表征RNA药物 | 精密分析如何推动制药行业的未来发展

2025-03-31 11:18:09, 沃特世沃特世科技（上海）有限公司

近年来，RNA治疗药物崛起，成为一类突破性的治疗方法，有望彻底改变医学格局。与传统药物不同，这类治疗方法通过靶向遗传密码本身，实现对基因表达的精准调控，从根源上干预遗传性疾病。从mRNA疫苗到RNA干扰疗法，这些创新方法为应对多种疾病提供了全新途径。然而，RNA治疗药物成功开发和应用的关键在于有稳健的分析方法支撑。

本文由沃特世专家Matt Lauber、Andrew Argo和Elizabeth Foley联合撰写，深入探讨了分析方法在兑现RNA治疗药物承诺中的核心作用，重点介绍了关键技术的应用场景，阐释了其在确保这类前沿疗法的安全性、有效性和质量中的重要价值。

纵观制药行业的发展历程，其技术突破始终呈现鲜明的阶段性特征。第一阶段聚焦于小分子药物，以对乙酰氨基酚为代表的合成化合物通过靶向蛋白等调控细胞功能；第二阶段聚焦于药物发现和方法论；至第三阶段，蛋白质和肽类治疗药物崛起，带来了重组人胰岛素等突破性的治疗方法。这些疗法拓展了治疗领域，尤其在自身免疫疾病和癌症治疗中，单克隆抗体成为关键工具。 

我们正坚定地迈入药物发现与开发的第四阶段，这一阶段以核酸疗法为核心特征 - 即直接在基因层面进行干预。此阶段包括mRNA疫苗、ASO(反义寡核苷酸)、siRNA和CRISPR基因编辑技术的开发。mRNA技术取得的空前成功，尤其是在COVID-19疫苗中的突破性应用，充分彰显了这些疗法在未来的快速扩展潜力与应用前景。 

多样化作用机制

RNA治疗药物与传统药物存在根本性差异。不同于通过模拟生物活性结合蛋白质或肽的小分子药物，RNA药物直接靶向遗传密码本身。这为精准调控基因表达提供了可能，并开创了从疾病根源干预遗传性疾病的创新疗法。 

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图1. 核酸疗法及其作用机制。图片来自biorender.com。

例如，ASO可以结合mRNA序列，阻断其翻译或改变剪接过程，从而有效沉默或调控基因表达。类似地，siRNA技术通过双链体靶向特定mRNA使其裂解，阻断有害蛋白质的翻译。mRNA疗法则直接向细胞递送合成指令，促使细胞生产治疗性蛋白。最后，CRISPR基因编辑技术能够对基因组进行精准编辑，为单基因遗传病提供潜在治愈方案。

这些技术的成功案例已不断涌现。例如，Stoke Therapeutics公司正利用ASO增强Dravet综合征患者神经元功能相关基因的表达；Alnylam Pharmaceuticals的siRNA疗法靶向调控罕见心脏病中的淀粉样蛋白生成；Moderna的mRNA技术开创了个性化癌症疫苗的先河，通过激活免疫系统识别并攻击特定肿瘤突变；而Beam Therapeutics等企业则在推进CRISPR碱基编辑技术，修正导致代谢疾病的基因突变。

科学协作的生态体系

RNA治疗领域正在蓬勃发展，这得益于由学术科研人员、生物技术初创企业、跨国制药巨头、监管机构和技术供应商共同构建的完整生态体系。高等院校始终是基础研究的核心阵地，医学院校与科研中心通过持续的创新突破为产业发展注入源头活水。新兴初创企业（其中许多是学术研究机构的衍生企业）在科学发现到实际应用的转化中发挥着关键作用，但这些初创企业往往需要与制药行业龙头企业建立战略合作，以应对临床试验后期的复杂挑战并实现规模化生产。

CRO与CDMO通过提供专业化服务与补充产能，有效支撑了药物开发进程。而仪器设备供应商则是整个链条中不可或缺的环节，他们提供的高性能分析工具，确保了这些新药在纯度、效价和疗效上达到严苛标准。以FDA为代表的全球监管机构，通过严格的审查流程，在保障这些创新药物的安全性和有效性方面发挥着关键作用。

图2. 基因医学极少由单一机构独立完成，而是依赖于多方参与的生态体系协同推进，最终服务于患者健康。

表征技术的作用

色谱和质谱技术对于RNA分子的表征与定量分析至关重要，它们确保了RNA药物在整个开发流程中的安全性、稳定性和有效性。 

高性能液相色谱（HPLC）系统与专为核酸分离优化的色谱柱，是测量RNA治疗药物完整性与精准确认其浓度的核心工具。与在mAb表征中的应用一样，体积排阻色谱（SEC）在此类检测中表现尤为突出，可有效检测mRNA原料药中的聚集体、单体及降解产物 — 这些均是需重点监测的关键属性。RNA治疗药物分子尺寸庞大、带电性强且化学结构复杂的特性，推动了色谱柱技术的革新，使其分离性能达到科学家们业已习惯的传统蛋白质色谱水平。  

这些技术进展催生了新一代SEC色谱柱，能够实现mRNA、向导RNA(gRNA)等核酸的高分离度分离，从而精准测定其浓度与结构完整性。此类色谱柱采用优化的孔径与表面化学修饰，充分适配RNA分子的精密结构。更值得关注的是，最新研究显示SEC色谱柱在变性流动相中同样表现出色 - 变性剂可有效溶解脂质纳米颗粒（LNP）的结构，从而快速、准确地评估制剂样品中的RNA载荷。   

同样，SEC平台方法也处于快速发展阶段，通过集成UV、荧光、示差折光及多角度光散射等多种检测器，使科学家能够利用一种多属性方法完整测量多种属性，从而高效评估药物质量，并在工艺开发过程中提供快速指导。 

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图3. 在环境温度（A，绿色迹线）和50°C柱温（B，红色迹线）下，使用4.6×150 mm色谱柱，流速0.25 mL/min，通过体积排阻色谱与UV检测快速测试mRNA原料药的完整性和聚集体。流动相由50 mM Tris、200 mM KCl和10 mM MgCl2组成。最初发表于Int. J. Mol.Sci.2024, 25(11), 6254.知识共享许可证CC-BY。

RNA测序类似于蛋白质和肽分析中的自下而上工作流程，由于RNA的化学性质以及产生的LCMS数据的复杂性，在行业应用中仍面临挑战。为解决这些问题并简化分析流程，亟需开发新的样品前处理酶和试剂，包括核糖核酸内切酶和高纯度流动相添加剂。这些专用工具可酶解RNA分子，使其适用于高灵敏度LC-MS分析，该分析技术使分析人员能够细致解析并聚焦于酶解产物的分子细节，从而表征并确认分子组成。  

为此，我们开发了分析级重组酶试剂。这些酶制剂专为促进RNA酶解以适配LC-MS分析而设计，在mRNA和单导向RNA的表征中展现出独特优势。有些试剂主要作用于尿苷残基的5''端，切割后生成短片段，可增强序列覆盖率和修饰位点的识别能力；而另一些试剂则靶向胞苷残基的3''端，产生较长的RNA降解产物。这些酶协同使用时，可通过生成重叠的片段信息，显著提高序列可信度，并绘制更准确的修饰图谱。