Aptamers（适配体）：一种新兴的肿瘤治疗药物

清风 | 作 者

生物制药小编 | 来 源

Dara | 编 辑

随着医学治疗的巨大进步，各种癌症的新兴疗法应运而生。目前的治疗方法包括手术、放疗、化疗、免疫治疗和靶向治疗。核酸适配体是人工合成的单链DNA或RNA。由于其独特的三级结构，它们可以与靶标分子紧密结合。核酸适配体由于易于筛选、合成和化学修饰，近年来已成为一种具有巨大潜力的新兴靶向药物。Pegaptanib是已经获得FDA批准的治疗年龄相关性黄斑变性的第一款和唯一款治疗适配子。本文就适配体以及其在癌症中的应用做一个简单介绍。

01 适配体的性质  

适配体是短链核苷酸序列，通常是20到100个核苷酸的DNA或RNA。由于具有独特的三级结构，适配体能够通过其三维构象识别靶标标分子，并具有很高的结合亲和力。与抗体相比，适配体有许多优点(图1)。适配体是体外化学合成的产物，具有合成时间短、成本低、稳定性高、特异性强等优点。

适配体的小而灵活的结构使它们能够与更小的靶标结合，或者一些抗体无法结合的隐藏结构域。同时，适配体还可作为药物传递的载体（即适配体-药物结合物，ApDC)，精确地将化疗药物、治疗性RNA、毒素和放射性同位素等药物输送到癌细胞中。

图1. 适配体与抗体的比较

然而，适配体的缺点是代谢不稳定和快速的肾脏过滤。因此，人们已经开发了化学修饰和偶联等方法来克服这些缺点，从而优化治疗性适配体的开发。

02 适配体的生产  

为了选择对靶标的高亲和力适配体，SELEX是一项成熟和广泛使用的技术。研究人员开发了不同的 SELEX 方法来满足不同的实验需求。这些方法包括CE-SELEX、高通量(HT)-SELEX、微流控SELEX和细胞SELEX等。

SELEX的基本过程是孵化、组合、分配和扩增四个步骤的重复循环(图2)。首先，将随机寡核苷酸序列文库(起始库)与靶分子孵育。在孵育过程中，一些序列与靶分子结合，而另一些序列弱结合或不与靶分子反应。然后，将结合的序列与弱结合或未结合序列分开。

接着采用聚合酶链式反应(PCR)(DNA序列)和逆转录PCR(RT-PCR)(RNA序列)扩增洗脱的寡核苷酸以富集文库。已经开发了各种方法从得到的双链DNA(dsDNA)中产生单链DNA(ssDNA)，包括不对称PCR、变性尿素-聚丙烯酰胺凝胶、λ核酸外切酶，以及通过包裹链霉亲和素的磁珠进行分离。

然后将获得的ssDNA用于下一轮选择。需要重复结合、分离、扩增等过程，才能得到足够丰富的靶结合序列的核酸pool。一般来说，通过5-15轮可获得一个丰富的核酸pool。对富集的pool进行测序，并使用生物信息学分析从测序结果中确定候选适配体。最后对所选适配体进行化学合成和表征。

图2. 适配体的SELEX生产过程

03 适配体的抗肿瘤治疗  

到目前为止，大多治疗性适配体还处于临床前或临床早期开发阶段。针对眼科疾病、心血管疾病、肿瘤和炎症的治疗适配体药物已经进入临床试验。Pegaptanib是由Valeant开发的用于治疗湿性年龄相关性黄斑变性的第一款核酸适配体药物，于2004年获FDA批准。其后分别于2006年1月和2008年7月获得EMA和PMDA的批准并上市。

Pegaptanib通过空间结构与血管内皮生长因子结合抑制血管生成达到治疗效果。此后遭遇同类药物Lucentis的竞争，市场份额大大下降。在过去的几十年中，已经开发出许多用于多种肿瘤治疗的特异性适配体(图3)，例如乳腺癌、大肠腺癌、肺癌、肝癌、前列腺癌、白血病等。

目前，已有三种适配体在进行肿瘤治疗的临床试验。

第一个是AS1411，它以高亲和力结合到靶(nucleolin)的外部结构域。在肺癌、乳腺癌、肾癌、肝癌等多种肿瘤模型中，AS1411具有抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的作用。

第二种是NOX-A12，它是一种L型RNA适配体，可以耐核酸酶的降解。它是趋化因子CXCL-12的拮抗剂，可抑制肿瘤细胞增殖、新血管形成和转移。

第三种AGRO100也可以与nucleolin结合，并被证实可在多种肿瘤细胞中产生抑制增殖的效果。在I期临床试验中，AGRO100显示出高安全性和抑制肿瘤增殖作用。然而到目前为止，还没有获得批准的适配体作为治疗肿瘤的临床药物。

与抗体相比，治疗性适配体的发展还相对缓慢，将适配体开发成肿瘤治疗药物仍然存在诸多挑战。发展较慢与以下几个原因有关。

最初，适配体是容易被核酸酶降解的寡核苷酸。

其次，适配体直径小，容易被肾脏过滤，排泄迅速。

第三，适配体是人工合成的非天然核苷酸，可能会引起化学毒性或免疫原性。

第四，在活体环境中使用体外化学合成的适配体时，它们的构象可能会发生改变，从而影响它们与靶点的亲和力或药代动力学特性。针对核酸适配体在亲和力、特异性和稳定性等方面存在的缺陷，人们采取了多种策略来克服这些困难，以提高核酸适配体在临床疾病治疗中的有效性。

例如，适配体的化学修饰，包括引入2’-O-methyl RNA 碱基，2’-fluoro，2’-thiol,以及糖修饰的核苷酸类似物。这些化学修饰方法提高了适配体对核酸酶的抗性。适配体和大分子的结合有效地延缓了肾脏的清除。这些大分子包括聚乙二醇、蛋白质和无机纳米粒等。通过这些方法来改善适配体的不足，大大促进了适配体在疾病治疗中的进一步发展。

图3. 用于肿瘤治疗的有潜力的适配子

小编小结  

适配体由于具有良好的结合亲和力和特异性，已被开发应用于各种疾病的治疗。它不仅可以单独用作治疗剂，还可以作为载体与药物共价/非共价结合，从而实现靶向给药。研究人员目前正致力于开发新的适配体作为癌症治疗的药物。尽管还没有获得批准，但作为一种独特的新型抗癌药物，我们相信未来它将会有光明的发展前景。

参考文献 1.Advances in Screening and Development of Therapeutic Aptamers Against Cancer Cells. 2.Aptamers: an Emerging Navigation Tool of Therapeutic Agents for Targeted Cancer Therapy. 3.Aptamers and Their Biological Applications.

4.Aptamers: A Review of Their Chemical Properties and Modifications for Therapeutic Application.

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