根据中心法则，RNA 在传递生命信息过程中扮演着承上启下的关键角色。随着业内对 RNA 机制的进一步认知以及产业化步伐的深入，靶向 RNA 层面治疗疾病被视为极具潜力的突破口。
近日，佛罗里达州斯克里普斯研究所的研究人员展示了一种靶向 RNA 治疗的新策略——基于核酸酶靶向嵌合体（RIBOTAC）切割靶点，成功将 RNA 和小分子的生物惰性复合物转（无生物活性复合物）化为靶向疾病相关 RNA 的生物活性降解剂。
在研究中，科研团队利用核糖核酸酶靶向嵌合体（RIBOTAC）将 RNA 结合分子连接到能够结合并局部激活核糖核酸内切酶 L（RNase L）的杂环化合物上，通过切割目标靶点调节 RNA 的生物学过程。当小分子的结合位点与 RNase L 的底物特异性重叠时，可以发现很多有潜力的候选结合物，这些候选化合物转化为降解剂之后就可能具有生物活性。
RNase L 是先天免疫反应的一部分，在清除病毒感染中起重要作用。当 RNase L 被激活时，它可以切割病毒和宿主的 RNA，从而整体减少蛋白质合成。
（来源：Nature）
研究人员还进行了概念验证，他们将与疾病相关 microRNA-155 (pre-miR-155)、 JUN mRNA 和 MYC mRNA 的前体设计了选择性降解剂。研究结果显示，这种小分子 RNA 靶向降解的方式可以将 RNA 与小分子无活性的相互结合状态转变为高效且特异性的 RNA 生物活性降解剂。
研究人员在官方新闻稿中也提到，我们的研究为癌症治疗提供了新的策略，也是对此前靶向 RNA 策略的补充，并将 RNA 降解剂作为一种可靶向疾病相关 RNA 的有力工具。
本研究的第一作者为 Yuquan Tong，共同第一作者为 Yeongju Lee、 Xiaohui Liu、 Jessica L. Childs-Disney，通讯作者为 Frank Glorius、Herbert Waldmann 以及 Matthew Disney。
编程小分子 RNA 降解剂，已完成概念验证
Matthew Disney 是佛罗里达大学斯克里普斯研究所教授、化学系主任，也是 RIBOTAC 技术先驱。长久以来，一直专注于研究 RNA 分子的药物结构，以及靶向疾病相关 RNA 开发精准治疗药物。他实验室开发了一个称之为 Inforna 的专有平台，这一平台融合了化学信息学和 RNA 结构信息，拥有一个结合小分子药物的 RNA 三维基序数据库，通过可实验性的文库筛选目标 RNA 的先导化合物。
近期，实验室的一个重要进展是通过募集细胞核酸酶以催化和亚化学计量方式对 RNA（RIBOTAC）进行小分子切割。早在 2019 年，Matthew Disney 团队描述了实验室开发的一种具有抗癌潜力和介导选择性 RNA 降解的核糖核酸分子 RIBOTAC。与 PROTAC 分子类似，RIBOTAC 是通过一个连接子、一个 RNA 结合小分子和一个核糖核酸酶（RNase）L 招募结构组成。其最大的创新点在于通过连接核糖核酸酶（RNase）招募分子，将 RNA 结合分子转变成 RNA 降解分子。
（来源：Cell Chemical Biology）
2021 年，该研究团队还设计了一种可降解肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）和颞叶痴呆（FTD）致病性 RNA 的 RIBOTAC 分子。在小鼠模型中，RIBOTAC 分子成功诱导致病性 mRNA 降解并减少相关病理。此前的多项研究，已经从概念和试验层面验证了 RIBOTAC 靶向致病性 RNA 的可行性。
“现阶段，开发靶向 RNA 治疗的过程中仍然面临着一些局限性。比方说，RNA 的生物学功能通常取决于其结构，利用小分子特异性靶向特定 RNA 的折叠口袋是靶向 RNA 常用且理想的一种方式。不过，也可能会出现小分子靶向 RNA 折叠口袋位点却未引发生物活性反应的情况。”研究团队在新闻稿中说。
在此背景下，研究团队提出了一种新策略——编程小分子 RNA 降解剂，即靶向核糖核酸酶的嵌合体切割靶标。该团队尝试通过将 RNA 分子识别元件连接到一种化合物上，这种化合物能够与核糖核酸酶结合并激活核糖核酸酶切割靶标，从而将无生物活性的 RNA 结合小分子转化为有效且特异性的功能效应器。
论文中提到，试验中包括三个重点，一是确定小分子和 RNA 折叠结构结合的相互作用；二是以可编程的方式将没有生物活性的选择性结合相互作用转化为靶向降解的诱导剂，提供有效和选择性的功能抑制剂；三是构建一种小分子降解 RNA 的范例。
接下来，研究团队分析了一个包含 15,000 个类天然产物的小分子化合物集合，这些化合物特性各不相同，并将这些小分子化合物与 3x3 内部文库（ILL，检测了 61,440,000 种潜在结合后的相互作用）中的 RNA 3D 折叠库结合。对这 15,000 个小分子进行初步筛选产生了 1,584 个苗头化合物，对前 480 个化合物进行二次验证，得到了 344 个结合小分子。通过分析验证，他们发现这些不同的化合物包括 6 种 RNA 结合分子，如1-苄基-1-茚和吩噻嗪。
▲图 | 文库比对筛选确定了新的 RNA 结合小分子和药物靶点（来源：Nature）
“我们发现了大约 2,000 种能够结合药物样小分子的新型 RNA 结构，并确定了 6 种能够结合 RNA 的新型化学类型。现在，我们基本上已经创建了一个可成药的 RNA 折叠'百科全书’”。”Matthew Disney 说。
然后，研究团队将这一策略应用于 miRNA 前体设计了 pre-miR-155-RIBOTAC 降解剂，试验显示，RIBOTAC 降解剂降低了两种疾病中多种细胞系和体内的 miRNA 水平，这种降解抑制了由 miRNA 驱动的细胞表型和定植过程。
为了测试这种方法是否广泛适用，研究团队将这一策略应用于生物惰性相互作用转化为生物活性相互作用，针对另外两种致癌基因 JUN 和 MYC 的 mRNA 设计了 RIBOTAC，分别为 JUN-RIBOTAC 和 MYC-RIBOTAC。结果显示，这两种降解剂可降解目标靶标并阻止这些癌蛋白驱动的转录和蛋白质组程序。
“总而言之，这些结果显示，人们可以设计特定的 RNA 降解剂来阻断许多致癌 RNA，这代表了抗癌治疗中真正具有变革性的一步。”坦帕莫菲特癌症中心的执行副总裁、中心主任和 CSOJohn Cleveland 说。
衍生公司正在推进多条管线
Matthew Disney 指出，由于现在已知 RNA 是几乎所有疾病的关键驱动因素，优化细胞的天然防御靶向致病 RNA 的方法可能会得到广泛应用。
Matthew Disney 的团队已经开发出几种特异性降解 RNA 的方法，其中 RIBOTAC 是一种比较新的策略。整体来看，RIBOTAC 是一种新型的化学方法，通过激活局部先天免疫反应，实现对目标 RNA 的选择性切割和降解。不过，与 TPD 相比，核酸靶向降解还处于起步阶段。
值得一提的是，Matthew Disney 也已经推进了靶向 RNA 疗法的转化工作。2016 年，他作为科学创始人联合创办了生物技术初创公司 Expansion Therapeutics，以开发靶向 RNA 的小分子疗法。同时 Matthew Disney 也担任该公司的科学顾问委员会主席。根据 Crunchbase 的数据，截止目前，这家公司已经完成了多轮融资，融资金额达超 1.4 亿美元。
这家公司主要针对 RNA 介导的神经退行性疾病等多种类型严重疾病开发口服小分子药物，包括强直性肌营养不良 1 型（DM1）、肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）和颞叶痴呆症等等。该公司的底层科学和技术主要依赖于 Matthew Disney 在与 RNA 相互作用的小分子上的开创性研究，且已经获得了该实验室的全球独家授权许可权利。
▲图 | 在研管线（来源：公司官网）
现阶段，该公司基于这些研究已经搭建了专有的技术平台 SMiRNA™，SMiRNA™ 平台能够识别可成药的 RNA 结构，利用结构生物学推进一系列靶向 RNA的新型候选管线，目前均处于药物发现阶段。具体而言，利用患者遗传学知识和检测识别驱动疾病的 RNA 结构；筛选以 RNA 为中心的专有文库，寻找调节 RNA 靶标的分子 ；然后利用结构生物学 SMiRNA™ 平台识别 RNA 靶向药物。
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