中枢神经系统（CNS）疾病是一个日益严重且花费高昂的全球健康问题，但CNS药物的开发仍然具有挑战性，临床转化成本高、临床使用途径长且失败率高。
基于核酸的治疗药物在治疗中枢神经系统疾病方面具有巨大潜力，其中包括的小核酸药物是被认为将带来“除小分子药和抗体药之外的第三次制药浪潮”的新兴药物。近年来小核酸药物在CNS领域的研发势头高涨，推动了核酸药物市场的快速发展。
小核酸药物可以靶向难治性分子，具有高度特异性、持久性和稳定性，由于此类药物的设计适应性较强，无需关注靶结构或定位位点，因此核酸疗法可成为那些曾经被认为是基于蛋白质抗体的生物制剂和小分子“不可成药”的靶标的优秀候选者。核酸治疗的持久效果是通过基因抑制、编辑、剪接转换、替换、添加或增强等特定机制来实现的[1, 2]。
“中枢神经系统（CNS）疾病”通常被认为是影响中枢神经系统的各种疾病的总称，如神经退行性疾病（帕金森病PD、阿尔兹海默症AD、脊髓性肌萎缩症SMA和多发性硬化症MS等）、血管疾病（如出血和中风）、感染（如脑炎和脑膜炎）、结构性疾病（如脑部或脊髓损伤）或癫痫、偏头痛等[3]。导致CNS治疗方案有限的因素包括大脑的复杂性、疾病的多种遗传因素以及血脑屏障的存在。在这些因素中，血脑屏障的存在仍然是核酸输送到大脑的主要挑战。
目前，使用核酸治疗剂治疗中枢神经系统疾病的两种广泛探索的主要模式是注射用细胞的离体修饰和核酸治疗剂的直接体内施用[4]。
1.1.注射用细胞的离体修饰
根据 CAR-T 细胞疗法的经验，人们在评估用于治疗CNS疾病的临床相关细胞类型的离体修饰方面做出了许多努力，干细胞是作为中枢神经系统疾病的离体基因治疗研究最多的细胞类型之一。最常研究的干细胞类型是间充质干细胞（MSC），由于MSCs可以从骨髓、脐带血、胎盘、脂肪、真皮组织等多种组织中获得，且易于扩增，是自体细胞治疗的宝贵选择，没有排斥风险。然而，与大多数细胞类型类似，间充质干细胞在全身注射时无法穿过血脑屏障，并且注射到脑液中需要重复注射才能达到显着的治疗水平。此外，离体基因治疗也存在局限性，一旦细胞被注射，就很难控制基因表达。
1.2.核酸治疗剂的直接体内施用
体内基因治疗方法是在体内直接施用核酸以产生治疗结果，大多数体内策略涉及评估不同的核酸递送策略，例如IT、IP或ICV给药。这些策略提供了直接向中枢神经系统给药的优势，目前体内基因治疗现在正朝着使用核酸治疗递送系统的方向发展，该递送系统可以静脉注射并可以穿过血脑屏障到达中枢神经系统内的目标位点。CNS 疾病体内基因治疗的最新进展之一是开发纳米颗粒，静脉注射时可以靶向单核细胞等细胞，这些细胞可以穿过血脑屏障进行 CNS递送，这些创新策略仍需要进一步探索以进行临床转化。
小核酸是指包括小干扰核酸（siRNA）、反义核酸（ASO）、微小RNA（miRNA）、小激活RNA（saRNA）和核酸适配体（Aptamer）等的寡核苷酸分子。小核酸药物由核苷酸组成，是与小分子药物、抗体药物完全不同的全新药物类别。主要的小核酸药物是siRNA药物和ASO药物，二者主要作用于细胞质的mRNA，通过碱基互补识别和抑制靶mRNA，实现对蛋白表达的调控，达到治疗疾病的目的。
2.1.反义核酸（ASO）
ASO 通常由大约 20 个核苷酸的单链组成，与目标 RNA 转录物或基因组序列互补。ASO 通过 Watson-Crick 碱基配对与其目标链相互作用，导致基因表达变化。ASO进入细胞后在核糖核酸酶H1（RNase H1）的作用下通过序列互补与靶标mRNA结合，引起mRNA的降解，从而抑制蛋白的表达；或通过空间位阻效应调控基因的转录，实现RNA前体的选择性剪接、调控蛋白的表达和功能，起到治疗疾病的作用。
ASO 在神经科学中的使用可以追溯到1993年，当时 Wahlestedt 等人报道了使用ASO 来靶向大脑体内的神经肽 Y1 (NY1) 受体mRNA。目前，基于ASO策略的药物Eteplirsen 已获得 FDA 批准用于治疗杜氏肌营养不良症，基于ASO的药物Nusinersen 已获得 FDA 批准用于脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗，以及多个ASO正在针对HD、ALS和AD 进行临床试验。随着目前 ASO 治疗神经系统疾病策略的进展，人们进行了广泛的研究，通过化学修饰来改善 ASO，以增强其体内稳定性。
2.2. 小干扰核酸（siRNA）
siRNA是一类双链的短RNA分子，能够结合AGO蛋白组装成RNA诱导沉默复合体（RISC），其一条链被降解，另一条链通过碱基互补配对原则结合并切割降解靶基因的信使核酸（mRNA）、阻断靶蛋白的表达，从而达到治疗相关疾病的目的。
目前基于RNAi的疗法使用非等位基因特异性策略（使用针对突变型和野生型等位基因的miRNA）或等位基因特异性策略（使用仅针对突变型等位基因的siRNA和shRNA）。CNS 疾病的RNAi策略面临着与其他核酸疗法类似的挑战——主要是无法穿越血脑屏障。因此，使用病毒或非病毒递送方法进行siRNA/miRNA 递送的研究是目前的焦点。
迄今为止，已有两种FDA批准的用于治疗中枢神经系统疾病的核酸治疗药物（表1）。Nusinersen （Spinraza）于2016年获批用于治疗SMA，是第一个获得FDA批准的小核酸药物，且在改善功能和减缓疾病进展方面取得了较好的进展。SMA是由SMN1基因突变引起的，该突变导致对运动神经元功能至关重要的SMN蛋白缺乏。Nusinersen通过改变无活性重复基因SMN2的剪接过程来发挥作用，从而产生编码功能性SMA蛋白的转录本。
第二种是Qalsody（Tofersen），2023年4月批准用于治疗与SOD1基因突变相关的肌萎缩侧索硬化症（ALS）。SOD1基因突变可导致突变SOD1蛋白的毒 性功能获得和毒 性功能丧失，从而导致运动神经元损伤。Tofersen通过介导RNAse-H降解致病性SOD1 mRNA转录本发挥作用，从而降低有毒SOD1突变蛋白的水平。虽然接受Tofersen 治疗的患者的功能结果与接受安慰剂治疗的患者没有差异，但每月一次鞘内注射（IT）注射28周确实导致SOD1总血浆浓度显着降低。
另一种小核酸药物Milasen于2018年获得FDA批准用于治疗单个患者的巴顿病。Milasen通过调节 MFSD8基因的剪接发挥作用，并通过IT注射治疗。虽然Milasen仅针对一名患者且未上市销售，但Milasen的开发和随后FDA的批准可以作为“n of 1”核酸药物疗法潜力的概念证明。
其他几种针对CNS的小核酸药物目前正处于后期开发阶段（表 2）。2023年4月，Ionis宣布了Eplontersen研究遗传性ATTR多发性神经病的积极结果，到达66周时血清TTR浓度和神经病变损伤均有降低并且改善了患者的生活质量。
与此同时，Alnylam和Regeneron报告了ALN-APP试验的积极结果，ALN-APP是一种针对淀粉样前体蛋白（APP）的siRNA 核酸药物。在最高测试剂量下，可溶性APP alpha及其代谢物Abeta的CSF浓度在至少3个月内降低了70%。
使用另一种ASO IONIS-MAPTRx治疗的AD患者，在接受2或4剂IONIS-MAPTRx 治疗后24周，脑脊液tau蛋白浓度与基线相比出现剂量依赖性降低50%以上[5]。
Wave Life Sciences正在开发WVE-003，这是一种立体ASO，针对亨廷顿基因内的特定单核苷酸多态性（SNP3），允许对具有扩展重复序列的转录本进行特异性破坏。2022年9月宣布的临床试验的初步结果显示，单次IT注射后85天，培养基突变体HTT较基线降低了 30%。
虽然核酸治疗药物已被证明是治疗中枢神经系统疾病的一种有前景的选择，但仍然存在需要解决的挑战。主要挑战包括有效绕过血脑屏障、改善组织和细胞特异性靶向以及增强细胞摄取和内体逃逸。关于以上挑战，许多应对策略的研究也在不断推进中，由于纳米载体尺寸小、生物相容性和表面功能化能力，纳米载体的发展有助于解决绕过血脑屏障的挑战[6]；靶向转铁蛋白受体等肝外配体可能是大脑特异性摄取的一个有前途的途径；关于细胞特异性靶向，特异性靶向神经胶质细胞或神经元的方法仍有待阐明等。
此外，人们目前对核酸药物的大脑分布的了解仍然有限，很多机制仍需进一步的阐明。这个领域的未来研究应包括研究控制核酸药物大脑分布的分子机制、影响大脑核酸药物分布的生理和解剖学差异以及细胞内核酸药物分布的量化。了解这些原则将有助于未来针对CNS的核酸药物的开发，例如在帕金森病的治疗中，黑质和腹侧被盖区的目标多巴胺能神经元仅包含60万个细胞[7]，精确靶向这一小部分神经元将减少核酸药物所需的剂量和可能的脱靶效应。
参考资料：
1. Kulkarni, J.A., et al., The current landscape of nucleic acid therapeutics. Nat Nanotechnol, 2021. 16(6): p. 630-643.
2. Yamada, Y., Nucleic Acid Drugs-Current Status, Issues, and Expectations for Exosomes. Cancers (basel), 2021. 13(19).
3. Collaborators, G.B.D.N., Global, regional, and national burden of neurological disorders, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet Neurol, 2019. 18(5): p. 459-480.
4. Padmakumar, S., et al., Nucleic acid therapies for CNS diseases: Pathophysiology, targets, barriers, and delivery strategies. J Control Release, 2022. 352: p. 121-145.
5. Mummery, C.J., et al., Tau-targeting antisense oligonucleotide MAPTRx in mild Alzheimers disease: a phase 1b, randomized, placebo-controlled trial. Nature Medicine, 2023. 29(6): p. 1437-1447.
6. Amulya, E., et al., Nanomedicine based strategies for oligonucleotide traversion across the blood-brain barrier. Journal of Controlled Release : Official Journal of the Controlled Release Society, 2023. 354: p. 554-571.
7. Holm, A., et al., Clinical advances of RNA therapeutics for treatment of neurological and neuromuscular diseases. RNA Biology, 2022. 19(1): p. 594-608.
