在近几十年中，RNA治疗药物在罕见病以及抗击COVID-19疫苗领域取得了很大突破。RNA治疗药物通过下调靶基因调节致病蛋白的翻译，或者通过注射合成的mRNA来翻译编码的目标蛋白。因此，RNA治疗药物可以被设计为靶向几乎任何遗传元件，其中许多在过去可能被认为对小分子化药或生物药来讲不可成药的靶点。过去这些年，FDA已经批准了众多RNA治疗药物，包括反义寡核苷酸（ASOs）、小干扰RNA（siRNA）等。
本文对部分已上市的寡核苷酸药物（截至2022年）的临床药代动力学（PK）特点进行总结。2016年，Nusinersen被FDA批准用于治疗脊髓性肌萎缩症，成为首个获批用于该疾病的药物。Eteplirsen则是首个获批用于治疗某些类型杜氏肌营养不良症（DMD）的药物。在首个DMD治疗药物获批之后，Golodirsen、Viltolarsen和Casimersen分别于2019年、2020年和2021年被FDA批准。此外，在2018年首个siRNA药物Patisiran获批之后，每年都有新的siRNA药物获批。已获批的部分寡核苷酸药物基本信息列表总结如下（截至2022年）。
RNA药物的结构和碱基修饰
RNA治疗药物是由RNA碱基（腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤和尿嘧啶）组成的寡核苷酸。每个碱基都连接到磷酸骨架上，为链状结构提供支持。RNA治疗药物通过沃森-克里克碱基配对原则与前体或成熟RNA的特定位点结合，以发挥其治疗作用。根据结构特点，RNA治疗药物可以分为ASOs、siRNA、mRNA和核酸适配体。由于缺乏传统药代动力学研究，故mRNA疫苗不在讨论之列。历史上，唯一获得FDA批准的基于核酸适配体的药物是Pegaptanib。Pegaptanib是一种含有27个碱基的RNA核酸适配体，能够抑制VEGF，用于治疗年龄相关性黄斑变性。然而，由于更有效的治疗选择（如雷珠单抗）的出现，其使用逐渐减少，最终停止销售。
Defibrotide是一种由单链和双链寡核苷酸组成的多分散混合物，于2016年首次获批，用于治疗肝静脉闭塞性疾病，可能对保护肝脏血管内皮细胞和防止血液凝固起到作用。Defibrotide具有多种复杂的作用机制，包括抗炎、抗动脉粥样硬化、抗缺血和抗血栓特性。
过去几年获批的大多数RNA治疗药物为ASOs或siRNA药物。ASOs是长度为12–25个核苷酸的互补核酸片段，被设计为特异性地与内源性前mRNA或mRNA的互补序列杂交，以调节生物功能。它们通过以下方式实现这一目标：通过酶促裂解降解mRNA，改变前mRNA剪接以包含或排除特定内含子/外显子，或者改变调控RNA的功能。其他潜在的ASOs作用机制还包括通过阻碍核糖体活性诱导翻译停滞、通过抑制剪接干扰前mRNA成熟、在细胞核内使前mRNA不稳定，或者纠正隐性剪接位点。siRNA具有明确的结构，由短的（通常为20-24个碱基对）RNA双链组成，3'端有2个碱基的突出。siRNA利用人Ago 2蛋白形成RNA诱导沉默复合物（RISC），进而介导靶mRNA的切割和降解，从而阻止了mRNA的翻译，实现了对特定基因表达的沉默。Patisiran是2018年获批的首个siRNA药物，被制成脂质纳米粒（LNP）以实现有效的靶向递送。它由一个21个碱基的双链siRNA（ALN-18328）组成，包裹在四种脂质辅料中，包括两种新型脂质复合配方：DLin-MC3-DMA和PEG2000-C-DMG。由于其化学修饰有限，Patisiran利用LNP系统在循环中保持稳定，并实现有效的肝脏摄取。为了充分包裹LNP，每1毫克剂量的ALN-18328中DLin-MC3-DMA（6.76毫克）和PEG2000-C-DMG（0.76毫克）的用量相当。因此，Patisiran的药代动力学研究包括了与ALN-18328剂量相关的DLin-MC3-DMA和PEG2000-C-DMG。
天然寡核苷酸容易被核酸酶迅速降解，并且对血浆蛋白亲和力较低，导致其快速被清除。为了克服这些问题，化学修饰被引入到碱基、RNA骨架或糖基团中。
首先，碱基修饰常用于增强沃森-克里克碱基配对的强度，这种方法还可以提高寡核苷酸与目标RNA形成的双链的热稳定性。然而，更高的亲和力可能会增加非靶向毒性风险，从而导致不良反应。此外，由于修饰后的嘧啶碱基相对较大，可能会阻碍siRNA介导的沉默作用，因为它们会阻止RNA诱导沉默复合体（RISC）的正确结合。其次，RNA的核糖修饰是一种广泛使用的方法，用于提高对核酸酶降解的稳定性，从而增加其PK半衰期。糖基团中最常被修饰的位置是其2'-碳原子。常见的修饰包括2'-O-甲基（2'-O-Me）、2'-氟RNA（2'-F-RNA）和2'-O-甲氧乙基（2'-O-MOE）。第三，核酸骨架中的磷酸二酯键也是修饰的靶点，因为核酸酶可以水解这些磷酸二酯键。核酸骨架中最常见的修饰是磷酸硫代键（PS），其中非桥连氧被硫原子取代。磷酸硫代键的优势不仅在于其对核酸酶降解的抵抗力，还在于其能够增加组织摄取。另一种常见的ASO修饰是磷酸二酰胺吗啉代寡核苷酸（PMO），它包含通过磷酸二酰胺键连接的吗啉环修饰的糖。PMO对生物体液中的各种酶具有抵抗力，增强了RNA治疗药物的生物稳定性和疗效。
吸收和给药途径
RNA药物通常通过非口服途径给药，常见的方式是皮下注射或静脉注射。与其它药物相比，RNA药物皮下给药后的生物利用度较低至中等，主要是由于核酸酶的降解作用。例如，Inclisiran大鼠皮下给药后的系统生物利用度为35.1%-48.9%，猴中为24.7%-33.8%。皮下注射后，这些化合物会迅速被吸收进入系统循环，通常在2-4小时内达峰。与静脉注射相比，皮下给药后的血药浓度在达到峰值后下降得更慢，这是由于药物从注射部位持续吸收所致。特别是Givosiran，皮下注射后主要分布至肝脏，尽管其在大鼠和猴子中的生物利用度较低，但肝脏暴露比值显著高于静脉给药途径。
Fomivirsen和Pegaptanib用于治疗眼部疾病，需要局部给药以优化药物在靶组织中的作用，而非全身给药。因此，这两种药物均通过直接玻璃体注射给药。根据非临床研究，Fomivirsen在兔和猴眼中的视网膜浓度分别为3.5 µmol/L和0.88 µmol/L。此外，药代动力学模型预测，人眼中视网膜的药物峰浓度和谷浓度在每两周给药165 µg时，范围为5-0.6 µmol/L。
由于RNA治疗药物分子量较大且骨架中带有负电荷，无法穿过血脑屏障。为了使其在中枢神经系统发挥作用，用于治疗脊髓性肌萎缩症（SMA）的Nusinersen通过鞘内注射给药。给药后，Nusinersen迅速分布在脑脊液中，与血浆中的较大分布容积（29 L）相比，其脑脊液分布容积较小（0.4 L）。在猴子中，Nusinersen在脑脊液中的终末半衰期为3-6个月，在儿童中为4-6个月。药物的终末半衰期较长，支持了每4-6个月一次的维持给药频率。
分布
RNA药物主要与细胞内的细胞质或细胞核中的RNA靶点相互作用。然而，RNA药物从血液扩散到外周组织的能力有限。即使进入组织的RNA还要进入细胞才能发挥作用。由于寡核苷酸药物不具有膜通透性，它们通过吞噬作用或受体介导的内吞作用而不是被动扩散进入细胞。以ASOs为例，细胞摄取过程大致可以分为两个步骤：ASOs吸附到细胞表面蛋白和内化。许多细胞表面受体参与ASOs的受体介导内吞作用，包括表皮生长因子受体、G蛋白偶联受体和清道夫受体。特别是关于清道夫受体的研究有很多，发现它们介导裸ASOs的摄取，例如stabilin-1和stabilin-2介导PS-ASOs的肝脏摄取，清道夫受体A1介导PMOs的肌肉摄取。内化的ASOs需要从内体中释放出来，才能与细胞质或细胞核中的目标RNA相互作用。这些细胞内ASO的运输过程被认为受到细胞质和细胞核区域中多种蛋白的相互作用调控。通过使用生物素标记的PS-ASOs进行亲和力选择，Liang等人鉴定了一组与PS-ASOs相互作用的细胞内蛋白。最近的一项研究表明，在早期内体途径中，Rab5C和早期内体抗原1（EEA1）参与了PS-ASOs的运输，并在stabilin介导的内化后促进它们的内体逃逸；在晚期内体途径中，Rab7A和溶酶体双磷酸甘油磷脂参与了PS-ASOs的运输。此外，为了实现有效的细胞内化，需要平衡血浆蛋白结合。如果RNA药物与血浆蛋白结合过于紧密，可能会阻碍其从全身循环向组织的分布。相反，与血浆蛋白结合较少的药物则更容易被清除，主要由于在血液中的代谢或通过尿液排泄。
在RNA药物中引入PS骨架可以使其对血浆蛋白的亲和力在所有种属中增加约85%，从而延长其半衰期并促进其在全身组织中的摄取。具体来说，具有PS连接的RNA药物表现出较高的血浆蛋白结合率：Givosiran为90%，Inclisiran为87%，Inotersen为94%，Lumasiran为85%，Mipomersen为96%，Nusinersen为94%。当然，事无绝对，Fomivirsen具有PS连接，但其在猴或兔玻璃体蛋白中的结合率仅约为40%。而基于PMO修饰的ASOs是不带电的，在人体中的蛋白结合率较低（6%-17%），从而限制了其组织吸收。例如，PMO类药物Eteplirsen人血浆蛋白结合率为6.1%-16.5%。由于血浆蛋白结合与细胞摄取和肾小球滤过相关，PS-ASOs与PMOs相比具有更持久的组织分布和更慢的尿液排泄特性，这可以通过它们的蛋白结合差异来解释。
对于以脂质纳米颗粒（LNP）形式配制的Patisiran，其血浆蛋白结合通过两种方法进行评估。在第一种方法中，Patisiran与血清白蛋白和α1-酸性糖蛋白的结合率分别为0.46%和2.07%。在另一种方法中，作为LNP PEG辅料的PEG2000-C-DMG的血浆蛋白结合率为约97%。然而，由于PEG2000-C-DMG在Patisiran中的摩尔比远低于其他成分，因此Patisiran的蛋白结合率更接近血清白蛋白和α1-酸性糖蛋白的结果。
大多数RNA治疗药物主要分布于肾脏和肝脏，这两个器官是主要的排泄和代谢器官。如上所述，一些具有GalNAc缀合物的RNA药物主要靶向肝脏细胞。此外，由于肌肉组织的分布低，或者称为“生物利用度低”，用于治疗DMD等肌肉组织疾病的RNA治疗药物通常设计为高活性分子。
代谢
RNA治疗药物的降解通常由外切酶和内切酶介导。一般来说，未修饰的寡核苷酸会迅速被3'-外切酶降解。与未修饰的寡核苷酸类似，一些RNA治疗药物主要通过3'-外切酶水解裂解进行代谢。例如，Givosiran的主要代谢产物AS(N-1) 3' Givosiran是由其反义链的3'端降解形成的，并且这种活性代谢产物在血浆中浓度还挺高。因此，Givosiran的临床PK研究测量了血浆中AS(N-1) 3' Givosiran的暴露水平，其血药浓度大约是Givosiran的一半。其他siRNA药物，如Lumasiran和Inclisiran，也主要代谢为其各自的AS(N-1) 3'代谢产物，但它们各自形成的代谢产物量远低于Givosiran。Nusinersen同样通过3'-外切酶代谢，其N-1代谢产物在脑脊液和血浆中均被检测到。除了3'-外切酶外，RNA药物的代谢中还观察到了5'-外切酶和内切酶的作用。例如，Mipomersen是通过内切酶而非外切酶降解的，经Mipomersen治疗的患者尿液样本中检测到了与内切酶介导裂解相关的几种代谢产物。
肝脏是大多数药物代谢的场所，因此RNA药物也在肝脏的S9组分、肝微粒体或重组细胞色素P450（CYP）系统中进行了测试，以了解每种药物的代谢情况。大多数GalNAc siRNA药物不是CYP酶的底物，因此不太可能发生涉及CYP酶的临床相互作用。此外，包括Mipomersen、Eteplirsen、Nusinersen和Inotersen在内的几种ASO药物也不经CYP酶介导的代谢。
RNA药物的代谢产物主要是通过特定酶（如外切酶或内切酶）形成的亲本寡核苷酸片段，非临床研究可以作为人体放射性标记研究的替代方法。可以通过体外研究或动物物料平衡研究获得代谢相关信息。例如，Eteplirsen开展了小鼠放射性标记研究，而没有进行人体放射性标记研究。Lumasiran的情况也类似，主要采用非临床数据对代谢情况进行了研究。
排泄
尽管肾脏是大多数RNA治疗药物的主要排泄途径，但每种RNA药物都有与其排泄相关的特定PK参数。例如，Fomivirsen从玻璃体中的清除速率呈一级动力学，其半衰期约为55小时。玻璃体中Fomivirsen浓度的时间依赖性降低可能是由于其被视网膜和其他眼部组织摄取，或被核酸酶代谢。此外，Mipomersen在单次给药后24小时内尿液排泄量极少，仅为1.38%至3.30%。由于Mipomersen在人体中的半衰期为31天，其清除过程延迟，表明其在组织中代谢缓慢，随后通过尿液排泄。Inotersen与血浆蛋白结合紧密，因此其通过肾小球滤过的量极少。在给药后24小时内，完整Inotersen的肾脏排泄量不到给药剂量的1%。Inotersen的消除半衰期为32.3天，表明其在早期分布阶段后的代谢或排泄过程较长。Nusinersen也通过肾脏排泄，其代谢产物是核酸酶降解产物。Nusinersen通过鞘内注射给药，必须进入血液才能通过肾脏排泄。然而，由于脑脊液与血液之间的屏障，Nusinersen的消除半衰期可能会延长。
所有获得FDA批准的PMO类RNA治疗药物（包括Casimersen、Eteplirsen、Golodirsen和Viltolarsen）均以原形药物的形式迅速通过尿液排泄。这些药物在24小时内尿液中的回收率均超过60%。它们的消除半衰期和血浆清除率分别为：Casimersen为3.5小时和180 mL/h/kg，Eteplirsen为1.6-3.6小时和200-300 mL/h/kg，Golodirsen为3.5小时和338-405 mL/h/kg，Viltolarsen为2.5小时和217 mL/h/kg。
GalNAc缀合的siRNA药物（如Givosiran、Inclisiran、Lumasiran和Vutrisiran）已获得批准。基于非临床数据，siRNA药物的初始血液清除主要是通过在肝脏中的高分布实现的。Givosiran通过转化为AS(N-1) 3' Givosiran（36%）、在肝脏中的摄取（52%）和尿液排泄（12%）从血浆中清除。相比之下，Inclisiran的肝脏摄取介导的清除更高，约82.5%。此外，Lumasiran的大部分也被肝脏摄取，仅有17.4%至25.8%的给药剂量以原形药物的形式通过尿液排泄。Vutrisiran的尿液排泄量不到给药总量的25%。然而，GalNAc缀合siRNA药物在肝脏中的消除半衰期较长，例如Inclisiran（猴）为82.5天，Lumasiran（基于PBPK模型预测）为66.9天。这些缓慢的消除速率表明，这些药物的粪便排泄量可能较少，主要排泄途径可能是肾脏。
为了研究肾功能是否会影响GalNAc缀合siRNA的PK特征、肾脏排泄或药效学（PD）结果，进行了5/6肾切除大鼠研究。在代表中度至重度肾功能不全的5/6肾切除大鼠模型中，肝脏的PK特征或观察到的PD结果并未因尿液排泄减少而受到显著影响。因此，肾功能不全不太可能影响GalNAc缀合siRNA的肝脏PK特征及其随后的PD结果。类似的结果也在肾功能不全患者的Inclisiran临床研究中发现。对于Givosiran和Lumasiran，亚组分析结果显示，轻度至中度肾功能不全似乎不会影响疗效。
药物-药物相互作用
大多数RNA类治疗药物不是细胞色素P450（CYP）系统的抑制剂或诱导剂，因此通常认为它们不会与主要通过氧化代谢途径清除的小分子药物发生经典的药–药相互作用。然而，已有临床研究报道了givosiran可能引发间接的药–药相互作用。该研究指出，由于givosiran的药效学作用，可能影响肝脏中的血红素含量——而血红素是CYP酶的辅基和功能所必需的辅因子。研究结果显示：givosiran对CYP2C9活性几乎没有影响；对CYP3A4和CYP2C19活性有轻微抑制；对CYP2D6和CYP1A2活性则呈现中度抑制。值得注意的是，体外使用人肝微粒体的研究表明，givosiran并未直接抑制任何主要CYP亚型，这可能是因为其药效学特性难以在体外模型中充分展现。
除了代谢酶，转运体也能通过调节药物的吸收、分布和消除，对药代动力学和药效学产生临床相关影响。与主要在肝脏和小肠表达的药物代谢酶不同，转运体广泛分布于全身，调控物质在胃肠道、肝脏、肾脏和大脑等组织间的转运。因此，在部分RNA治疗药物的研发过程中，已对其经由转运体介导的药–药相互作用潜力进行了评估。
大多数GalNAc偶联的siRNA药物被证实不是临床相关转运体的底物，且不抑制关键的摄取转运体（如OATP1B1、OATP1B3、OAT3、OCT1、OCT2）或外排转运体（如BCRP、BSEP、MATE1、MATE2-K、P-gp），但givosiran在高浓度下可抑制P-gp。然而，givosiran采用皮下给药，其体内浓度与体外IC50比值（I/ IC50）远低于Ellens和Lee提出的临床显著性阈值（0.03），因此该P-gp抑制作用无临床意义。
此外，多种ASO药物（如casimersen、eteplirsen、golodirsen、inotersen、mipomersen、nusinersen和viltolarsen）也已在体外评估了其与转运体相关的药代动力学相互作用。结果一致表明：这些ASO药物既非转运体底物，也不抑制多种人体转运体，因此不太可能因竞争或抑制而与其他药物发生相互作用。
关于血浆蛋白结合。尽管部分RNA治疗药物具有较高的血浆蛋白结合率，理论上存在因蛋白结合位点竞争而导致药代动力学相互作用的可能[83]，但实际上这种风险极低，原因如下：1）给药频率低（通常每月一次或更长），且药物在血液循环中仅短暂存在（数小时），随后迅速分布至组织，因此血浆蛋白结合的影响有限；2）临床峰浓度远低于血浆蛋白（如白蛋白，浓度约600μM）水平；3）寡核苷酸与血浆蛋白的结合较弱，且其亲水性结构所结合的位点通常不同于疏水性小分子药物的结合位点。综上，血浆蛋白结合对RNA治疗药物的药–药相互作用影响甚微，基本可忽略。
药代动力学–药效学（PK/PD）关系
PK/PD分析将药物剂量–浓度关系与药物浓度–效应关系联系起来，从而预测随时间变化的给药效果。在PD分析中，常使用生物标志物来评估给药方案与靶点效应之间的关联。
由于RNA治疗药物旨在特异性作用于特定靶基因，其主要的PD生物标志物通常较为明确。例如：Inotersen靶向转甲状腺素蛋白（TTR）mRNA，其PD生物标志物为血浆TTR蛋白水平的变化；Inclisiran是一种针对高脂血症相关蛋白PCSK9设计的化学合成siRNA，其PD生物标志物为PCSK9蛋白浓度。
不过，尽管PD生物标志物明确，但RNA治疗药物的PK/PD关系比传统小分子药物更为复杂。这种复杂性在生物药物中也普遍存在，已有研究提出靶点介导的药物处置模型（Target-Mediated Drug Disposition, TMDD）来解释此类现象。近年来，该模型也被应用于RNA治疗药物的PK/PD建模。
RNA治疗药物的一个显著特点是血浆中的PK参数与PD效应之间缺乏直接相关性。以vutrisiran为例，在健康志愿者中，其血浆PK Tmax为0.2–12小时，而作为PD指标的TTR最低水平（即PD Tmax）却出现在给药后50–90天。另外一个特点是血浆半衰期短，但药效持续时间长。例如，用于DMD治疗的ASO药物血浆半衰期通常小于4小时，但每周一次静脉给药即可维持临床疗效。这说明即使药物迅速从血浆中清除，其药理作用仍可持续数周甚至数月。
为解释血浆PK与PD效应之间的脱节，需考察其他药代动力学特征。研究发现当RNA治疗药物具有明确靶器官时，其PD效应与靶器官内的药物浓度相关性更强，而非血浆浓度；对于siRNA类药物，在非临床研究中，其PD效应更直接地与RISC复合物（RNA诱导沉默复合体）相关，因为RISC是siRNA发挥功能的核心结构。
因此，目前RNA治疗药物的浓度–效应关系尚未完全阐明。
群体药代动力学分析
过去十年中，群体药代动力学（PopPK）或PK/PD建模与模拟已被应用于部分获批RNA治疗药物的临床评价。
然而，在杜氏肌营养不良症（DMD）治疗药物的开发中，由于DMD属于超罕见病，且多数患者年龄较小、难以采集足够样本进行有效分析，因此相关药物获批时往往仅基于有限的PopPK数据，甚至未建立PK/PD模型。
PopPK方法的优势在于：能整合密集采样或稀疏采样的药代动力学数据；可构建模型以解释个体间变异（如年龄、体重、肝肾功能、基因型等）；有助于优化给药方案的选择。
因此，PopPK方法特别适用于由遗传缺陷引起的罕见病的RNA治疗药物研发—这类疾病不仅患者招募困难，且受试者年龄跨度大（包括儿童）。
目前已有两项公开发表的群体PK/PD研究，分别针对治疗相同疾病（遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性，hATTR）的两种RNA药物：inotersen（ASO）和patisiran（siRNA）。
1.Inotersen（反义寡核苷酸）
基于I、II、III期临床试验数据建立了群体PK/PD模型。其PK/PD关系相对明确，因inotersen半衰期较长，可使用两室模型将血浆PK与TTR蛋白水平有效关联。
分析显示：体重或体型是影响清除率和分布容积的显著协变量，但对药物暴露量无临床相关影响；轻中度肾功能不全患者的肾功能不是清除率的显著协变量。
模型模拟了四种给药方案：300mg每周一次（±负荷剂量）；300mg每两周一次；150mg每周一次。结果提示较低剂量同样有效，且长期治疗中负荷剂量在3个月后作用甚微，可能无需使用。
2.Patisiran（siRNA，首个建立群体PK/PD模型的siRNA药物）
该模型通过将血浆药物浓度与肝细胞内RISC复合物水平关联，成功建立了PK/PD关系。临床观察到药效峰值滞后于血浆浓度峰值7–14天。
模型引入独立效应室（effect compartment）描述这种滞后现象（hysteresis），并能准确拟合不同给药方案下TTR的时间变化曲线。
模拟结果表明，患者基因型对药效无显著影响。支持当前获批方案，体重<100kg，0.3mg/kg每三周一次（Q3W）。在体重36.2–110kg范围内，即使PK暴露量增加一倍，药效未见明显差异。
对于体重≥100kg的患者，模拟显示：固定剂量30mg Q3W与按体重计算的0.3mg/kg Q3W所产生的药效相似。因此，30mg可作为最大剂量上限用于100kg及以上患者。
免疫原性
以siRNA为例，siRNA可以诱导先天免疫系统，且siRNA和递送系统也可能有一定的免疫原性风险。所以，siRNA需要考察ADA产生情况。不过，目前获批的6款siRNA的ADA风险都很低，patisiran、givosiran、lumasiran、inclisiran、vutrisiran、nedosiran的临床ADA发生率分别为3.6%、0.9%、6%、1.7%、2.5%、0%。而且，产生的ADA对药物的PK、PD、有效性或安全性均未产生影响。
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