香港浸会大学、香港中文大学联合发表适配子长效修饰策略综述

近日，香港浸会大学罗守辉骨与关节疾病转化医学研究所的张戈教授、香港中文大学中医学院的张保亭教授和余思凡博士作为共同通讯作者在《Frontiers in Cell and Developmental Biology》（IF＝6.081）的Aptamer-based structural biology, computational biology, translational research and drug discovery的主题研究专刊联合发表题目为“Strategies for developing long-lasting therapeutic nucleic acid aptamer targeting circulating protein: the present and the future”(DOI: 10.3389/fcell.2022.1048148)的综述。香港浸会大学罗守辉骨与关节疾病转化医学研究所张熠豪同学（研究助理）及香港中文大学中医学院张华睿同学（博士研究生）为该综述的共同第一作者。

适配子由于其分子量（<20 kDa）小于肾脏过滤的阈值 （30–50 kDa），在进入体内后会被肾脏快速过滤而被清除，导致在体内的消除半衰期都特别短，严重限制了适配子的成药性（Ni et al., 2020）（图1）。因此，开发提高适配子药物药代动力学性质的修饰策略有助于解决适配子的成药性瓶颈。

这篇综述总结了适配子的两种不同长效修饰策略，包括大分子修饰策略和小分子修饰策略。其中大分子经典修饰策略为聚乙二醇修饰（PEG修饰）。适配子药物通常可通过PEG修饰来增加药物的分子量达到并超过肾脏阈值以延长其在体内的消除半衰期。例如，我们课题组基于对分子靶点硬骨抑素loop 3的研究（Yu et al., 2022），筛选、设计、合成特异性靶向硬骨抑素loop 3的适配子Apc001，但其半衰期较短，仅0.8小时。为了解决短半衰期导致的适配子成药性瓶颈，课题组利用与安沛治疗有限公司联合开发的第一代长效修饰技术（以PEG为主体的大分子修饰策略）来修饰适配体，得到聚乙二醇修饰的硬骨抑素适配子偶合物Apc001PE（图2）。经动物实验验证，硬骨抑素适配子在大鼠体内的消除半衰期可达3天（Wang et al., 2022）。

小分子修饰策略的核心在于将小分子修饰到适配子上，其充当连接体内大蛋白和适配子的桥梁。修饰的适配子进入体内后，当遇到小分子可结合的大蛋白后会形成适配子-小分子-蛋白的分子复合体，变相增加了适配子的分子量，如果达到并超越肾脏阈值，就可延长了自身在体内的消除半衰期。例如，我们课题组联同安沛治疗有限公司筛选出与血清白蛋白具有高亲和力的脂肪酸小分子化合物（第三代长效修饰技术），将它们修饰到适配子上形成相应的偶合物（图3）。白蛋白的分子量为67 kDa，约占血浆总蛋白量的60%，该蛋白具有疏水大空腔，某些特殊的小分子化合物可以插入白蛋白不同的结构域腔体通过非共价的形式与之结合形成分子复合体。经动物实验验证，硬骨抑素适配子经过小分子修饰以后，在大鼠体内的消除半衰期可以达到8天（专利申请号：PCT/CN2022/082996），而原先PEG修饰的硬骨抑素适配子以及已上市的硬骨抑素单抗在大鼠体内的半衰期也都仅为3天，提示经过长效修饰的适配子在啮齿类动物的半衰期，可以达到对应同一靶点的PEG修饰的适配子和对应同一靶点的上市单抗（Florio et al., 2016）的半衰期的3.3倍。此外，小分子修饰策略还可大幅度提高药物整体中适配子的含量（图4）。

然而，大分子修饰策略会导致药物整体中适配子的含量很低，特别是在注射体积固定的场景下（譬如皮下注射），单次注射的实际的适配子剂量偏低，一方面限制了剂量提高，导致影响治疗效果，另一方面由于需要反复注射，导致影响治疗依从性（Yu et al., 2022）。该综述针对由大分子修饰策略所引起的潜在依从性、剂量限制等问题进行了讨论和给出了建议：

1）通常皮下注射给药的体积不多于3ml。由于经大分子修饰的适配子药物在药物整体中适配子的含量很低。在固定的皮下给药体积下，大分子修饰的适配子不能达到与小分子修饰的适配子相同的治疗效果。为了提高大分子修饰的适配子的治疗依从性和突破剂量限制。综述建议采用支持大体积注射的新型注射器（如dermojet）或利用静脉注射来替代皮下注射给药。

2）目前报道的小分子修饰介导的长效修饰策略很少。而药物研发相当耗费时间、人力和物力，人工智能可在实际合成和体内体外验证前能高效预测分子靶点和配体之间的相互作用。因此，综述建议可以利用人工智能辅助小分子修饰策略的开发及优化现有的小分子偶联剂。

研究工作得到了科技部国家重点研发计划（2018YFA0800802）、香港优配研究基金（HKBU 14100218，CUHK 14108816）、广东省基础与应用基础研究基金（2019B1515120089）及深圳市科技创新委员会基金（JCYJ20160229210357960）的资助。

论文信息：Zhang, Y., Zhang, H., Chan, D W H., Ma, Y., Lu, A., Yu, S. *, Zhang, B. *, Zhang, G*. (2022) Strategies for developing long-lasting therapeutic nucleic acid aptamer targeting circulating protein: the present and the future. Front Cell Dev Biol DOI: 10.3389/fcell.2022.1048148.

论文连接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2022.1048148/abstract

参考文献

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图 1. 未修饰适配子短半衰期的原因。备注: MW_a指适配子的分子量; TV_r指肾脏过滤阈值。

图2. 大分子修饰策略。备注: MW_c 指PEG修饰的适配子分子量; TV_r指肾脏过滤阈值；PEG-MAL 聚乙二醇马来酰亚胺。

图3. 小分子修饰策略。备注: MW_c指白蛋白-小分子-适配子复合物的分子量; TV_r指肾脏过滤阈值。

图4. 不同修饰策略导致的药物整体中适配子含量的差异。