核酸药物即以核酸作为治疗疾病的药物，其起治疗作用的核心物质成分是核酸，另外也包含「载体」、「包覆材料」等其它成分。核酸是生物体遗传信息的载体，包括了 DNA、RNA 两大类分子，广义的核酸药物包括所有通过特定核苷酸序列的 DNA、RNA 的导入，改变人体细胞内 RNA 转录、蛋白质合成来发挥作用的治疗方式。依照此定义，核酸药物是与抗体药、蛋白质药、细胞药等并列的一大类生物药，包括了新兴的基因治疗方法中的一大部分，种类繁多，体系庞杂。为了简单明了，集中主题，本文将核酸药物的含义限定在只包括当下已进入实际开发应用中的小核酸药物、表达性 DNA、mRNA 及其它非编码性 RNA 分子药物。此类核酸药物都是以特定序列的 DNA、RNA 分子「入药」，在药学、药理上有许多共性，在药物非临床研究和评价中有许多共同的考量。这类核酸药物在临床前研究评价中动物模型的选择和考虑要点是本文要阐述的内容。

 

核酸药物治疗疾病的原理可以形象地比喻为「从内部攻破堡垒」：核酸分子需要进入机体细胞内，通过改变细胞内特定 RNA 分子的稳定、蛋白质分子的合成来发挥治疗疾病的作用。其中小核酸药物、非编码 RNA 药物的作用机制可用「消」或者「抑」来概括，即作用方式是降解 mRNA 或抑制 mRNA 的翻译，降低特定基因的表达来治病；DNA、mRNA 药物的作用机制可用「补」或者「增」来概括，即作用方式是补充或增强特定基因的表达来治病。

 

小核酸药物又称寡核苷酸（oligonucleotide）药物包括三类：反义寡核苷酸（ASO）、小干扰 RNA（SiRNA）和靶向微小 RNA( micro RNA, miRNA)。ASO 是长度 20 ～ 30 bp 的寡核苷酸链，通过碱基互补配对与 RNA 特异性结合，通过多种机制 ( 如劈裂､占位､降解和封锁等) 调节靶向 RNA 的功能。SiRNA 是一段短双链 RNA，进入细胞质后与 RISC 复合体结合，引起与其有序列互补关系的靶标 RNA 分子的降解。miRNA 是一类长度为 20 ～ 24 个核苷酸的 RNA，在 3＇-非翻译区 (3』-UTR) 与靶 mRNA 不完美互补结合，调节转录，抑制翻译或影响 mRNA 稳定性。

 

小核酸药物临床前动物实验模型的选择
 

小核酸药物因其药理清晰，设计简单，研发快速，药效持久，无基因疗法所潜藏的安全风险等优势，被业界期许为继小分子药物和抗体药物之后的又一新药浪潮。目前针对病毒感染、肿瘤、代谢性疾病、自身免疫病等通过抑制特定基因表达可以加以治疗的疾病，都有小核酸药物在大力研发，其中一些特.效小核酸药物已获批上市或进入临床试验阶段。

 

对于小核酸药物研发的临床前动物实验模型的选择，主要有两方面的考量：

一、动物模型存在小核酸药物的靶基因序列；

二、动物模型可以模拟、复现疾病的病理特征和药物作用途径。另外小核酸药物可能搭配不同的递送系统，采取不同的给药途径，动物模型应当能为临床试验和应用提供可靠的实验参考数据。

经典案例-抗乙肝小核酸药物

 

下面以抗乙肝小核酸药物研发中乙肝小鼠模型的应用为例做具体的说明。

 

乙肝病毒 HBV 是人类肝细胞专嗜性病毒，动物中只能感染某些灵长类，严重制约了 HBV 感染的动物实验研究。近年来人源化动物模型的产生为 HBV 感染小动物模型的产生铺平了道路。北京维通达成功建立可以感染 HBV 的人源化肝脏小鼠模型，称为 Hu-URG。URG 小鼠是维通达自主研发的可调控肝损伤免疫缺陷小鼠，通过诱导 Tet-On 调控的 uPA 转基因在肝脏的表达引起小鼠肝损伤，可以接受外源肝细胞的植入，在移植人肝细胞后形成人-鼠嵌合肝脏。Hu-URG 小鼠可以被 HBV 以自然感染途径感染，在模型肝内完成全周期复制过程，包括形成 cccDNA。因而是一种理想的 HBV 感染模型和抗乙肝药物筛选、评价工具。

▲感染 HBV 的 HuURG 小鼠模型上的抗乙肝药效实验（恩替卡韦每日灌胃给药）

 

人源化肝脏小鼠模型虽然是比较理想的 HBV 感染模型，但因为需使用价格高昂的人原代肝细胞移植重建鼠肝，造价较高。其实就抗乙肝小核酸药物的动物模型评价而言，可以选择更为经济适用的模型，就是 HBV 转基因小鼠模型以及 rAAV 介导的 HBV 感染模型。

以下是用维通达公司建立的 HBV 转基因小鼠模型进行的一个抗乙肝 SiRNA 新药药效评价的实操案例。

 

1.HBV 转基因小鼠模型

维通达 HBV Tg 小鼠是 1.28 倍 HBV 基因组长度的转基因小鼠，其可以内源性地复制产生 HBV RNA、DNA、病毒蛋白以及病毒颗粒，在血液中稳定地检测到高滴度的 HBV DNA（107 IU/ml 以上）、HBsAg（103 IU/ml 以上）、HBeAg（102 IU/ml 以上），对抑制病毒复制的药物敏感地反映出药效。在测试的 SiRNA 药物按设计剂量和给药途径注射到小鼠皮下后，对 HBV 产生了持久的抑制作用。

▲SiRNA 药注射到 HBV Tg 小鼠皮下后血清 HBV DNA、HBsAg、HBeAg 含量的变化

 

2.rAAV 介导的 HBV 感染模型

用 rAAV 介导的 HBV 感染小鼠的方式也可以建立稳定的 HBV 感染小鼠模型。这种模型的病毒学特征与 HBV 转基因鼠基本相同，不同的是 HBV 病毒是在成体后导入，不像转基因鼠那样因为先天性表达 HBV，已对 HBV 建立了深度免疫耐受。另外转基因鼠的 HBV 基因组整合在每一个细胞上，无法观察到「治愈」性药效；嗜肝性 AAV 亚型介导的 HBV 感染主要发生在肝细胞，只是部分肝细胞表达 HBV，有可能观察到治愈结果。在 C57BL/6 小鼠上建立的 rAAV-HBV 模型的基础值见下图。

▲rAAV-HBV 小鼠模型血清 HBV 指标基础值

 

评价小核酸药物对代谢性疾病、肿瘤、神经系统疾病等，因小核酸的靶基因序列在人和动物之间可能存在差异，动物模型常常需要进行「人源化」理想的是组织、细胞的人源化，退而求其次是通过基因编辑技术将靶基因人源化，才能用于小核酸药的体内实验， 如针对 TTR、ApoB100、PCSK9、VEGF 等靶基因的设计。把基因人源化后还需要考虑动物的相关通路是否能兼容人的目标蛋白。同时基因人源化动物还应该造成一个药物所针对的疾病表型、病理的模型，如评价 ApoB100、PCSK9 小核酸药的动物要造成高脂血症模型等。小鼠因为小动物的优势和已建立成熟的基因编辑技术，基因人源化小鼠模型是评价小核酸药最常考虑的选择。

 

DNA、mRNA 药物预期在许多遗传性疾病、退行性疾病、疫苗等领域有极大应用潜力，随着增强核酸药物稳定性的化学修饰技术、环状 RNA 技术等的涌现以及靶向递送技术的发展，有望与蛋白药物一争天下。目前耀眼的是新冠病毒 mRNA 疫苗的获批上市和大规模应用。评价这类「大核酸」药物的动物模型主要考虑点是人的蛋白产物与动物体内功能体系、通路的兼容性，及能否正常发挥功能，模型选择应当具体而微地充分考量。