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尽管罕见病（Rarediseases）的分子机理研究在立法和经济支持下有所推进，大部分罕见病目前依旧缺乏获批的治疗方法。为跨越这一转化医学上的鸿沟，选用最佳的治疗形式来将罕见病知识转化为孤儿药尤为重要。当前罕见病主要药物研发形式包括小分子（Smallmolecules），单克隆抗体（Monoclonalantibodies），蛋白替代（Proteinreplacementtherapies），寡核苷酸（oligonucleotides，ASO），基因及细胞疗（Genecelltherapies），以及药物再发现（Drugrepurposing）等。为了更好了解罕见病的药物研发进展，我们将展开讨论这些罕见病疗法的优缺点，以促进相关的成果转化。

罕见病在全球也影响着大约3.5亿人的健康，大部分罕见病没有特效药，且针对这些疾病研究的转化远远落后于其基础研究。在罕见病药物研发中，尽管工业界偏好小分子，但一些新出现的蛋白疗法等手段极大改变了现有研发管线的模式。例如，蛋白疗法可以调节胞外靶标，也能替换失效的蛋白，ASO、siRNA等可以扩展靶标位点的多样性，此外这些疗法也可以联合运用。

一、小分子类药物

由于给药形式的多样，可控的剂量，高稳定性，合成规模大以及消耗低，小分子是罕见病药物研发中建立最完善的技术。罕见病的小分子药物的发现主要来源于对模式细胞系的大规模筛选。在筛选后，研究者们可以根据具有活性的化合物进行同系物优化来提高体内外疗效，并优化小分子的吸收，分布，代谢，排出和毒性（ADMET）特性，以最终获得在临床上更好效应的上市药物。

筛选体系上效应和人体结果的往往不同，阻碍了罕见病从基础到转化的效率。近期，在小分子筛选体系中引入诱导多能干（Inducedpluripotentstem，iPS）细胞，基因编辑技术（CRISPR-Cassystems）和类器官（Organoids）等方法有效提升了筛选通量及其效率。iPS细胞可以从活检样本分化成异常的细胞，其应用于脊髓性肌萎缩疾病筛选中发现进而优化获得进入临床II期的LMI70候选化合物，该小分子可以结合生存运动神经元蛋白2（survivalmotorneuronprotein2，SMN2）的pre-mRNA/细胞剪接机器复合体来增强SMN2的分泌。利用基因编辑和测序技术通过向动物模型中导入人源突变，也是进一步加速筛选效率的重要突破。例如，在囊性纤维化中，治疗性分子Ivacaftor从对已知CFTR基因（Cysticfibrosistransmembraneconductanceregulatorprotein）突变的细胞系体外筛选中获得，它可以治疗多种突变型，修复突变造成的蛋白破坏效应。另外，Lumacaftor在筛选中也被发现能够促进CFTR的调控，修正蛋白错误折叠，可以与Ivacaftor在最常见突变CFTRFdel中联用，在临床实验中一定程度上发现有效结果。类器官由于对组织和功能的模仿也使它成为了小分子筛选的有效模型，可以在酵母、线虫、果蝇和斑马鱼等模式生物中实现了良好的小分子药物筛选平台，且同时可以进行对机体毒性和细胞吸收方面的研究；例如，Ivacaftor和Lumacaftor在类器官中也证明了联用可以调控CFTR功能的恢复。

利用上述新颖的筛选体系，作用机制新颖的小分子药物不断涌现。在溶酶体贮积症（Lysosomalstoragedisorder，LSD）中，FDA批准了靶向所有组织抑制失能酶底物合成的小分子药物（Miglustat和Eliglustat），其中Miglustat还可以作为分子伴侣稳定及修复突变的酶，其他药物也在临床实验中。促进终止密码子通读的小分子在特定基因突变造成的罕见病中也有一定前景。如杜氏肌营养不良症（Duchennemusculardystrophy，DMD）患者就有肌营养不良蛋白的终止密码子突变，小分子Ataluren能够在小鼠模型中促进终止密码子通读，已在欧盟被批准。小分子药物也能用来提升特定蛋白水平。如促进肌营养相关蛋白表达在动物模型中也可以减缓DMD，尽管相关小分子还未成功进入临床实验。另外，针对LSD的小分子蛋白变构调节剂可以提升细胞压力响应，并上调分子伴侣热休克蛋白70以促进蛋白折叠，其进展也在最近被披露。

在罕见病治疗方面，小分子药物优点明显，如靶向广泛，易于生产，且相比其他方法，之前的经验也有利于新分子的研究，对于机理不明或者多因素疾病，表型筛选也会对发现有效小分子起到正面作用。另一方面，找到同时具备好的药理学效应和药代动力学效应同时又脱靶效应低的小分子是很艰难的，需要经历复杂的优化过程。当然，一些已被证明安全的其他药物可以应用于罕见病，随着对罕见病机理研究的深入，类似于抗癌靶向不同病因的联合疗法也将成为可能。

二、抗体药物

自从首个单克隆抗体（monoclonalantibody，mAb）muronomab-CD3在年被批准治疗移植后排异反应（Organallograftrejection）开始，抗体相关疗法在癌症和免疫异常等多种疾病中得以发展。抗体主要通过调节信号传导途径，将细胞或蛋白质募集到特定位点，传递细胞毒素或中和及调节循环因子来发挥作用。mAb由B细胞产生，在免疫过程中识别外来抗原，其关键点在于对抗原的特异性和该特异性的持续性。针对最初疗法中鼠源抗体半衰期短的问题，研究人员设计了人-鼠混合抗体，人源化鼠抗体或者人抗体来提高mAb疗法。同时，抗体工程的进步也使得全长nakedmAb和工程化抗原结合片段（antigen-bindingfragments，Fab）成为可能，它们可以提高限定区域（比如眼底）的药物浓度，降低全局生物活性并降低毒性；还可以生产双特异性抗体（bispecificantibody，BsAb），相比mAb，BsAb具有直接引导免疫系统击毁靶细胞或者同时阻碍两个不同靶点的能力，当前已有两种BsAb上市。

临床应用方面，mAb在罕见病上的应用目前还有限，不过该类药物的潜力正在被发现。例如，靶向末端补体蛋白C5的mAb——Eculizumab是第一个在十年前获批治疗阵发性夜间血红蛋白尿的单抗，它也被批准治疗两种补体体系发挥重要作用的罕见病：非典型溶血性尿毒症综合征和重症肌无力。此外，靶向免疫因子IL-1β的Canakinumab单抗被重新发现并在年批准用于冷冻蛋白相关的周期性综合征，在其他IL-1β相关的罕见病中也可能应用。同样靶向IL-1β的rilonacept是一种融合蛋白，由人IL-1受体的胞外配体结合域和与人IgG1的Fc部分连接的IL-1受体辅助蛋白组成，在年也被批准治疗冷冻蛋白相关的周期性综合征。在BsAb方面，迄今为止两种获批，其一是针对血友病的，Emicizumab的机理是与IX因子和X因子结合，使这些蛋白彼此靠近并启动凝血级联反应。针对vonWillebrand因子的纳米抗体Caplacizumab，最近已在欧盟和美国获批用于获得性血栓性血小板减少性紫癜的治疗。

除了单纯抗体类药物，使用抗体恒定区（antibodyconstantregion，Fc）融合非抗体相关蛋白或者使用全长抗体融合其他小分子发展了抗体-药物结合物（antibody–drugconjugate，ADC），Fc融合蛋白有IgG的优点，可以结合新生Fc受体促进体内稳定性和疗效。ADC则可以利用抗体的特异性将细胞毒性药物直接递送到肿瘤表面，减少对健康组织的损伤。像BsAb一样，其潜力还在被研究，只有一些血液癌的ADC目前被批准，不过也有超过50种ADC活跃在临床实验。

抗体在治疗方面的优点主要在它相对于小分子药物的特异性，限制了脱靶毒性，这对罕见病长期药物递送很重要。它的另一个优点在于它的体内很稳定，可以降低给药频率。对于获能突变引发的罕见病，抗体疗法建立较好。当然，抗体的缺陷也很明显，mAb的大体积限制了它们的组织和细胞渗透，从而影响了对某些理论上理想的靶标（如细胞内蛋白质）的结合；由于抗体生产一般需要大量哺乳动物细胞和复杂纯化步骤，mAbs的生产成本也可能高得惊人；此外，mAb需要注射给药，因此在配制阶段需要非常高的无菌标准，并且可能会引发注射部位的不良反应。

三、蛋白替代疗法

与mAb适合获能突变罕见病不同，蛋白替代疗法是为失能突变相关的罕见病所设计的。较为成功的方向是使用外源补充的酶（Enzymereplacementtherapy，ERT）来替代缺失或者功能缺陷的酶进行治疗。该概念起源于年对LSD的治疗，首个疗法在年被批准，该疗法使用人α1-抗胰蛋白酶（α1-antitrypsin，A1AT）治疗与严重A1AT缺乏症有关的肺气肿。目前ERT的研究主要靶向溶酶体酶相关的LSD，在年代，NIH的布雷迪及其同事证明从胎盘中纯化的葡糖脑苷脂酶可用于治疗戈谢病，为ERT治疗LSD奠定了基础。纯化的人胎盘葡萄糖脑苷脂酶由Genzyme进一步开发，并于年首次被FDA批准为商业ERT。出于安全和供应原因，Genzyme开发了一种葡萄糖脑苷脂酶的重组形式，该形式于年由FDA首次批准。ERT的酶通常来源于天然蛋白或者高度同源重组蛋白，前者由于HIV和供应不足不太可取，因此大部分来源于重组蛋白，它允许修饰来保持稳定性、提高活性或者促进靶向性。由于原核生物体系不能产生所需的翻译后修饰，目前生产ERT的酶主要使用中国仓鼠卵巢细胞或者修饰的人类细胞。

临床方面，目前世界范围内已经批准上市了11种ERT，可以治疗高雪氏病，法布里氏病，Hurler-Scheie病（也称为I型粘多糖贮积病（mucopolysaccharidosistypeI，MPSI）），Hunter病（MPSII），庞贝病，马洛特-拉米病（MPSVI），溶酶体酸性脂肪酶缺乏症（Wolman病），巴滕病（2型神经类脂褐质疏松症），莫尔基奥综合症（MPSIVA），斯莱病（MPSVII）和α-甘露糖苷病。正在开发靶向SanfilippoA综合征（MPSIIIA）和SanfilippoB综合征（MPSIIIB）的ERT。一些天然ERT也被用于A1AT增强和与腺苷脱氨酶缺乏症相关的严重联合免疫缺陷病，重组ERT还被批准用于低磷血症和苯丙酮尿症。

蛋白替代疗法优点和缺点同样限制：（1）如果递送位置和递送量正确，且早于不可逆损伤发生前递送，效果很好，但其在器官不可逆损伤的患者中可能失效。在高雪氏病中，酶表面的甘露糖也能够帮助酶进入巨噬细胞，但如其他非高雪氏病的LSD中，需要酶的细胞可能缺乏甘露糖受体，不易使酶进入，同时可能需要更高的酶摄入量，另外酶难以穿过血脑屏障；（2）ERT疗法十分安全，只有少数有不良反应，然而过敏等不良反应不仅会造成机体损伤，也可能影响酶的效果；（3）ERT的技术建立较好，但也有制造纯化过程复杂，新产品难以生产等问题。

四、寡核苷酸疗法

另一个靶向致病基因的方法是干扰RNA水平，其中最常用的是ASO和siRNA，它们都能够促进mRNA降解并降低基因表达。比起抗体，它们不仅具有靶向性，同时也能靶向任何基因，而不只是细胞表面或者循环系统的蛋白。ASO和siRNA的挑战主要来源于递送，但近期的临床实验说明了它们的潜力。

ASO是可通过碱基配对结合靶标RNA的合成核酸序列，能够影响基因表达。首个疗法在70年代末期开始实验，ASO结合mRNA并造成其被核酸酶H选择性降解，以敲除相关蛋白。siRNA是双链干扰RNA，可通过修饰骨架以增强其可药性。针对递送问题，研究者们发展了脂质纳米颗粒或N-乙酰半乳糖胺在内的多种方法。此外，单链RNA阻断剂也可能用于罕见病治疗，且能够恢复基因功能，而不是只像ASO和siRNA一样起到抑制作用。

临床方面，首个ASO——fomivirsen曾于年被批准用于治疗免疫受损患者的巨细胞病毒性视网膜炎（目前已被召回）。在罕见神经系统疾病中ASO前景较好，如治疗遗传性甲状腺素（hereditarytransthyretin，TTR）介导的淀粉样变性的siRNAPatisiran和ASOinotersen，二者都降解编码TTR的mRNA，降低TTR水平。另外，Nusinersen已获批治疗由染色体臂5q突变引起的脊髓性肌萎缩症（spinalmuscularatrophy，SMA）。它通过促进存活运动神经元蛋白（survivalmotorneuronprotein，SMN）2的mRNA转录，生成全长SMN起作用。Eteplirsen则可以结合肌营养不良蛋白前体mRNA的第51外显子，略过其剪接，从而纠正翻译阅读框，并使DMD患者的肌营养不良蛋白缩短但保持功能。然而，Eteplirsen的效果一直存在争议。

优缺点方面，寡核苷酸疗法的机制特决定了它的高特异性，同时全身暴露有限，因此毒性较弱。这大大扩展了可选靶标的数量和类型。由于大多数已知的罕见疾病是遗传的，寡核苷酸疗法靶向RNA提供了控制发病率和死亡率的可能。但是，寡核苷酸不易穿越血脑屏障，因此需要侵入性递送方法这阻碍了其在中枢神经系统疾病中的临床应用。尽管如此，最近获批的大量药物可能会促进罕见病相关ASO的研发。例如，一种靶向亨廷顿蛋白（huntingtin，HTT）mRNA的ASO，即RG，最近已进入亨廷顿病III期临床试验，这可能成为该神经退行性疾病的首个改良疗法。

五、基因和细胞疗法

基因治疗可在罕见病中用于表达所需蛋白质，进而弥补特定蛋白质功能丧失；另外还能引入干扰RNA的基因，以抑制致病基因的影响。方法上，基因疗法可以直接注射到靶标组织或器官中，也可以在体外修饰细胞以产生治疗因子，之后移植回患者体内。后者对于罕见的遗传性血液疾病特别有用，比如可以收集患者造血干细胞（Haematopoieticstemcells，HSC），进行基因改造后再移植回患者。针对罕见病的其他类型的细胞疗法也正在开发中。

腺相关病毒（adeno-associatedvirus，AAV）载体和逆转录病毒/慢病毒载体是最常用的基因疗法平台。重组AAV载体可以插入小于个碱基以进行基因治疗。十三种不同的AAV血清型可以使其靶向不同器官，组织和细胞类型。例如，AAV-8已在三项临床试验中将治疗基因传递至肝脏，而AAV-9已在四项神经疾病中进行了试验。基于衣壳蛋白晶体结构，现在也可能工程化新衣壳以开发针对特定细胞和组织的载体。另外，治疗用的AAV不会将基因整合进人体细胞，这保证了安全性，也使其会在细胞复制中丢失信息，因此只能用于非分裂（或非常缓慢分裂）细胞类型的基因治疗。AAV载体十分安全，其在多次人类临床试验中，没有造成任何死亡或致癌。由AAV载体引起的最常见的严重不良反应是肝脏转氨酶水平的短暂升高，这提示有肝损害，与对AAV衣壳蛋白的免疫反应有关，但通常可以通过类固醇来控制。逆转录病毒包含单链RNA基因组，并具有通过逆转录将基因整合到人类基因组中的能力，这会造成基因组的永久修饰。慢病毒是逆转录病毒家族的一个属。逆转录病毒主要用于研究血细胞疾病。使用γ逆转录病毒可以在腺苷脱氨酶（adenosinedeaminase，ADA）缺乏症相关的严重合并免疫缺陷病（severe