 图图 2525：GalNAc 肝

11、靶向递送的作用机理肝靶向递送的作用机理 .2929 图图 2626：ASGR在原发性肝癌在原发性肝癌 HCC 中低表达中低表达 .3030 图图 2727：GIVLAARI 临床主要终点结果临床主要终点结果.3131 图图 2828：Exosome 结结构构 .3131 图图 2929：AlnylamAlnylam 研发方向与管线情况研发方向与管线情况.3333 图图 3030：Alnylam 计划每年递交计划每年递交 2-4 个个 IND .3434 图图 3131：Alnylam 研发成功率高研发成功率高 .3434 图图 32：白橡树海昶生物小核酸药物：白橡树海昶生物小核酸药物管线情况管

12、线情况 .3636 图图 3333：苏州瑞博管线情况苏州瑞博管线情况 .3737 图图 3434：中美瑞康管线情况中美瑞康管线情况 .3838 表表 1：小核酸药物的多重优势：小核酸药物的多重优势 .4 4 表表 2：1998 年年-至今已上市的小核酸药物至今已上市的小核酸药物 .5 5 表表 3 3：siRISCsiRISC 诱导基因沉诱导基因沉默的具体方式默的具体方式 .1111 表表 4：ASO 已有多款药物获批已有多款药物获批 .1212 表表 5：RNAi 药物的毒副反应药物的毒副反应 .1414 表表 6：序列的设计主要步骤：序列的设计主要步骤 .1515 表表 7：PS 修饰的应

13、用与优劣势修饰的应用与优劣势 .1616 表表 8：磷酸骨架的修饰策略：磷酸骨架的修饰策略 .1717 表表 9：核糖部分修饰：核糖部分修饰 .1818 表表 10：核糖部分修饰：核糖部分修饰.1818 表表 11：增加脂质体：增加脂质体 LNP 靶向性可选的靶标靶向性可选的靶标.2424 表表 12：目前工业界认为较：目前工业界认为较好的脂质筛选标准好的脂质筛选标准 .2424 表表 13：GalNAc 的优劣势的优劣势 .2929 表表 14：各类：各类 RNAi 递送系统递送系统 .3232 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准

14、 4 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 1 1、自古雄才多磨难自古雄才多磨难,小核酸药物守得云开见月明小核酸药物守得云开见月明 1.1 1.1 二十载峥嵘岁月，守得云开终见月明二十载峥嵘岁月，守得云开终见月明 1998年，Andrew Fire和 Craig Mello发表了一篇开创性的论文，确定双链 RNA（dsRNA）是秀丽隐杆线虫的转录后基因沉默（PTGS）的病原体，这种现象被称为 RNA 干扰（RNAi）。RNAi 的发现解释了令人费解的植物和真菌基因沉默现象，并掀起了一场生物学革命，该革命最终表明非编码 RNA 是多细胞生物中基因表达的主要调节因子。随着认识的不断深

15、入，Elbashir 等人发现 21 和 22 个核苷酸（nt）dsRNA可以在哺乳动物细胞中诱导 RNAi 沉默，而不会引起非特异性干扰素反应，使得siRNA 很快就成为生物学研究中的普遍工具。表表 1：小核酸药物的多重优势小核酸药物的多重优势 优势优势 说明说明 特异性强 由于小核酸药物根据目标 RNA 人工设计，所以目标明确，靶点特异性强。设 计 简便、研发周期短 小核酸药物临床前研发首先通过测定基因序列，针对疾病基因进行合理设计，使基因靶向沉默，所以能避免盲目开发，极大节省研发时间。靶点丰富 小核酸药物从转录后水平进行治疗，能针对一些蛋白靶点难有疗效的特殊靶点进行突破，有望攻克尚无药物

16、的遗传疾病。转化基础深厚 RNA 干扰技术发展至今已经成熟，从实验室到临床转化相对容易。数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 到到 2003年，已有多家公司致力于年，已有多家公司致力于 RNAi的治疗领域。的治疗领域。不幸的是，使用未修饰的 siRNA的第一批临床试验导致了免疫相关毒性和可疑的 RNAi 效应。随后为了减少核酸酶对于未修饰 RNA 的降解作用，头部企业脂质体等纳米制剂对 siRNA 进行递送。虽然使用了新的递送系统的 siRNA 在临床试验取得了重要进展，例如首次确认全身施用的纳米颗粒对人类的 RNAi 效应，但受制于当时载体系统技术仍不成熟，siRNA 纳米颗粒显

17、示出了明显的剂量限制性毒性和不足的治疗效果。结果，大型制药公司在 2010 年初退出了 RNAi 领域，给该行业带来了资金危机。经过多年沉寂，经过多年沉寂，RNAi 领域进入新纪元。领域进入新纪元。尽管存在这些挑战，规模较小的 RNAi 公司和学术研究人员仍吸取了先前临床试验失败的惨痛教训，并坚持不断改进序列选择、核苷酸化学修饰和递送机制。这些实质性进展，加上对疾病适理解的深入，更成熟的临床开发过程和更强的制造能力，开拓了一条更安全、有效的 RNAi 治疗途径。2016 年以来，多款 ASO（反义寡核酸）药物陆续上市给了行业一定信心，但由于 Ionis 药品很多机理尚不明确，产业界仍有质疑。而

18、 2018 年 8 月 10 日，美国 FDA 批准了作用于肝脏的 siRNA 药物 patisiran（Onpattro），以治疗遗传性疾病转甲状腺素蛋白淀粉样变性病（hATTR）。Patisiran 的批准为医疗需求未得到满足的 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 5 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 hATTR 患者带来了新希望，真正预示着 RNAi 治疗领域新纪元的到来。图图 1：RNAi 发展历程发展历程 数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 表表 2：1998 年年-至今已上市的小核酸药物至

19、今已上市的小核酸药物 时间时间 药物药物 公司公司 简介简介 1998 Fomivirsen Ionis/Novartis FDA 批准上市的第一个反义寡核苷酸反义寡核苷酸类药物，是 CMV 视网膜炎的二线治疗药物 2004 Macugen Eyetech/Pfizer 化学合成的寡核苷酸序列，治疗新生血管性黄斑病变（核核酸适配体酸适配体）2013 Kynamro 赛诺菲 硫代磷酸寡核苷酸硫代磷酸寡核苷酸药物，用于治疗纯合子型家族性高胆固醇血症（HOFH）罕见病 2016 Exondys51 Sarepta Therapeutics 磷酰二胺吗琳代寡核苷酸磷酰二胺吗琳代寡核苷酸，用于治疗杜氏肌

20、营养不良症（DMD）罕见病 2016 Defitelio Gentium 用于治疗肝静脉闭塞症伴随造血干细胞抑制后肾或肺功能障碍 2018 Spinraza 百健/Ionis 用于治疗脊髓型肌萎缩症（SMA）（反义寡核苷酸反义寡核苷酸）罕见病 2018 Tegsedi Ionis 唯一靶向 RNA 的 haTTA 治疗药物（反义寡核苷酸反义寡核苷酸）罕见病 2018 Onpattro(Patisiran)Alnylam/Genzyme 首款（siRNA）药物，用于治疗由 hATTR（遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性）引起的多发性神经疾病 2019 Waylivra(EMA,有条件批准)Ionis

21、/Akcea/Therapeutics 首个用于治疗家族性乳糜微粒血症综合征（FCS）（反义反义寡核苷酸寡核苷酸）罕见病 2019 Vyondys 53 Sarepta Therapeutics FDA 批准的第二种针对 DMD的 RNA 外显子跳跃疗法（反反义寡核苷酸义寡核苷酸）2019 Givlaari Alnylam 全球第二款（siRNA）药物，用于治疗成人急性肝卟啉症（AHP）罕见病 数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 6 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告

22、 目前，从治疗领域来看目前，从治疗领域来看，小核酸药物研发的重点治疗领域包括杜氏肌营养不良、肿瘤、囊性纤维化等各类疾病。由于小核酸药物兼具基因修饰和传统药物的双重特点，故未来将在多个领域大展身手，预计在基因遗传性疾病和病毒感染性疾病领域中将有不俗表现。图图 2：RNAi 主要治疗领域主要治疗领域 数据来源：数据来源：cortellis，财通证券研究所财通证券研究所 小核酸药物治疗的靶器官主要受递送系统影响小核酸药物治疗的靶器官主要受递送系统影响，肝肾等器官是载体天然易被动集聚的器官，针对肝脏，肾脏和眼部适应症的多种候选药物目前正在 I，II 和 III 期临床试验中，并且针对中枢神经系统（CN

23、S）和其他非肝脏组织的研究性新药（IND）应用有望实现。谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 7 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 图图 3：小核酸药物主要靶向器官：小核酸药物主要靶向器官 数据来源：数据来源：Nature，财通证券研究所，财通证券研究所 1.2 1.2 对标单抗发展史，小核酸药物将打造黄金盛世对标单抗发展史，小核酸药物将打造黄金盛世 小核酸药物与单抗药物类似，都为突破性、技术驱动型行业。小核酸药物与单抗药物类似，都为突破性、技术驱动型行业。单抗药物的杂交瘤技术与小核酸药物的 RNA 干扰技术都是获得

24、诺贝尔奖的划时代技术，具有突破性特点。单抗类大分子生物药相比原有小分子靶向药物相比具有更高的特异性，特异性地检测一个靶表位，不易与其它蛋白质发生交叉反应。同样的，RNAi 药物相比目前蛋白水平发挥作用的药物，具有更为独特的优势：RNA 药物的特点在于它们可以直接与 mRNA 结合并造成其降解，从而防止致病蛋白质被转录。另一个优势是 RNA 药物可以轻易地将其与现有疗法合并使用。单抗和小核酸药物都属于典型的技术驱动型行业，随着高壁垒技术的逐个攻破，单抗和小核酸药物都属于典型的技术驱动型行业，随着高壁垒技术的逐个攻破，行业发展的障碍被扫清，将呈现快速增长的态势。行业发展的障碍被扫清，将呈现快速增长

25、的态势。单抗行业的发展有赖于技术的发展，行业发展之初受限于抗体筛选技术限制、生产工艺不完善、抗体稳定性不佳等问题，抗体生产成本一直居高不下，远远无法达到小分子药物的经济性，行业发展前期举步维艰。但随着人源化嵌合技术、噬菌体展示文库技术、转基因小鼠技术、兔抗、Fed-batch、高效连续流培养、培养基优化等关键技术的突破，限制行业发展的因素被逐步解决，行业呈现出快速增长的态势。相同的，经过了近二十年的发展，原先小核酸药物面临的主要问题诸如免疫原性、稳定性及递送系统问题都取得了极大的突破，多年来已有多款 ASO 药物获批，同时 2018 年 siRNA首个药物获批，也正是标志着行业逐步走向成熟，可

26、推测 RNAi 药物在未来 10 年将迎来快速发展，有望像单抗市场一样，在未来 30 年成为新经济的核心引擎之一。谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 8 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 图图 4：单抗发展历程：单抗发展历程 数据来源：数据来源：BMC，财通证券研究所财通证券研究所 小核酸药物具有显著的优势，尤其是在研发成功率上达到了突破性的变革，且生小核酸药物具有显著的优势，尤其是在研发成功率上达到了突破性的变革，且生产放大工艺相对容易。产放大工艺相对容易。除了前文所述的优势，小核酸药物在生产上也相对单独较低，小

27、核酸的合成相对简单，递送系统如脂质体 LNP 工艺相对成熟，容易在工业化级别放大。值得注意的是，小核酸药物在研发成功率上具有划时代的优势。以siRNA 领域领先公司 Alnylam 为例，Alnylam 公司的研发项目从公司的研发项目从 1 期临床进展到期临床进展到 3期临床试验结果积极的成功率达到期临床试验结果积极的成功率达到 54.6%，远远高于新药开发的行业平均值。这是因为所有的研发项目都基于人类遗传学验证过的靶点，而且生物标志物的使用是所有研究项目的一部分。一旦克服毒副作用和递送手段方面的挑战，成功开发RNAi 疗法反而变得相对简单。届时，限制届时，限制 RNAi 疗法开发的因素将变为

28、如何找到疗法开发的因素将变为如何找到合适的靶点。合适的靶点。谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 9 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 图图 5：Alnylam 研发成功率高研发成功率高 数据来源：数据来源：Alnylam 官网，财通证券研究所官网，财通证券研究所 小核酸药物有望在小核酸药物有望在 2025 年前创造年前创造 100 亿美金市场，并在未来亿美金市场，并在未来二十二十年内保持持续年内保持持续高速发展。高速发展。目前已经小核酸药物已有多款药物获批，并且在商业上取得了一定的成功。成功的代表药物是 ASO 药

29、物 Nusinersen，用于治疗脊髓性肌萎缩症(SMA)，截至 2019 年底，其累计销售额为 47 亿美元；另外，目前批准的两种 siRNA 药物Patisiran 和 Givosiran 也都取得了极好的销售额，Patisiran 在 2019 年上市的第一年销售额已超过 1.5 亿美元。图图 6：ASO 药物销售额（单位：百万美金）药物销售额（单位：百万美金）图图 7：Patisiran 各季度销售额各季度销售额 数据来源：数据来源：cortellis，财通证券研究所，财通证券研究所 数据来源：数据来源：Alnylam 财报，财通证券研究所财报，财通证券研究所 在接下来的 5 年中，随

30、着对 RNAi 机制更加深刻的理解，具有增强的特异性和效力的先进 RNAi 载体系统的开发，可能会带来 RNAi 领域新的突破性疗法，多项小核酸药物有望稳定持续获批。我们我们预测小核酸的黄金时代已至，保守估计预测小核酸的黄金时代已至，保守估计 2025050010001500200025002016201720182019ExondysSpinrazaTegsedi0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%010203040506070802018Q4 2019Q1 2019Q2 2019Q3 2019Q4 2020Q1ONPATTRO 季度销售额销售额（单位：百万美金）增

31、长率 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 10 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 年全球市场规模将远超年全球市场规模将远超 100 亿美元亿美元，并在未来并在未来二十二十年内保持持续高速发展年内保持持续高速发展。2 2、RNAi 目前认知的作用机理目前认知的作用机理 RNAi由长度为 20-30 nt的 sncRNA 触发，根据 sncRNA 生物合成和作用机制的不同，可将其分为 siRNA（small interfering RNA）、miRNA（microRNA）和 piRNA（PIWI-interacting

32、 RNA）3 种。图图 8：RNAi 作用机制作用机制 数据来源：数据来源：RNAi 作用机制及应用研究进展，财通证券研究所作用机制及应用研究进展，财通证券研究所 2.1 2.1 siRNA 的作用机制的作用机制 由于 RNA 病毒入侵、基因组中反向重复序列转录、转座子转录、自退火转录或实验转染等原因，使得细胞中出现内源性或外源性的 dsRNA，核酸内切酶 Dicer识别 dsRNA，并将其剪切成长度为 21-25 nt、5端含有一个磷酸基团、3端含有一个羟基并且突出 2 nt 的 siRNA。siRNA 的这一结构对于 RNAi 是必要的，缺乏 5端磷酸化的 siRNA 或平端 siRNA

33、无论在细胞内外都无法启动 RNAi。具有一定结构的 siRNA 随后在 Dicer 的帮助下与 AGO2 等结合，构成 siRNA 诱导沉默复合体（siRNA-induced silencing complex，siRISC），siRISC 中的 siRNA 经 AGO2 作用分解成两条单链，正义链被释放出去，反义链则留在 siRISC 中。仅含反义链的 siRISC 被激活，在反义链的引导下通过碱基互补配对原则与靶基因结合，进而诱导靶基因 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 11 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告

34、 的沉默。沉默发生后，靶基因被释放，使得 siRISC 能与另一个靶基因结合，开始诱导新一轮的基因沉默。表表 3 3：siRISCsiRISC 诱导基因沉默的具体方式诱导基因沉默的具体方式 作用方式 原理 反 义siRNA与 靶mRNA完全互补配对 一般发生在 mRNA 的编码区或开放阅读框中，siRISC 中具有核酸内切酶活性的 AGO2 剪切靶 mRNA，启动靶 mRNA 的降解，一旦最初降解形成，细胞中的核酸外切酶就会攻击剩余片段以完成整个降解过程，从而导致靶基因沉默，这是 siRISC 的主要作用方式。反 义siRNA与 靶mRNA不完全配对 一般发生在 mRNA 的 3非编码区，此时

35、的 siRISC 将抑制靶 mRNA 的翻译或引发靶 mRNA的降解。siRISC 通过与翻译起始复合物竞争 mRNA 的 5帽子结构、影响核糖体大小亚基的聚合等作用在翻译的起始阶段抑制翻译，或者通过减缓核糖体在翻译中的移动速度、促进核糖体的提早解离等作用在翻译的其他阶段抑制翻译。siRISC 还可以促进脱帽酶切除 mRNA 的 5帽子结构，脱腺苷酶切除 mRNA 的 3端 poly（A）尾巴，使 mRNA 失去 5和 3端的保护而被核酸外切酶攻击，最终导致 mRNA 的降解。作用于 DNA在转录水平调控基因的表达 siRISC 通过激活甲基化酶或抑制去甲基化酶的作用，引发 DNA 的甲基化，

36、DNA 的甲基化进一步导致染色质蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等，从而促进异染色质的形成，引发基因沉默。数据来源：生物技术通报，财通证券研究所数据来源：生物技术通报，财通证券研究所 双链 siRNA 进入 siRISC 后，经 AGO2 作用解开成两条单链，反义链留在 siRISC 中引导 siRISC 沉默靶基因，正义链被释放出去。被释放的正义链可能很快被降解，也可能作为引物，在 RNA 依赖的 RNA 聚合酶（RNA-dependent RNA polymerase，RdRP）的催化下以靶 mRNA 为模板扩增得到 dsRNA，dsRNA 又被 Dicer 降解成 siRNA 进入R

37、NAi 循环，从而使得 RNAi 的效果级联放大。2.2 2.2 miRNA 的作用机制的作用机制 与 siRNA 主要来自外源性 dsRNA 不同，miRNA 主要源于生物自身的基因组。细胞核内编码 miRNA 的基因在 RNA 聚合酶或聚合酶的作用下转录得到 pri-miRNA，pre-miRNA 被转运蛋白 Exportin 5 转运到细胞质中，在细胞质中被 Dicer 剪切成长度约为 22 nt 的 miRNA：miRNA 双链。双链很快与 AGO（AGO1-4，主要是 AGO1）等结合形成 miRNA 诱导沉默复合体（miRISC），随后 miRNA：miRNA 双链中 5端碱基配对

38、稳定性较强的正义链 miRNA*迅速被降解，5端碱基配对稳定性较弱的反义链 miRNA 则保留在 miRISC 中。仅含反义链的 miRISC 被激活，在反义链 miRNA的引导下通过碱基互补配对原则识别靶基因，诱导靶基因沉默。siRNA 主要通过完全互补配对的方式与靶基因结合，并通过直接剪切作用诱发靶基因的降解，从而保护体内基因组不受转座子活动或病毒感染等外源性因素的影响。与之不同，miRNA 主要通过不完全配对的方式与靶 mRNA 结合，抑制靶 mRNA的翻译或引发靶 mRNA 的降解，从而内源性的调控体内基因的表达。谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标

39、准证券股票和行业评级标准 12 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 2.3 2.3 piRNA 的作用机制的作用机制 RNAi 过程中，3 种 sncRNA 均与 Argonaute 蛋白家族结合，Argonaute 蛋白家族包括AGO 和 PIWI 两类亚家族，siRNA 和 miRNA 与 AGO 亚家族结合，而 piRNA 则与 PIWI亚家族结合。piRNA 途径是动物特有的，主要存在于动物的生殖细胞中，目前对piRNA 的认识尚处于初级阶段。2.4 2.4 反义核酸反义核酸 ASO 反义寡核苷酸（ASO）是一种合成的单链寡核苷酸，具有不同的化学成分，包含与靶 RNA

40、转录物互补的序列。ASos 具有广泛的应用，包括阻断 mRNA 的翻译、竞争性抑制 miRNA、沉默靶 miRNA、外显子跳跃、外显子包合和核酸酶 H 介导的靶降解。在这些应用中，靶向核酸酶 H 介导的降解是最有效的。图图 9：ASO 作用机制作用机制 数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 目前，目前，ASO 已有多款药物获批，领先公司已有多款药物获批，领先公司 Ionis已证明已证明 ASO 药物成药性上的可行药物成药性上的可行性。性。表表 4：ASO 已有多款药物获批已有多款药物获批 时间 产品名 公司 适用症 1998 Fomivirsen Ionis/Novartis FD

41、A 批准上市的第一个反义寡反义寡核苷酸核苷酸类药物，是 CMV 视网膜炎的二线治疗药物 2013 Kynamro 赛诺菲 硫代磷酸寡核苷酸硫代磷酸寡核苷酸药物，用于治疗纯合子型家族性高胆固醇血症（HOFH）罕见病 2016 Exondys51 Sarepta Therapeutics 磷酰二胺吗琳代寡核苷酸磷酰二胺吗琳代寡核苷酸，用于治疗杜氏肌营养不良症（DMD）罕见病 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 13 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 2018 Spinraza 百健/Ionis 用于治疗脊髓型肌萎缩症（

42、SMA）（反义寡核苷酸反义寡核苷酸）罕见病 2018 Tegsedi Ionis 唯一靶向 RNA 的 haTTA 治疗药物（反义寡核苷酸反义寡核苷酸）罕见病 2019 Waylivra(EMA,有条件批准)Ionis/Akcea/Therapeutics 首个用于治疗家族性乳糜微粒血症综合征（FCS）（反义寡核反义寡核苷酸苷酸）罕见病 2019 Vyondys 53 Sarepta Therapeutics FDA 批准的第二种针对 DMD 的RNA 外显子跳跃疗法（反义寡核反义寡核苷酸苷酸）数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 2.5 2.5 其他小其他小 RNA 研发热点研发

43、热点 目前，环状 RNA(circular RNA,circRNA)、long noncoding RNA(IncRNA)等亦是学界关注的热点，如目前学界认识到 circRNA 可以作为天然小 RNA(miRNA)海绵体吸附并调控 miRNA 的活性，与转录调控元件结合或与蛋白互作调控基因的转录等。相信未来随着转录组学、表观遗传学等学科的发展，将会有更多的非编码 RNA、RNAi机制被发现与认识。图图 10：circRNA 数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 为了更好地发挥为了更好地发挥 RNAi 的作用，小核酸药物必须克服药理学方面的挑战，靶向特的作用，小核酸药物必须克服药理学

44、方面的挑战，靶向特异性，脱靶异性，脱靶 RNAi 活性，免疫原性以及与药代动力学相关的全身循环等问题。这活性，免疫原性以及与药代动力学相关的全身循环等问题。这些挑战使得序列选择与结构、化学修饰以及递送系统的选择都在些挑战使得序列选择与结构、化学修饰以及递送系统的选择都在 RNAi 药物的成药物的成 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 14 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 药性上起到了至关重要的作用。药性上起到了至关重要的作用。表表 5：RNAi 药物的毒副反应药物的毒副反应 副作用副作用 原因原因 主要解决方案主

45、要解决方案 dsRNA的 免 疫原 性 反应 免疫原性反应源于 PKR，Toll 样受体 3（TlR3）和 TlR7 对 dsRNA 的感应 尽管对于第一代小干扰 RNA（siRNA）药物来说是一个主要问题，但是最近的具有大量 2-O-甲基碱基修饰作用的 RNAi 引发剂在很大程度上避免了这一问题 递 送 系统毒性 可能直接来自赋形剂成分或赋形剂的代谢分解。复杂的多功能纳米颗粒制剂在储存过程中也可能发生降解，从而随着时间的推移改变其毒性。开发有效且无毒的纳米颗粒，将赋形剂限制为少量经过单独验证具有低毒性的化学成分。组装的纳米颗粒需要尽可能均匀。RNAi 脱靶毒性 RNAi引导链与非靶向mRNA

46、之间的意外种子区域匹配 通过使用诸如BlAST之类的工具针对人类基因组序列筛选目标位点并消除与关注基因有明显重叠的目标位点，可以缓解此问题。但即使经过大量测试，某些脱靶 RNAi 效应也是不可避免的。非 靶 器官的RNAi 在靶毒性 系统递送至人体的 siRNA 可能在许多组织中积累，而这些组织不是药物活性的预期部位 提高载体的靶向性 数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 3 3、序列选择序列选择-小核酸药物研发的重要因素小核酸药物研发的重要因素 反义链的序列便是反义链的序列便是 RNAi 发挥作用的重要因素。发挥作用的重要因素。RNAi 中的反义链是 RISC 与 mRNA靶标结

47、合的推定引导链，因此，一旦 RNAi 触发信号进入细胞，反义链的序列便是 RNAi 发挥作用的重要因素。图图 11：序列选择对：序列选择对 RNAi 作用十分关键作用十分关键 数据来源：数据来源：computational biology，财通证券研究所，财通证券研究所 谨请参阅尾页重要声明及谨请参阅尾页重要声明及财通财通证券股票和行业评级标准证券股票和行业评级标准 15 证券研究报告证券研究报告 行业专题报告行业专题报告 一般序列的设计主要包括如下步骤：表表 6：序列的设计主要步骤序列的设计主要步骤 顺序顺序 步骤简介步骤简介 主要内容主要内容 1 在靶mRNA中找到以 AA二核苷酸开 始

48、的21nt 序列 从 AUG 起始密码子开始，扫描 AA 二核苷酸序列。记录每个AA 和 3相邻的 19 个核苷酸作为潜在的 siRNA 靶位点。选择 siRNA 靶位点的这种策略是基于 Elbashir 等人的观察。具有 3突出的 UU二核苷酸的 siRNA 最有效。这也与使用 RNA pol III 转录发夹 siRNA 兼容，因为 RNA pol III 在 4-6个核苷酸的 poly（T）区域终止转录，从而产生带有短 poly（U）尾巴的 RNA分子。在 Elbashir 和随后的出版物中，具有其他 3末端二核苷酸突出端的 siRNA 已显示可有效诱导 RNAi，但是建议避免突出端具有

49、 G 残基，因为 siRNA 可能在单链 G 残基处被 RNase 裂解。2 选 择2-4个靶序列 通常随机设计的 siRNA 的一半以上会降低目标 mRNA 水平至少 50，约 1/4 会降低目标 mRNA 水平 75-95。一般而言，GC 含量为 30-50的 siRNA 比 G/C 含量更高的 siRNA 具有更高的活性。由于 4-6 个核苷酸的 poly（T）束充当 RNA pol III 的终止信号，因此在设计要从 RNA pol III 启动子表达的序列时，请避免在靶序列中延伸 4 T 或 A。由于 mRNA 的某些区域可能是高度结构化的或被调控蛋白结合的，因此通常会在基因序列长度

50、的不同位置选择 siRNA 靶位点。3 设计适当的对照组 完整的 siRNA 实验应包括许多对照，以确保数据的有效性。数据来源：财通证券研究所数据来源：财通证券研究所 为了获得最佳的安全性和效力，为了获得最佳的安全性和效力，RNAi 药物需要确保反义链的排他性选择，这可药物需要确保反义链的排他性选择，这可以通过调节以通过调节 dsRNA 的热力学稳定性来实现。的热力学稳定性来实现。通常，将优先选择在其 5末端具有较弱碱基配对的链。理想的 dsRNA 触发子在反义链的 5端比正义链的 5端具有更多的 AU 富集。一旦加载到 RISC 中，引导链需要与其在靶 mRNA 上的结合位点碱基配对以启动