“我大膽預(yù)測(cè)一下——核酸生物學(xué)和核酸生物技術(shù)可能是本世紀(jì)、生物世紀(jì)的底線和支撐。”
早在三四十年前，“21世紀(jì)是生物的世紀(jì)”的說法就已存在。這個(gè)言論在2020年得到了證實(shí)——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(guān)注。
核酸生物學(xué)已經(jīng)來到了屬于它的時(shí)代，行業(yè)似乎也迎來了爆發(fā)的節(jié)點(diǎn)。
“我大膽預(yù)測(cè)一下——核酸生物學(xué)和核酸生物技術(shù)可能是本世紀(jì)、生物世紀(jì)的底線和支撐。” 張辰宇說道。
張辰宇是細(xì)胞外RNA領(lǐng)域的突破性研究者，被譽(yù)為“國(guó)際細(xì)胞外RNA研究第一人”，同時(shí)也是核酸藥物研發(fā)公司艾碼生物創(chuàng)始人，南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、院長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師。他和團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞外RNA并圍繞它做出了第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送平臺(tái)，擴(kuò)展了RNAi療法的應(yīng)用范圍，也為抗擊新冠做出貢獻(xiàn)。
張辰宇教授圖源 | 健康面
近十年內(nèi)，核酸生物學(xué)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(yīng)用藥物、技術(shù)平臺(tái)、基礎(chǔ)研究、行業(yè)發(fā)展四個(gè)方面講述艾碼生物與團(tuán)隊(duì)在核酸生物學(xué)上做出的突破與價(jià)值：
應(yīng)用藥物：疫情什么時(shí)候是個(gè)頭？生物研究助力加速告別疫情時(shí)代
技術(shù)平臺(tái)：突破RNAi體內(nèi)治療應(yīng)用障礙？建立第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送平臺(tái)
基礎(chǔ)研究：挑戰(zhàn)權(quán)威性共識(shí)？“國(guó)際細(xì)胞外RNA第一人”的突破性發(fā)現(xiàn)
行業(yè)發(fā)展：建立中國(guó)專利壁壘？不要“領(lǐng)先”，要做“引領(lǐng)”
“這疫情什么時(shí)候是個(gè)頭？”
所有人可能都有過這樣的感嘆。
反反復(fù)復(fù)的疫情，意味著反反復(fù)復(fù)的隔離、封閉、核酸檢測(cè)，出行似乎都成了一件高風(fēng)險(xiǎn)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(zhǔn)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(zāi)的勇氣和底氣，一代代新藥物也讓我們看到了希望。
在對(duì)抗疫情的過程中，中國(guó)科學(xué)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(fù)制的作用，在臨床治療新冠上也有成效。但在生物學(xué)上，其機(jī)制一直沒有得到清晰的解釋。
團(tuán)隊(duì)首次在金銀花中發(fā)現(xiàn)了植物MIR2911，并證實(shí)MIR2911在多種流感病毒的mRNA序列上有多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。
MIR2911能與靶向mRNA的堿基配對(duì)，使mRNA不能產(chǎn)生相應(yīng)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(zhì)部分，從而抑制病毒復(fù)制。
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目前，團(tuán)隊(duì)與各方開展合作，已經(jīng)證實(shí)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(gè)預(yù)測(cè)結(jié)合位點(diǎn)，其中已經(jīng)證實(shí)了28個(gè)。
理論上說，179個(gè)結(jié)合位點(diǎn)意味著它可以抑制所有可能的突變病毒復(fù)制。
團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所合作研究證明，在細(xì)胞水平上，與現(xiàn)有的廣譜抗病毒藥物瑞德西韋相比，達(dá)到同樣抑制新冠病毒的效果，MIR2911的用量?jī)H是瑞德西韋的百萬分之一，藥效相當(dāng)可觀。
另外，團(tuán)隊(duì)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(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)陰，而不含MIR2911的對(duì)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(dá)，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(guó)人群因有SIDT1的基因多態(tài)性，無法吸收MIR2911，導(dǎo)致口服合成或提取的MIR2911不能抑制病毒復(fù)制。
針對(duì)無法口服吸收MIR2911的人群，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了應(yīng)用第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送平臺(tái)的MIR2911靜脈注射劑，保證MIR2911裝載小核酸進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，完成靶向遞送。
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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(jié)束新冠疫情方面做出相關(guān)的貢獻(xiàn)。如果這批藥物能夠更快地投入臨床和大規(guī)模應(yīng)用，或許能夠更快地結(jié)束疫情。”
第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送平臺(tái)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(shù)。它突破了“核酸藥物無體內(nèi)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(tái)。
此前，RNAi療法經(jīng)歷了兩個(gè)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(xué)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(dá)靶基因。第二階段是通過各種遞送載體（如納米脂質(zhì)顆粒、陽離子聚合物、病毒載體等）體外組裝，提高siRNA的體內(nèi)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(zhì)控難度大，無法滿足高質(zhì)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(dǎo)到分泌性外泌體中，促進(jìn)體內(nèi)自組裝系統(tǒng)，靶向遞送。
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通過組合不同的遺傳電路模塊，體內(nèi)組裝的RNAi被系統(tǒng)地分布到多個(gè)組織或靶向特定組織，從而在這些組織中誘導(dǎo)有效的靶基因沉默。
為了證明該策略的治療價(jià)值，研究團(tuán)隊(duì)在多種疾病相關(guān)的關(guān)鍵靶基因上進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明治療方法的確可以有效沉默關(guān)鍵靶點(diǎn)，對(duì)肺癌、膠質(zhì)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(nèi)遞送技術(shù)將人體自身器官組織作為生物反應(yīng)器，在體內(nèi)產(chǎn)生藥用性RNAi，并自組裝入“生物反應(yīng)器”的細(xì)胞外囊泡，作為RNAi轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)。這樣內(nèi)源性細(xì)胞分泌的天然囊泡，既可以保護(hù)小RNA跨細(xì)胞和生物屏障運(yùn)輸，還具有良好的生物相容性。
這項(xiàng)新技術(shù)突破了RNAi體內(nèi)治療應(yīng)用的最重要障礙，讓RNAi療法可能應(yīng)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(xiàng)研究能夠應(yīng)用于更廣泛的疾病治療領(lǐng)域。
目前，艾瑪生物已經(jīng)將這項(xiàng)平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用于廣譜抗病毒藥物開發(fā)、亨廷頓舞蹈癥治療、腦膠質(zhì)瘤治療等。如腦膠質(zhì)瘤目前還沒有良好治療方法，而第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送技術(shù)具備突破血腦屏障的功能，或許能為腦膠質(zhì)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(bào)，進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)劃在今年年底完成IIT（研究者或?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)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(xiàn)。
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(jī)構(gòu)鼎暉投資VGC基金領(lǐng)投，資金將首先用于推進(jìn)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(nèi)遞送技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)用于腦膠質(zhì)瘤等其他重大疾病的治療。
為什么第三代RNAi藥物體內(nèi)遞送技術(shù)平臺(tái)能有如此廣泛的應(yīng)用、驚人的治療效果？追根溯源，來自于團(tuán)隊(duì)在核酸領(lǐng)域的顛覆性突破——“細(xì)胞外RNA”。
經(jīng)典生物化學(xué)概念認(rèn)為，核酸只能穩(wěn)定地存在于細(xì)胞內(nèi)并發(fā)揮生物學(xué)功能，而在細(xì)胞外只能以無生物學(xué)功能的降解碎片形式存在。
張振宇卻和他的團(tuán)隊(duì)一起挑戰(zhàn)了這個(gè)經(jīng)典理論，發(fā)現(xiàn)miRNA（microRNA）能在體內(nèi)的血清、血漿等體液和食物、中藥等體外環(huán)境、甚至在代紀(jì)間和物種間等細(xì)胞外穩(wěn)定存在，行使蛋白質(zhì)、代謝小分子無法實(shí)施的生物學(xué)功能，如上述的中藥MIR2911在體內(nèi)跨界調(diào)控病毒基因，直接抑制病毒復(fù)制。
張辰宇表示，所謂的“共識(shí)”其實(shí)是有階段性限制的。人們對(duì)于生命體的了解，其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
揭秘細(xì)胞外RNA的作用意味著對(duì)生命過程的進(jìn)一步解碼，細(xì)胞外RNA的發(fā)現(xiàn)為研究細(xì)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(yīng)用前景。
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因此，在發(fā)現(xiàn)miRNA研究領(lǐng)域存在空白時(shí)，張辰宇決定從時(shí)間和空間兩方面，延伸探討，切入研究。
在時(shí)間這個(gè)維度上，研究團(tuán)隊(duì)探尋miRNA在早期生命里不可或缺的作用。2005年前，學(xué)界沒有大規(guī)模發(fā)現(xiàn)新miRNA的技術(shù)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了miRNA二代深度測(cè)序技術(shù)，對(duì)更原始的生物（如文昌魚）進(jìn)行研究。
從空間上來說，傳統(tǒng)經(jīng)典概念局限于細(xì)胞內(nèi)的RNA，張辰宇對(duì)人和動(dòng)物的多種血清、血漿都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RNA能在細(xì)胞外穩(wěn)定存在。
細(xì)胞外的miRNA穩(wěn)定存在，且具有獨(dú)特的生物學(xué)屬性，能行使蛋白質(zhì)無法執(zhí)行的生物學(xué)功能——這一顛覆性的發(fā)現(xiàn)，為張辰宇贏得了“國(guó)際細(xì)胞外RNA研究第一人”的美譽(yù)，團(tuán)隊(duì)發(fā)表的相關(guān)論文在Google scholar上，單篇已有超過5000的引用次數(shù)。
這樣一項(xiàng)生物學(xué)發(fā)現(xiàn)，不僅是生物學(xué)理論突破而已，更在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)等方面有著貢獻(xiàn)價(jià)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(zhì)瘤治療等醫(yī)療領(lǐng)域，核酸技術(shù)還有可能應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。
比如，選擇生菜中的內(nèi)源性miRNA的前體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，利用基因工程技術(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)抗乙肝siRNA的生菜，已經(jīng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究中證明，可以顯著抑制乙肝病毒的復(fù)制。類似地，該技術(shù)也可以在青草中生產(chǎn)基于RNAi的、對(duì)人體無害的生物制劑，應(yīng)用于抗病蟲害的農(nóng)作物種植等。
團(tuán)隊(duì)和艾碼生物所擁有的技術(shù)突破點(diǎn)非常豐富，覆蓋面廣泛，而且其擁有成熟的技術(shù)，具備臨床應(yīng)用的能力，在核酸生物學(xué)的賽道上十分具有競(jìng)爭(zhēng)力。
但張辰宇更希望看到整個(gè)行業(yè)的共同發(fā)展：“在我看來，核酸生物學(xué)現(xiàn)在是沒什么競(jìng)爭(zhēng)可言的。我希望更多人能關(guān)注、參與到這個(gè)領(lǐng)域，這是多多益善的事情。事實(shí)上，我們團(tuán)隊(duì)在這個(gè)領(lǐng)域就已經(jīng)有相當(dāng)多的發(fā)現(xiàn)，但限制于人力、物力、財(cái)力、精力，不管是多大的公司，都不可能完成這么多個(gè)技術(shù)突破的臨床應(yīng)用。”
張辰宇告訴著陸TouchBase，與其讓這些研究專利全都躺在實(shí)驗(yàn)室里“粘灰”，不如把專利“出租”，讓它們能在醫(yī)療市場(chǎng)等領(lǐng)域“重見天日”。而且，這也可能是中國(guó)擺脫做美國(guó)“fast follow”、成為“firstin class”的契機(jī)之一。
出租最高壁壘的技術(shù)，將后續(xù)研發(fā)和臨床試驗(yàn)交給出租公司，自己則繼續(xù)深耕核心技術(shù)領(lǐng)域。張辰宇認(rèn)為，這或許能助力中國(guó)形成自己的專利壁壘。
不管在哪個(gè)國(guó)家，醫(yī)療科技的發(fā)展都有賴于基礎(chǔ)研究的發(fā)展。原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)之上，才能有顛覆性的核心技術(shù)。
“雖然這么說有點(diǎn)不謙虛。”張辰宇笑道，“但我確實(shí)覺得我們研究的細(xì)胞外RNA可能有引領(lǐng)性的作用。”
張辰宇說：“其實(shí)如果在別人的框架下，做得再好可能也是follow，最多可以"領(lǐng)先"。但只有我們做出一個(gè)全新的研究，發(fā)現(xiàn)全新的領(lǐng)域，才能做到"引領(lǐng)"。”
不過，每一步突破都需要長(zhǎng)久的研究，這既有賴于研究者持之以恒的努力。張辰宇強(qiáng)調(diào)“要坐得住冷板凳”，同時(shí)也需要外界的支持。
張辰宇在采訪中特別提到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的幫助：張辰宇首次證明了食物中的細(xì)胞外RNA被吸收后仍具有跨界調(diào)控功能，論文剛剛發(fā)表一個(gè)月，時(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的幾位學(xué)者型領(lǐng)導(dǎo)的幫助下，張辰宇獲得了“重大非共識(shí)項(xiàng)目”的認(rèn)證，立項(xiàng)“食物miRNA跨界調(diào)控的普適性與機(jī)制研究”，獲得了基金委的資金支持。
一般來說，這樣“非共識(shí)性的”發(fā)現(xiàn)其實(shí)很難獲得支持。但正如張辰宇所強(qiáng)調(diào)的“引領(lǐng)”而非“領(lǐng)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(tái)不僅能在多項(xiàng)疾病治療上有突出貢獻(xiàn)，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(shí)驗(yàn)室有雛形開始，到藥物真正上市，需要10年時(shí)間、10億美元——將可以改寫成三四年、兩三億人民幣。
技術(shù)平臺(tái)大大縮短研發(fā)周期本身就會(huì)給醫(yī)藥行業(yè)帶來新的發(fā)展?jié)撃埽瑫r(shí)，這期間省下的人力、物力、財(cái)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(huì)相應(yīng)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(huì)耗盡一個(gè)家庭的所有積蓄。
“建立中國(guó)專利壁壘、提升生物醫(yī)療的核心技術(shù)，也能給中國(guó)醫(yī)療環(huán)境帶來更好的改變。核心技術(shù)上去了，也就不會(huì)有看病難治病難的問題了。”張辰宇說道。
隨著學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界對(duì)核酸生物學(xué)越來越重視，核酸生物學(xué)既具備技術(shù)基礎(chǔ)，也擁有市場(chǎng)前景。張辰宇建立艾碼生物的初衷是“將實(shí)驗(yàn)室新興技術(shù)應(yīng)用于市場(chǎng)，造福于百姓”，對(duì)于細(xì)胞外RNA領(lǐng)域，“我們期待著更多人加入——研究也好，支持也好，關(guān)注也好——真正走進(jìn)核酸生物學(xué)的時(shí)代。”
