傳統的藥物主要作用于相應的分子靶點 (如激酶、受體、離子通道和轉運體等蛋白質靶標)、生物學途徑或細胞過程，從而達到治療疾病的藥理作用。小分子化合物和抗體是當前醫療用藥的主要形式和藥物開發的方式。但是只有 10-14% 的蛋白質可以成為小分子化合物或抗體的作用靶點。這限制了小分子化合物和抗體在藥物開發中的可能性。
圖 1. 小核酸藥物的發展歷程
傳統藥物 VS. RNA 藥物
然而 RNA 治療有望擴大藥物靶點的范圍，包括傳統蛋白質和以前無法成為藥物靶點的轉錄本和基因。與其他傳統藥物相比，核酸藥物表現出一些獨特的特征 (見圖 2)。例如，核酸藥物通常以注射的方式給藥，而且在體內多次循環使用使得給藥頻次更低。此外，核酸藥物還具有生產制備工藝相對簡單和研發周期短 (不需要大規模的藥物篩選過程) 的優勢。
圖 2. 小分子化合物、抗體、蛋白質替代治療和 RNA 治療的特征
RNA 治療機制
RNA 治療包括使用可編碼 RNA (如 mRNA) 和非編碼 RNA (如小干擾 RNA (siRNA)、microRNA (miRNA)、反義寡核苷酸 (ASO)、核酸適配體 (aptamer)、核酶 (ribozyme) 和引導 RNA (guide RNA (gRNA) 等)。這些核酸具有不同的結構特點和作用機制。
圖 3. 不同類型核酸的結構特點和作用機制
ASO、siRNA 和 miRNA 通過堿基互補配對原則靶向 mRNA 或 pre-mRNA，通過基因沉默抑制靶蛋白的表達從而實現治療疾病的目的。mRNA 分子進入細胞然后翻譯成目標蛋白質，可以用于蛋白質替代治療或疫苗接種。
核酸適配體通過其獨特的三級結構而不是其序列與靶蛋白結合。
CRISPR/Cas9 系統由 Cas9 蛋白和引導 RNA 兩種分子組成 (“魔剪” CRISPR/Cas9，你 get 到了嗎?)。Cas9 蛋白被引導 RNA 分子所靈活，發揮識別和切割基因組 DNA 的功能。核酶是具有催化活性的 RNA，可降解特異的 mRNA 序列。
圖 4. 基于 RNA 的治療的作用機制[2]
ASOs 可以調節 RNA 拼接，抑制 mRNA 翻譯。miRNA 和 siRNA 抑制翻譯導致 mRNA 降解。RNA適配體抑制蛋白質活性。IVT mRNA被翻譯成宿主蛋白，在細胞內充當抗原或替代蛋白。
核酸藥物針對的適應癥
利用具有特定序列的核酸作為藥物打破了傳統藥物治療方法只能作用于靶蛋白的方式。這些核酸藥物的候選靶點豐富，適應癥分布廣。目前，已獲批上市的核酸藥物的適應癥大多集中于罕見病 (如用于治療脊髓性肌萎縮癥的 Nusinersen (修飾 SMN2 基因的前信使 RNA 剪接，從而促進全長 SMN 蛋白的生成，用于治療脊髓性肌萎縮癥) 。用于治療急性間歇性卟啉癥的 Givosiran，用于治療 1 型原發性高草酸尿癥的 Lumasiran 和用于治療杜氏肌營養不良癥的 Viltolarsen (這幾個是已經 FDA 批準的么？其他用于罕見病治療的核酸藥物在我們之前的文章 “罕見病，其實并不罕見” 中有詳細的介紹)，后續有望逐漸向腫瘤、神經疾病和代謝疾病等治病領域拓展 (見圖 5)。
圖 5. 處于研發階段的核酸藥物
除了將核酸作為藥物用于治療疾病，科研人員也在嘗試開發靶向 RNA 的小分子化合物。RNA 可以被折疊成二級 (如螺旋、莖、環和凸起)、三級 (如結、假結和基序) 和四級 (如復合體) 結構，因此，小分子化合物有可能直接與 RNA 獨特的高級結構而不是序列相互作用。以 rRNA 為靶點的新型合成抗生素 (如酮內酯 Telithromycin)，靶向核糖體的 Ataluren (用于杜氏肌營養不良治療)，以及靶向 SMN2 pre-mRNA 的 Risdiplam (用于治療脊髓性肌肉萎縮癥) 等藥物都已獲批用于治療。
盡管核酸藥物具有很好的治療，但也面臨一些挑戰。由于核酸通常分子量較大 (單鏈ASOs ~4 - 10kda，雙鏈siRNA ~ 14kda)，且攜帶負電荷，所以很難有效地進入細胞。此外，裸的核酸在血液中容易被核酸酶降解，還能靈活一些免疫識別受體如TLR3/7/8。這些因素限制了核酸藥物的的治療潛力。
為了克服核酸遞送的障礙，科學家們已經開發了基于病毒載體和非病毒載體的傳遞系統(脂質體)，以保護寡核苷酸不被降解，很大限度地傳遞到靶細胞。脂質納米顆粒通常由陽離子脂質、膽固醇、PEG化脂質和磷脂組成，有助于掩蓋核酸攜帶的電荷，保護其不被核酸酶降解?；瘜W修飾同樣可以幫助提高核酸遞送的遞送效率。2'化學修飾（2'-F、2'-OMe和2'-MOE等）的摻入大大提高了核酸的穩定性和整體半衰期。
不過值得注意的是，與蛋白質不同，RNA 與 DNA 密切相關。許多初設計和識別的 RNA 的化合物后來被知道會作用于其他靶點 (例如，直接與 DNA 結合)。因此，在開發 RNA 靶向的小分子化合物時，結構優化是必要的，以提高對 RNA 靶點的選擇性。
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