由于毒性和效力不足等問題，反義寡核苷酸藥物曾被科學家放棄。但經過部分研究人員的努力，這種藥物終于迎來曙光：在治療脊髓性肌萎縮癥時，這類藥物展現出了良好的效果。接下來，科學家將用這種藥物對付一些罕見病，甚至針對不同個體，制備不同的反義寡核苷酸藥物。一些難以治療的遺傳性神經系統疾病，或許將會被攻克。

　　撰文丨莉迪婭·丹沃思（Lydia Denworth）

　　翻譯丨趙健元

　　當埃瑪·拉森（Emma Larson）剛滿1歲時，她和很多其他同齡的孩子一樣，不會走路也無法站立。她很喜歡父母在紐約長島家中為她準備的嬰兒搖椅，也愛在家里爬來爬去。但當埃瑪13個月大的時候，她的雙腿不能活動了。當她試圖站立時，雙腿會彎起來。她的父母觀看了一段舊的錄像帶后，發現埃瑪的爬行動作已經有了很明顯的改變：她與地面接觸的面積更小，頭也很難再抬起來。

　　2014年7月，經過一系列診斷后，拉森夫婦了解到埃瑪患有脊髓性肌萎縮癥（spinal muscular atrophy，SMA），這是一種可能致命的神經退行性疾病，患者絕大部分是兒童。這種疾病會使兒童喪失走路、說話的能力，嚴重時甚至無法呼吸。由于埃瑪體內嚴重缺乏運動神經元生存蛋白（SMN），她的運動神經元正在消失。黛安娜說：“我們正在經歷生命中最黑暗的時期。”但埃瑪的父親馬特·拉森（Matt Larson）表示：“我們決定全力以赴，愿意做任何事情來幫助埃瑪對抗這種可怕的疾病。”

　　在離拉森居住地不遠的冷泉港實驗室中，生物化學和分子遺傳學家阿德里安·克賴納（Adrian Krainer）正在進行相同的戰斗。自2000年以來，他一直在研究脊髓性肌萎縮癥的遺傳學基礎，了解到導致這一疾病的是關鍵基因SMN1的缺失或突變。他還了解到，人們還攜帶一種不活躍的、具有相似功能的SMN2基因。2004年起，他與伊奧尼斯制藥公司的弗蘭克·本內特（Frank Bennett）合作，試圖開發一種藥物來改變脊髓性肌萎縮癥患者體內的SMN2基因，并最終合成功能性SMN蛋白、改善疾病進程。為此，他們將方向轉為研究反義寡核苷酸藥物。

　　40多年前，科學家首次提出了反義寡核苷酸（antisense oligonucleotides，ASOs）的概念，它是經過化學修飾的DNA或RNA短鏈（oligo在希臘語中意為“很少”，核苷酸是組成DNA和RNA的基本單位）。反義寡核苷酸能以突變基因轉錄形成的RNA鏈為靶點，改變基因的表達。也就是說，反義寡核苷酸能與其靶向的RNA鏈的一部分結合，抑制可導致疾病的蛋白形成，或者反過來促進合成那些缺失時會誘發疾病的蛋白。

　　數十年來，科學家一直在努力證明，通過這種策略能夠開發出治療或預防疾病的反義寡核苷酸藥物。但他們也發現，這類藥物存在嚴重問題，例如具有毒性、無法輸送到合適的組織中。因此，許多人放棄了這一研究策略。但有人仍在堅持，并從遺傳學革命揭示的遺傳疾病詳細信息中獲益。布雷特·莫尼亞（Brett Monia）表示：“反義寡核苷酸是一類專門爭對遺傳疾病的藥物，是精準醫療的縮影。”2020年1月，他接替創始人斯坦利·克魯克（Stanley Crooke），擔任伊奧尼斯制藥公司的首席執行官。

　　克賴納、本內特和同事將他們研究的脊髓性肌萎縮癥藥物命名為Nusinersen。當Nusinersen被注入腦脊液中時，它能誘導不活躍的SMN2基因產生SMN蛋白。通過與渤健公司（Biogen）合作，他們于2011年開始在臨床試驗中測試這種藥物。在埃瑪兩歲時（符合臨床測試條件），拉森夫婦為她報了名，當時她已經無法爬行了。2015年3月，她接受了第一次注射給藥，隨后很快又接受了兩次注射。

　　2015年5月的一天，黛安娜在臥室里聽到隔壁的書房傳來埃瑪的聲音。黛安娜回憶道：“我聽見她在叫我，而且聲音越來越近。她從書房一直爬到我的臥室。”黛安娜懷疑地問自己：“我剛剛看到的是真實嗎？”她抱起女兒，背她回到客廳，然后重新回到臥室喊道：“埃瑪，過來。”小女孩重新爬到了媽媽的懷里。黛安娜激動到抽泣：“我們正在做對的事情！”

　　確實，Nusinersen的臨床試驗非常成功，通過時間比預期提前了一年。2016年12月，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準了這種藥物以商品名Spinraza上市。目前，全球40個國家的8400多名患者正在服用這種藥物。其中25名癥狀嚴重的脊髓性肌萎縮癥患者從出生時就開始服用這種藥物。現在，他們已經4歲了，身體發育正常。克魯克說：“即便只研發出了Spinraza，我也已經滿足了。”Spinraza的成功也支持了這一觀點：反義寡核苷酸最終能發揮出全部的治療潛力。

　　漫長的研發過程

　　自1978年以來，科學家一直想要利用遺傳信息，制造一種可以與RNA結合的藥物。但是，當時存在一系列未解的問題：如何將寡核苷酸制成藥物？為什么與RNA結合就會產生作用？盡管如此，克魯克還是對這個想法產生了濃厚興趣。1989年，他辭去了史克必成公司（SmithKline，現在的葛蘭素史克）研發主管的職位，成立了一家致力于開發反義寡核苷酸技術的公司——伊奧尼斯制藥（Ionis Pharmaceuticals）。他的妻子羅莎妮（Rosanne，是一位藥理學家）、同事本內特和莫尼亞，也加入了這家公司。

　　與此同時，少數公司也開始研發反義寡核苷酸藥物，但隨后一個接一個地放棄。在很長一段時間內，科學家都無法克服反義寡核苷酸藥存在的毒性、脫靶效應以及效力不足等問題。

　　但是克魯克和同事陸續解決了這些問題。在伊奧尼斯制藥公司總部，一堵長長的專利墻證明了他們的研究成果。首先，他們必須從化學層面進行開發，例如，通過修飾反義寡核苷酸RNA和DNA中核糖（2‘位）的關鍵位置，增強反義寡核苷酸對RNA受體的親和力，從而顯著減少藥物劑量。而其他化學修飾能提高反義寡核苷酸的安全性和耐受性。

　　他們還發現，雖然在體外，藥物直接輸送到細胞中時并沒有被組織吸收，而伊奧尼斯制藥公司的科學家最終還在動物身上成功開展了藥物測試。莫尼亞曾在伊奧尼斯制藥公司負責藥物開發，他清晰地記得，利用化學方法來測定小鼠體內特定RNA的水平時，幾乎檢測不到這種RNA。這表明藥物進入了大多數組織的細胞中，并且成功地降低了RNA的表達。

　　反義寡核苷酸療法通常對有特定靶點的罕見病具有療效，這個概念也更容易驗證。反義寡核苷酸最早應用于治療眼部疾病，后來由于在肝臟中的吸收效果尤其出色，也被應用于治療肝臟疾病。這些藥物已經被證明有效，但由于其他一些藥物的療效更顯著，它們最終都沒有成功上市。

　　最新設計的寡核苷酸藥物被用于治療罕見疾病。其中一種藥物Exondys 51能用于治療杜氏肌營養不良癥（Duchenne muscular dystrophy）。杜氏肌營養不良癥是一種嚴重的漸進性退行性疾病，由產生肌營養不良蛋白的基因突變引起。荷蘭萊頓大學醫學中心的安納米克·阿茨馬-魯（Annemieke Aartsma-Rus）是寡核苷酸治療學會的主席。作為杜氏肌營養不良癥的專家，阿茨馬-魯參與了藥物Exondys 51的研發。雖然這款藥物不如Spinraza那么令人驚嘆，但早期結果顯示，該藥物能提升肌營養不良蛋白的水平，并獲得了FDA的加快審批。

　　第一款RNA干擾藥物Onpattro由波士頓生物科技公司Alnylam Pharmaceuticals生產，這一藥物在2018年被批準用于治療遺傳性神經損傷。伊奧尼斯制藥公司獲得批準的一種反義寡核苷酸藥物Tegsedi，也能治療該疾病。目前，所有寡核苷酸藥物治療的重點是將更多的藥物更有效地輸送到身體的更多部位。阿茨馬-魯指出：“過去很多人都處在觀望狀態。但現在他們明白，如果還不開始，就會錯過機會。”

　　治療神經系統疾病

　　Spinraza臨床試驗的成功表明，反義寡核苷酸療法對大腦疾病特別有效。阿茨馬-魯說，與神經疾病相關的靶點已經成為“觸手可及的目標”。例如，一些以反義寡核苷酸為基礎、治療亨廷頓病的療法正在開發中。由伊奧尼斯制藥和羅氏集團（Roche）開發的藥物RG6042，正在進行3期臨床試驗。

　　過去，為一個人開發特定藥物的場景只存在于科幻小說中。但波士頓兒童醫院的神經病學家蒂莫西·于（Timothy Yu）在不到一年的時間里，為現在9歲的米拉·馬科韋茨（Mila Makovec）發明了一種藥物。米拉患有罕見的巴騰病（Batten），這是一種家族性疾病，由基因突變導致蛋白質和脂質在細胞內積累引起。巴騰病患者幾乎都不能活到青春期。

　　和很多巴騰病患者一樣，米拉幼年時具有異常出色的協調和口頭表達能力。但3歲時，她的腳趾開始向內彎曲。4~5歲時，她變得非常笨拙，開始失去視力。最終，科羅拉多州兒童醫院的醫生將米拉的癥狀與她攜帶的一個基因突變聯系起來。

　　但是，存在兩個基因突變時，才會患上巴騰病。為了得到確診，米拉的母親朱莉婭·維塔雷洛（Julia Vitarello）開始尋找能完整測出米拉基因組的人。此外，米拉的父母還想知道他們的小兒子阿茲蘭（Azlan）是否存在患病風險。2017年1月，蒂莫西·于的妻子在社交媒體上收到了朱莉婭的請求。

　　蒂莫西·于的團隊對米拉進行全基因組測序后，發現了第二個基因突變。該突變由一個跳躍基因或轉座子引起。轉座子是一段核苷酸序列，可以復制并移動到基因組中本不屬于它的位置上。這個發現也意味著，阿茲蘭是沒有患病風險的。這時，蒂莫西·于產生了一個想法：為米拉專門創造一種藥物。蒂莫西·于說：“我們可以采取類似Spinraza的原理，但是，是使用反義寡核苷酸來關閉一個導致基因編碼異常的外顯子。”

　　在幾家制藥公司表示反對后，蒂莫西·于親自監督了該藥的生產。他稱這種藥為“milasen”，因為只有一個病人（米拉）會服用這種藥物。2018年1月，米拉接受了第一針注射治療。那時她雙目失明，每天會痙攣20~30次，有些持續幾分鐘。這種癥狀已經對米拉的身體造成無法修復的傷害。經過治療，她的痙攣很快就得到了緩解，4~5個月之后，痙攣持續的時間從幾分鐘縮短至幾秒鐘。維塔雷洛說，最近在她的幫助下，米拉甚至可以走樓梯。

　　和米拉一樣，埃瑪也無法完全康復。她體內喪失的神經元還沒有被替換，而她的骨骼可能已經發生了永久性改變。拉森的家里有大片沒有鋪地毯的木地板，剛滿7歲的埃瑪更喜歡這樣的地面，因為她可以坐在“賽車”輪椅上四處飛馳。埃瑪的助步器和背帶都系在一雙亮粉色的運動鞋上，她可以憑借自己的力量走幾步。在餐廳，她一只手放在桌子上，像火烈鳥一樣站在墻邊的長凳上，叫道：“嘿，看，單腿站立！”

　　拉森夫婦承認，生活依然艱難，但他們不再絕望。他們為Spinraza在治療新生兒方面表現得如此成功而感到興奮。黛安娜說道：“我很滿足了，雖然這對埃瑪來說有點晚了，但她為患有這種疾病的其他孩子鋪平了道路。”