01  

基于核酸的TPD新策略    

                                                                    

2018年5月，美国Scripps研究所的Matthew D. Disney研究团队开发了一种RNA降解策略——核糖核酸酶靶向嵌合体（RIBOTACs），RIBOTACs是一类异双功能小分子，它们通过特异性地结合目标RNA结构，并将内源性的核糖核酸酶（如RNase L）招募至这些RNA上，实现对RNA的降解（图1）。这种技术为靶向RNA提供了一种新的方法，尤其适用于那些传统小分子药物难以靶向的RNA结构。近年来，随着RIBOTACs技术的发展，RIBOTACs在多个疾病领域都展示出了不俗的治疗潜力，为治疗传统小分子药物难以靶向的RNA相关疾病提供了新的可能。

图1 RIBOTACs与PROTACs作用机制示意图

 

02  

 RIBOTACs在抗肿瘤方面的应用

2021年8月，Matthew D. Disney研究团队将酪氨酸激酶RTK抑制剂dovitinib与特定的RNA结构（pre-miR-21）结合设计出了靶向降解RNA的小分子RIBOTAC（图2）。RIBOTAC通过招募细胞内的核糖核酸酶RNase L来特异性降解pre-miR-21。相关研究表明，靶向降解pre-miR-21（microRNA-21的前体）的RIBOTAC在细胞和小鼠模型中显示出对pre-miR-21的高选择性和降解效率，能够显著降低miR-21的水平，并减轻三阴性乳腺癌和Alport综合征（遗传性肾炎）小鼠模型的疾病进展。这项研究为三阴性乳腺癌和Alport综合征等疾病的治疗提供了新的策略和方法，同时表明RIBOTACs技术在抗肿瘤领域具有极大的发展潜力。

 

图2基于dovitinib的RNA和蛋白质的RIBOTAC的合理设计

 

 

2024年5月，厦门大学朱志教授和杨朝勇教授课题组开发了一种Aptamer-RIBOTAC（ARIBOTAC）策略（图3），通过结合核酸适体AS1411和核糖核酸酶靶向嵌合体，特异性地识别并进入肿瘤细胞，激活内源性RNase L来选择性切割特定的miRNAs，从而实现癌症的精准治疗。这种嵌合体表现出卓越的能力，能特异性地识别并进入癌细胞，引发内源性 RNase L 的局部激活，并选择性地裂解与 ASO 互补的 miRNA。通过降解致癌 miR-210-3p 和 miR-155-5p，ARIBOTAC 策略在体外和体内的有效性和普遍性得到了验证。这些发现强调了 ARIBOTAC 策略通过精确靶向与癌症相关的 miRNAs 作为癌症治疗途径的潜力。

 

图3 4A-ASO-AS嵌合体降解miRNA的机制

同年6月，湖南大学蒋健晖教授和楚霞教授课题组介绍了一种新型的诱导性核糖核酸酶靶向嵌合体（iRIBOTAC）策略（图4），该策略通过响应生物正交或细胞特异性触发因素，实现对G-四链体(G4) RNA的按需降解，用于精准癌症治疗。

 

图4 iRIBOTAC的设计

 

03  

RIBOTACs在神经退行性疾病方面的应用

肌萎缩性脊髓侧索硬化症（ALS）和额颞叶变性疾病（FTD）是进行性神经退行性疾病。最常见的遗传原因是染色体9开放阅读框72（C9orf72）内含子1中的GGGGCC六核苷酸重复扩增（HRE; G4C2 exp）。这种扩增的RNA转录本r（G4C2）exp具有毒性，并在c9ALS/FTD的发病机制中起作用。2021年10月，RIBOTACs技术在神经退行性疾病治疗方面的研究进展显著，特别是在ALS和FTD的治疗研究中。Matthew D. Disney教授及其团队设计了一种能够降解ALS和FTD中的致病RNA的RIBOTAC分子，并在患者来源的脊髓神经元和ALS小鼠模型中观察到成功诱导致病性mRNA降解并减少相关病理。

 

目前，RIBOTACs技术在帕金森病（PD）治疗方面的研究主要集中在降低与该病相关的ɑ-突触核蛋白（ɑ-synuclein）水平上。ɑ-突触核蛋白是一种无序蛋白，通常难以成为药物作用的靶点，因为它缺乏小分子可以结合的口袋。然而，2024年1月，该团队在帕金森病邻域取得的研究显示，通过RiboTAC技术，可以结合并选择性降解其相应的mRNA，从而降低ɑ-突触核蛋白水平。该研究将筛选到的靶向编码ɑ-synuclein的SNCA mRNA并抑制其蛋白翻译的小分子（Synucleozid-2.0）转化为一种RIBOTAC—Syn-RIBOTAC（图5），Syn-RIBOTAC能够选择性降解SNCA mRNA，显著降低了其表达的ɑ-突触核蛋白水平，并恢复了约50%受ɑ-突触核蛋白异常积累而表达失调的基因。这标志着RIBOTACs技术在神经退行性疾病领域的又一突破。

 

图5 Syn-RiboTAC选择性地降解SNCA mRNA机制示意图

 

04  

RIBOTACs在抗病毒方面的应用

SARS-CoV-2作为一种RNA病毒，其复制过程对病毒的增殖至关重要。降解病毒RNA可以有效地抑制病毒复制，减少病毒的产生和传播。2024年4月，武汉大学的周翔教授和田沺教授研究团队针对SARS-CoV-2的紧急治疗需求，开发了一种基于核糖核酸酶靶向嵌合体（RIBOTAC）降解病毒RNA的策略。研究人员通过在核苷的糖环或碱基部分修饰RNase L配体，并将修饰后的核苷被掺入病毒的RNA后，利用招募RNase L降解病毒RNA，以抑制病毒的复制（图6）。研究表明，基于核糖核酸酶靶向嵌合体（RIBOTAC）降解病毒RNA的策略能够在细胞层面对SARS-CoV-2具有显著的抑制效果。在体内实验在仓鼠模型中能够抑制SARS-CoV-2的复制和活性。该项研究为抗病毒药物开发提供了有价值的新策略，进一步拓展了RIBOTACs技术的应用。

 

图6利用RIBOTAC推进针对SARS-CoV-2的核苷剪裁策略

 

05  

结语   

 

尽管RIBOTACs技术展现出巨大的治疗潜力，但它在开发过程中也面临一些挑战。其中包括开发高亲和力和选择性的RNA小分子配体的难度较大，以及由于分子量较大导致的细胞吸收和生物利用度问题。尽管如此，科学家们对其前景持乐观态度，认为随着生物和计算方法的发展，更多高亲和力、高选择性的RNA和RNase L小分子配体的发现，将进一步推动RIBOTAC的应用及其临床转化。

Ref.

[1] Costales MG, Matsumoto Y, Velagapudi SP, Disney MD. Small Molecule Targeted Recruitment of a Nuclease to RNA. J Am Chem Soc. 2018;140(22):6741-6744. doi:10.1021/jacs.8b01233.

[2] Dey SK, Jaffrey SR. RIBOTACs: Small Molecules Target RNA for Degradation. Cell Chem Biol. 2019;26(8):1047-1049. doi:10.1016/j.chembiol.2019.07.015.

[3] Zhang P, Liu X, Abegg D, et al. Reprogramming of Protein-Targeted Small-Molecule Medicines to RNA by Ribonuclease Recruitment. J Am Chem Soc. 2021;143(33):13044-13055. doi:10.1021/jacs.1c02248.

[4] Fang Y, Wu Q, Wang F, et al. Aptamer-RIBOTAC Strategy Enabling Tumor-Specific Targeted Degradation of MicroRNA for Precise Cancer Therapy. Small Methods. Published online May 25, 2024. doi:10.1002/smtd.202400349.

[5] Min Y, Xiong W, Shen W, et al. Developing nucleoside tailoring strategies against SARS-CoV-2 via ribonuclease targeting chimera. Sci Adv. 2024;10(15):eadl4393. doi:10.1126/sciadv.adl4393.