“我大膽預測一下——核酸生物學和核酸生物技術可能是本世紀、生物世紀的底線和支撐?！?/p>
早在三四十年前，“21世紀是生物的世紀”的說法就已存在。這個言論在2020年得到了證實——2019年末，新型冠狀病毒疫情爆發(fā)，隨后席卷全球，RNA疫苗備受關注。
核酸生物學已經(jīng)來到了屬于它的時代，行業(yè)似乎也迎來了爆發(fā)的節(jié)點。
“我大膽預測一下——核酸生物學和核酸生物技術可能是本世紀、生物世紀的底線和支撐?！?張辰宇說道。
張辰宇是細胞外RNA領域的突破性研究者，被譽為“國際細胞外RNA研究第一人”，同時也是核酸藥物研發(fā)公司艾碼生物創(chuàng)始人，南京大學生命科學學院教授、院長、博士生導師。他和團隊發(fā)現(xiàn)了細胞外RNA并圍繞它做出了第三代RNAi藥物體內遞送平臺，擴展了RNAi療法的應用范圍，也為抗擊新冠做出貢獻。
張辰宇教授圖源 | 健康面
近十年內，核酸生物學有怎樣的突破？它的“爆發(fā)”又意味著什么？
本期著陸TouchBase專訪張辰宇，將從應用藥物、技術平臺、基礎研究、行業(yè)發(fā)展四個方面講述艾碼生物與團隊在核酸生物學上做出的突破與價值：
應用藥物：疫情什么時候是個頭？生物研究助力加速告別疫情時代
技術平臺：突破RNAi體內治療應用障礙？建立第三代RNAi藥物體內遞送平臺
基礎研究：挑戰(zhàn)權威性共識？“國際細胞外RNA第一人”的突破性發(fā)現(xiàn)
行業(yè)發(fā)展：建立中國專利壁壘？不要“領先”，要做“引領”
“這疫情什么時候是個頭？”
所有人可能都有過這樣的感嘆。
反反復復的疫情，意味著反反復復的隔離、封閉、核酸檢測，出行似乎都成了一件高風險的事。
但相比疫情爆發(fā)初期我們的恐慌和無助，現(xiàn)在全民接種疫苗、治療能夠精準跟上，情況已經(jīng)好了很多。生物醫(yī)藥研發(fā)為人們帶來了抗擊天災的勇氣和底氣，一代代新藥物也讓我們看到了希望。
在對抗疫情的過程中，中國科學家和研究者發(fā)現(xiàn)一些中藥具有良好的抗病毒效果，其中包括金銀花。這味傳統(tǒng)中藥材具備抑制病毒復制的作用，在臨床治療新冠上也有成效。但在生物學上，其機制一直沒有得到清晰的解釋。
團隊首次在金銀花中發(fā)現(xiàn)了植物MIR2911，并證實MIR2911在多種流感病毒的mRNA序列上有多個結合位點。
MIR2911能與靶向mRNA的堿基配對，使mRNA不能產(chǎn)生相應的編碼蛋白。而新冠、流感等多種病毒只有一條基因組，因此MIR2911有可能抑制它們一整條mRNA上的所有編碼蛋白質部分，從而抑制病毒復制。
圖源 | 健康面
目前，團隊與各方開展合作，已經(jīng)證實MIR2911能直接抑制埃博拉病毒、豬瘟病毒、黃熱病毒等流感病毒，能夠靶向94%的已知病毒。
更加令人欣喜的是，MIR2911在新冠病毒基因組上有179個預測結合位點，其中已經(jīng)證實了28個。
理論上說，179個結合位點意味著它可以抑制所有可能的突變病毒復制。
團隊與中國科學院武漢病毒研究所合作研究證明，在細胞水平上，與現(xiàn)有的廣譜抗病毒藥物瑞德西韋相比，達到同樣抑制新冠病毒的效果，MIR2911的用量僅是瑞德西韋的百萬分之一，藥效相當可觀。
另外，團隊與南京市二院合作開展的臨床研究顯示，新冠患者服用含有MIR2911的金銀花藥物僅需4天核酸檢測結果轉陰，而不含MIR2911的對照中藥組是12天。這也表現(xiàn)出MIR2911在治療新冠上的效用。
MIR2911在金銀花藥材中高表達，在高溫煎煮的湯藥中也能穩(wěn)定存在。大多數(shù)人可以通過口服試劑直接吸收MIR2911，但16%的中國人群因有SIDT1的基因多態(tài)性，無法吸收MIR2911，導致口服合成或提取的MIR2911不能抑制病毒復制。
針對無法口服吸收MIR2911的人群，團隊研發(fā)了應用第三代RNAi藥物體內遞送平臺的MIR2911靜脈注射劑，保證MIR2911裝載小核酸進入循環(huán)系統(tǒng)，完成靶向遞送。
圖源 |Pexels
目前，廣譜抗病毒藥物MIR2911注射劑型已經(jīng)完成了創(chuàng)新藥物CMC（Chemistry，Manufacturing and Controls），張辰宇告訴著陸TouchBase：“我們希望能夠在結束新冠疫情方面做出相關的貢獻。如果這批藥物能夠更快地投入臨床和大規(guī)模應用，或許能夠更快地結束疫情?！?/p>
第三代RNAi藥物體內遞送平臺是廣譜抗病毒藥物MIR2911研發(fā)的重要一環(huán)，也是張辰宇創(chuàng)立的艾碼生物的核心技術。它突破了“核酸藥物無體內有效輸送體系”的瓶頸，為一系列的藥物研發(fā)和疾病診療鋪就了良好平臺。
此前，RNAi療法經(jīng)歷了兩個發(fā)展階段：第一階段是人工合成裸露的小干擾RNA（siRNA）或化學修飾的穩(wěn)定siRNA，直接注射遞送，但這種方法難以有效通過生物屏障并到達靶基因。第二階段是通過各種遞送載體（如納米脂質顆粒、陽離子聚合物、病毒載體等）體外組裝，提高siRNA的體內遞送效率。
這兩種治療方法都有明顯的問題：一是產(chǎn)量低、成本高，難以滿足患者的用量需求。二是每批次成分存在差異，質控難度大，無法滿足高質量的臨床治療需求。
第三代RNAi治療方法則完全避免了RNAi載體在體外生產(chǎn)的一系列問題，并且在RNAi濃度極低的情況下，也能發(fā)揮足夠的療效。
研究團隊設計了可組合和可編程的遺傳電路，這些電路以肝臟為組織底盤，將外源小RNA自我組裝引導到分泌性外泌體中，促進體內自組裝系統(tǒng)，靶向遞送。
圖源 | 健康面
通過組合不同的遺傳電路模塊，體內組裝的RNAi被系統(tǒng)地分布到多個組織或靶向特定組織，從而在這些組織中誘導有效的靶基因沉默。
為了證明該策略的治療價值，研究團隊在多種疾病相關的關鍵靶基因上進行驗證，實驗結果證明治療方法的確可以有效沉默關鍵靶點，對肺癌、膠質瘤、肥胖癥、亨廷頓舞蹈癥等典型疾病具有顯著治療效果。
艾碼生物的第三代RNAi藥物體內遞送技術將人體自身器官組織作為生物反應器，在體內產(chǎn)生藥用性RNAi，并自組裝入“生物反應器”的細胞外囊泡，作為RNAi轉運系統(tǒng)。這樣內源性細胞分泌的天然囊泡，既可以保護小RNA跨細胞和生物屏障運輸，還具有良好的生物相容性。
這項新技術突破了RNAi體內治療應用的最重要障礙，讓RNAi療法可能應用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥、代謝疾病等目前臨床上沒有有效藥物疾病的治療。張辰宇表示，他非常希望這項研究能夠應用于更廣泛的疾病治療領域。
目前，艾瑪生物已經(jīng)將這項平臺技術應用于廣譜抗病毒藥物開發(fā)、亨廷頓舞蹈癥治療、腦膠質瘤治療等。如腦膠質瘤目前還沒有良好治療方法，而第三代RNAi藥物體內遞送技術具備突破血腦屏障的功能，或許能為腦膠質瘤的治療帶來希望。
此外，艾瑪生物的廣譜抗病毒藥物、亨廷頓舞蹈癥治療已經(jīng)完成創(chuàng)新藥物CMC（Chemistry，Manufacturing and Controls）申報，進行檢測，計劃在今年年底完成IIT（研究者或學術機構發(fā)起的臨床研究，Investigator-Initiated clinical Trial）。廣譜抗病毒藥物有可能更快面世，為抗擊新冠做出貢獻。
2月，艾碼生物完成天使輪融資數(shù)千萬人民幣，由知名投資機構鼎暉投資VGC基金領投，資金將首先用于推進廣譜抗病毒藥物和亨廷頓舞蹈癥治療，后續(xù)將繼續(xù)發(fā)展第三代RNAi藥物體內遞送技術平臺，應用于腦膠質瘤等其他重大疾病的治療。
為什么第三代RNAi藥物體內遞送技術平臺能有如此廣泛的應用、驚人的治療效果？追根溯源，來自于團隊在核酸領域的顛覆性突破——“細胞外RNA”。
經(jīng)典生物化學概念認為，核酸只能穩(wěn)定地存在于細胞內并發(fā)揮生物學功能，而在細胞外只能以無生物學功能的降解碎片形式存在。
張振宇卻和他的團隊一起挑戰(zhàn)了這個經(jīng)典理論，發(fā)現(xiàn)miRNA（microRNA）能在體內的血清、血漿等體液和食物、中藥等體外環(huán)境、甚至在代紀間和物種間等細胞外穩(wěn)定存在，行使蛋白質、代謝小分子無法實施的生物學功能，如上述的中藥MIR2911在體內跨界調控病毒基因，直接抑制病毒復制。
張辰宇表示，所謂的“共識”其實是有階段性限制的。人們對于生命體的了解，其實遠遠不夠。
揭秘細胞外RNA的作用意味著對生命過程的進一步解碼，細胞外RNA的發(fā)現(xiàn)為研究細胞的新陳代謝、增殖、癌變過程提供了新思路、新維度，由此具備廣泛的應用前景。
圖源 | Pexels
因此，在發(fā)現(xiàn)miRNA研究領域存在空白時，張辰宇決定從時間和空間兩方面，延伸探討，切入研究。
在時間這個維度上，研究團隊探尋miRNA在早期生命里不可或缺的作用。2005年前，學界沒有大規(guī)模發(fā)現(xiàn)新miRNA的技術，團隊研發(fā)了miRNA二代深度測序技術，對更原始的生物（如文昌魚）進行研究。
從空間上來說，傳統(tǒng)經(jīng)典概念局限于細胞內的RNA，張辰宇對人和動物的多種血清、血漿都進行了實驗，發(fā)現(xiàn)RNA能在細胞外穩(wěn)定存在。
細胞外的miRNA穩(wěn)定存在，且具有獨特的生物學屬性，能行使蛋白質無法執(zhí)行的生物學功能——這一顛覆性的發(fā)現(xiàn)，為張辰宇贏得了“國際細胞外RNA研究第一人”的美譽，團隊發(fā)表的相關論文在Google scholar上，單篇已有超過5000的引用次數(shù)。
這樣一項生物學發(fā)現(xiàn)，不僅是生物學理論突破而已，更在醫(yī)學、藥學、生態(tài)學、農學等方面有著貢獻價值。
除前文所述的廣譜抗病毒核酸藥物、亨廷頓舞蹈癥治療、腦膠質瘤治療等醫(yī)療領域，核酸技術還有可能應用于農業(yè)。
比如，選擇生菜中的內源性miRNA的前體結構為基礎，利用基因工程技術設計表達抗乙肝siRNA的生菜，已經(jīng)在動物實驗和臨床研究中證明，可以顯著抑制乙肝病毒的復制。類似地，該技術也可以在青草中生產(chǎn)基于RNAi的、對人體無害的生物制劑，應用于抗病蟲害的農作物種植等。
團隊和艾碼生物所擁有的技術突破點非常豐富，覆蓋面廣泛，而且其擁有成熟的技術，具備臨床應用的能力，在核酸生物學的賽道上十分具有競爭力。
但張辰宇更希望看到整個行業(yè)的共同發(fā)展：“在我看來，核酸生物學現(xiàn)在是沒什么競爭可言的。我希望更多人能關注、參與到這個領域，這是多多益善的事情。事實上，我們團隊在這個領域就已經(jīng)有相當多的發(fā)現(xiàn)，但限制于人力、物力、財力、精力，不管是多大的公司，都不可能完成這么多個技術突破的臨床應用。”
張辰宇告訴著陸TouchBase，與其讓這些研究專利全都躺在實驗室里“粘灰”，不如把專利“出租”，讓它們能在醫(yī)療市場等領域“重見天日”。而且，這也可能是中國擺脫做美國“fast follow”、成為“firstin class”的契機之一。
出租最高壁壘的技術，將后續(xù)研發(fā)和臨床試驗交給出租公司，自己則繼續(xù)深耕核心技術領域。張辰宇認為，這或許能助力中國形成自己的專利壁壘。
不管在哪個國家，醫(yī)療科技的發(fā)展都有賴于基礎研究的發(fā)展。原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)的基礎之上，才能有顛覆性的核心技術。
“雖然這么說有點不謙虛?！睆埑接钚Φ?，“但我確實覺得我們研究的細胞外RNA可能有引領性的作用?！?/p>
張辰宇說：“其實如果在別人的框架下，做得再好可能也是follow，最多可以"領先"。但只有我們做出一個全新的研究，發(fā)現(xiàn)全新的領域，才能做到"引領"。”
不過，每一步突破都需要長久的研究，這既有賴于研究者持之以恒的努力。張辰宇強調“要坐得住冷板凳”，同時也需要外界的支持。
張辰宇在采訪中特別提到了國家自然科學基金委員會的幫助：張辰宇首次證明了食物中的細胞外RNA被吸收后仍具有跨界調控功能，論文剛剛發(fā)表一個月，時任基金委生命醫(yī)藥方向副主任的沈巖院士就登門討論研究問題。后來在沈巖院士和國家自然科學基金委員會的幾位學者型領導的幫助下，張辰宇獲得了“重大非共識項目”的認證，立項“食物miRNA跨界調控的普適性與機制研究”，獲得了基金委的資金支持。
一般來說，這樣“非共識性的”發(fā)現(xiàn)其實很難獲得支持。但正如張辰宇所強調的“引領”而非“領先”，跳脫出舊框架、做顛覆性挑戰(zhàn)——總有一天能夠被看到的。
張辰宇表示，目前已經(jīng)成功建立的第三代RNAi平臺不僅能在多項疾病治療上有突出貢獻，而且能極大縮短制藥研發(fā)周期。
傳統(tǒng)意義上的“雙十”——從實驗室有雛形開始，到藥物真正上市，需要10年時間、10億美元——將可以改寫成三四年、兩三億人民幣。
技術平臺大大縮短研發(fā)周期本身就會給醫(yī)藥行業(yè)帶來新的發(fā)展?jié)撃埽瑫r，這期間省下的人力、物力、財力成本更加可觀。研發(fā)成本降低，患者方面的治療成本也會相應降低。或許腫瘤、自身免疫性疾病之類的重大疾病，以后也不會耗盡一個家庭的所有積蓄。
“建立中國專利壁壘、提升生物醫(yī)療的核心技術，也能給中國醫(yī)療環(huán)境帶來更好的改變。核心技術上去了，也就不會有看病難治病難的問題了。”張辰宇說道。
隨著學術界、產(chǎn)業(yè)界對核酸生物學越來越重視，核酸生物學既具備技術基礎，也擁有市場前景。張辰宇建立艾碼生物的初衷是“將實驗室新興技術應用于市場，造福于百姓”，對于細胞外RNA領域，“我們期待著更多人加入——研究也好，支持也好，關注也好——真正走進核酸生物學的時代?！?/p>
