本文從：1小核酸藥物生產原料，2小核酸藥生產設備，3小核酸遞送系統，4小核酸藥物專利保護，四個維度探討小核酸藥物開發。

12 月 22 日，諾華siRNA 藥物 Leqvio? (inclisiran) 獲 FDA 批準上市。這是首款用于治療常見慢性疾病小核酸藥物，“一年只需打兩針”就可以長效持久的降低脂。此前 Inclisiran 已經在歐洲等多個國家和地區獲批上市。7 月份在海南博鰲樂城先行區完成首針注射。

Inclisiran小核酸鏈可與編碼PCSK9蛋白的mRNA結合，通過RNA的干擾作用來防止肝臟生成PCSK9蛋白。降低體內PCSK9蛋白水平可以從血液中清除低密度脂蛋白LDL-C。

針對PCSK9靶點的“抗體類”降血脂藥物開發曾一度是近年來的熱點領域。安進的依洛尤單抗（Repatha瑞百安）和賽諾菲的阿利西尤單抗（Praluent波立達）陸續上市，銷售卻不及預期。2020年，Repatha的銷售額8.87美元，Praluent只有3.59億美元。對比年銷售額百億美元級別的他汀類降血脂藥物，曾經被寄予厚望的抗體類降血脂藥物的表現無疑是令人失望的。這并非由于療效不好，而是人源化抗體類藥物價格高昂，儲運攜帶不便捷，治療期需要多次注射給藥等諸多不適合慢性病患者的因素疊加導致的結果，從而影響了“抗體類”降血脂藥物的商業推廣。

而 “小核酸”降血脂藥物——諾華Inclisiran在以上領域對抗體藥物都具有明顯優勢，在上市前很多機構預估其一年銷售額有望突破百億美元。畢竟一年只需打兩針，這對慢性病患者而言相當于年度體檢的頻率去醫院注射藥物，其帶來的便利遠遠高于同類靶點的抗體藥物。

之前上市的小核酸藥物如渤健的諾西那生(Nusinersen)等主要集中在罕見病領域（諾西那生介紹：醫保談判從53680元壓價到33000元的諾西那生鈉到底是什么藥？https://mp.weixin.qq.com/s/9DY7n6t4_dNk69DElbN06w），Inclisiran作為首款用于治療常見慢性疾病小核酸藥物備受矚目，已經拉起了小核酸藥物與抗體類藥物在相同靶點治療領域的迭代升級的序幕。

抗體藥物：

從1984年，諾貝爾生理學或醫學獎授予“關于免疫系統的發育和控制特異性的理論，以及發現單克隆抗體產生的原理”的三位科學家，到2014年，K藥 (帕博利珠單抗)和O藥(納武利尤單抗)通過FDA獲批上市經歷了整整30年，自此全球現代醫藥工業正式邁入生物藥大發展的新時代。這一輪抗體類生物藥和小分子化藥的迭代升級，造就了眾明星生物制藥企業，同時讓中國新興生物制藥企業實現了對傳統小分子化藥企業的彎道超車。這一輪技術迭代，使擁有技術的優秀企業和具有膽識的投資家都賺的盆滿缽滿。同時上游產業鏈相關企業（生物藥生產原料細胞培養基，生物制藥細胞培養以及抗體分離純化設備等行業）也獲得了巨大收益。

小核酸藥物：

從2006年，諾貝爾生理學或醫學獎授予“發現小核酸RNA干擾——雙鏈RNA引起的基因沉默機制”的兩位科學家安德魯·法爾和克雷格·梅洛因，到2021年，重磅藥物Inclisiran通過FDA獲批上市只用了15年。由于技術進步和商業化速度加快，小核酸藥物后續表現值得我們期待。

這些年朋友們聊到小核酸，無論是藥企的，科研院所的，還是從事醫藥金融投資的朋友們，都在熱議小核酸是否會像當年的抗體藥物一樣在不遠的將來迎來爆發，推動生物醫藥行業又一次技術升級。2021年底反義核酸藥物(ASO) 諾西那生(Nusinersen)進入醫保局目錄，諾華Inclisiran美國FDA正式獲批，這輪小核酸藥物的爆發已經開始。隨著核酸遞送技術的發展，目前已知的可供小核酸藥物開發的靶點數量要遠遠高于抗體藥物，關于靶點優勢的論述目前相關的文章、研報已經很多我不再重復，本文重點討論下二者生產成本中小核酸的優勢和小核酸藥物開發的要素以及未來發展趨勢。

小核酸藥物和人源化抗體藥物有一個共同特點就是其生產成本遠遠高于小分子化學藥物和傳統重組蛋白藥物。

目前開發一個人源化抗體藥物，完成其臨床實驗階段需求所使用的抗體原料生產費用大約需要3000萬人民幣以上，要完成臨床試驗還涉及到人源化細胞培養生產抗體注冊批次問題，工藝放大和工藝多批次驗證等問題。由于人源化抗體的生產途徑是通過細胞培養來實現的，不像化學制品生產那樣穩定可靠，需要進行批次驗證。抗體藥物上市后，隨著產量提升其生產成本會穩步下降。

目前上市的小核酸藥物反義寡核苷酸，siRNA，Aptamer等小核酸藥物對核酸鏈進行大幅度化學修飾，該類藥物只能通過化學合成方法制備，不需要用到細胞和酶等變量較多的生物因素，這就使其生產具有了更加可控的條件。但小核酸藥物的化學合成依然是較為昂貴的。

Abbreviations: Af = adenine 2'-F ribonucleotide; Cf = cytosine 2'-F ribonucleotide; Gf = guanine 2'-F ribonucleotide; Am = adenine 2'-OMe ribonucleotide; Cm = cytosine 2'-OMe ribonucleotide; Gm = guanine 2'-OMe ribonucleotide; Um = uracil 2'-OMe ribonucleotide; L96 = triantennary GalNAc (N-acetyl-galactosamine)

圖1：諾華Inclisiran降血脂藥物的化學結構

以諾華Inclisiran化學結構為例(圖1)，其Sense鏈由21個全化學修飾的核苷組成，并在核酸鏈的5’端連接了L96—— GalNac綴合物，其Antisense鏈由23個全化學修飾的核苷組成。該藥物的44個核苷原料單位均不是天然siRNA的核苷，其核糖環進行2’-OMe和2’-F取代化學修飾，并在多個磷酸二酯鍵上進行了氧硫代修飾。

以目前的生產能力估算一個小核酸藥物完成臨床實驗所用的小核酸藥物生產成本依然在千萬元級別，這些成本構成可以分為以下幾個方面：

1，小核酸藥物生產原料核苷亞膦酰胺

反義核酸藥物(ASO)與siRNA藥物核苷原料的化學修飾包括：2‘位甲氧基修飾，2‘位甲氧乙氧基修飾，2‘位氟代修飾，異核苷修飾，鎖核苷修飾等多種結構修飾手段(圖2)，這些初級原料價格并不便宜。據業內人士透露，伴隨2019年前后國外多款小核酸藥物上市，國外機構放出數億元的原料訂單，在國內采購小核酸藥物生產所需的化學修飾核苷基礎原料。

圖2：小核酸藥物使用的多種化學修飾核苷基礎原料結構

核苷基礎原料用于生產小核酸藥物之前，還需要進一步化學方法添加保護基團，并制備成“核苷亞膦酰胺(圖3)”，核苷亞膦酰胺才是小核酸藥物生產的直接原料。 “核苷亞膦酰胺”的生產中的結晶純化問題目前尚未完全解決，眾多企業仍使用柱層析法純化分離，依然是生產成本的瓶頸之一。全球小核酸藥物目前的迅猛增長，使得核苷亞膦酰胺需求增長迅猛。

圖3：化學修飾小核酸藥物直接原料——核苷亞膦酰胺結構

核苷亞膦酰胺單體原料的需求會隨著小核酸藥物發展而逐步增加，以諾華Inclisiran上市為例，我們可以進行一個簡單的估算：中國是全球心血管病負擔最重的國家之一，2016年死于動脈粥樣硬化性心血管病（ASCVD）的人數約240萬，死亡比例占心血管病死亡的61%，占全因死亡的25%。根據2013-2014數據，中國成人中有約10%的人口處于ASCVD風險高危或極高危狀態，而這10%左右的人口中，很大一部分人沒有達到降脂治療目標，ASCVD風險高危和極高危的患者，LDL-C降脂未達標率分別高達74.5%和93.2%。隨著生活水平的提高ASCVD風險高危人口規模會進一步擴大，患者通過藥物干預提高生活質量的比率也會進一步提升。

原料市場體量計算，以諾華Inclisiran為例：單支藥物劑量為：284mg 預填充注射器。Inclisiran生產需要多步固相合成小核酸鏈以及核酸鏈GalNac綴合化學修飾，整體收率會很低，按重量估算需要十至數十倍亞膦單體原料。從這個角度看，如果小核酸藥物在慢性常見病領域逐漸攻城掠地，其亞膦單體原料生產依然有著巨大市場需求空間。

2，小核酸藥物生產——合成與分離純化設備

圖4：以核苷亞磷酰胺為原料合成小核酸藥物合成流程

以核苷亞磷酰胺為原料，通過固相合成法(圖4)在核酸固相合成儀上經過20+22個循環將原料逐一連接，形成21個堿基Sense寡核苷酸鏈和23個堿基的Antisense鏈寡核苷酸。這一過程總收率并不是很高，同時也會產生大量的副產物和雜質。由于副產物和雜質的存在，合成的寡核苷酸鏈反應完成后，需要通過工業化的反相HPLC液相色譜系統對產品進行分離純化(圖5)，分離純化所使用的流動相和固相填料依然價格不菲。由于分離小核酸產物并不容易，美國目前上市小核酸藥物要求的藥物純度是遠低于傳統小分子化藥，說明ASO/siRNA小核酸藥物在生產分離純化過程中的困難。

圖5：ASO /siRNA小核酸藥物化學制備過程

小核酸藥物生產制備流程中色譜分離需要用到工業級大型HPLC設備，分離色譜柱和反相固相填料，這一領域經過多年的發展國內眾多企業已經打破了國外公司的壟斷，將成本大幅度降低。色譜分離設備在小分子藥物，大分子抗體藥物分離純化領域均有重要應用，但小核酸藥物由于其自身結構和制備特點，對色譜分離純化的要求更高。以HPLC反相色譜C18填料為例，小核酸藥物由于其攜帶的負電荷特征對分離色譜柱C18填料納米填料殘余硅羥基封端的要求更高。

思拓凡(Cytiva)是目前少數可以提供小核酸藥物合成的GMP全套生產設備公司，其前身是美國通用(GE)醫療生命科學事業部。2020年4月1日，美國丹納赫集團對思拓凡前身GE醫療生命科學事業部價值214億美元的收購案塵埃落定，思拓凡成為了丹納赫集團旗下的運營公司。

從事小核酸藥物生產需要使用的固相合成儀和HPLC分離儀器在國內外也有其他廠家有一定的規模，但能通過GMP認證的小核酸合成和分離純化設備并不多。工業級別符合藥物生產GMP要求的合成設備和分離純化設備還處于國外公司壟斷中，也間接推高了小核酸藥物生產成本和小核酸初創研發企業的進入門檻。隨著國內企業的發展，以及眾多小核酸領域CDMO企業的出現，小核酸藥物生產成本還有望進一步降低。

3，小核酸藥物遞送系統

除了諾西那生等少數品種不需要遞送系統以外，目前在研的大多數小核酸藥物都需要遞送系統將寡核酸鏈遞送到靶細胞內部。比較知名的小核酸藥物遞送系統包括：GalNac綴合遞送系統，LNP脂質納米粒遞送系統，多肽納米粒遞送系統，抗體偶聯遞送系統，DNA折疊遞送系統和外泌體遞送系統等。

其中目前已上市的小核酸藥物遞送系統只有：GalNac綴合遞送系統和LNP脂質納米粒遞送系統。

（1）GalNac綴合遞送系統

諾華Inclisiran就是GalNac綴合遞送系統的經典之作，雙鏈siRNA的Sense鏈5’端通過化學鍵綴合GalNac側鏈。GalNac側鏈可以識別肝細胞表面的去唾液酸糖蛋白受體(ASGPR receptor)，并順利的把Inclisiran小核酸鏈導入肝細胞內部，完成干擾RNA基因沉默作用。

圖6：GalNac綴合遞送系統遞送Inclisiran

（圖片來源：Drug Note 2021,38 (2)41-43）

GalNac側鏈結構涉及到三個N乙酰半乳糖環和多條酰胺鍵連接，單就GalNac側鏈分子量就在1700以上見(圖1)，其合成制備以及與核酸鏈的偶聯均比傳統小分子化學藥物的制備要困難許多。

（2）LNP脂質納米粒遞送系統

目前廣泛應用于mRNA藥物的LNP遞送系統，最早遞送的藥物實際上是2018年10月上市的全球第一款siRNA藥物——罕見病藥物Patisiran，該藥物用于治療家族性淀粉樣多發性神經病變（FAP）。

圖7：LNP脂質納米粒遞送系統包載Patisiran

（圖片來源：Nat. Rev. Drug Discov. 2019, 18, 421–446 ）

目前在研的多款小核酸藥物都選擇LNP遞送系統作為藥物運載工具，LNP脂質納米粒的制備需要用到的——“微流控技術”也仍然是國外公司把持的核心技術。微流控技術LNP脂質納米粒制備的工作原理是：利用兩個工作泵，同時將親脂的脂質材料和親水的核酸原料注入“微流控混合器”，在微流控混合過程中制得納米顆粒 (圖8)。

圖8：小核酸LNP脂質納米粒藥物制備全過程

(圖8)中 Nanoprecipitation 就是通過微流控混合siRNA核酸和Lipids脂質材料的過程。小核酸(ASO/siRNA)藥物和mRNA疫苗使用相似的LNP脂質納米粒遞送系統。輝瑞/BioNTech的mRNA疫苗脂質納米粒制備微流控設備是由德國Knauer定制。國內目前也有眾多團隊在從事脂質納米粒微流控設備的商業開發。

4，小核酸藥物專利

目前小核酸(ASO/siRNA)藥物的核心專利主要控制在Alnylam、Sirna Therapeutics、Ionis、Dicerna、Arrowhead、Slience Therapeutics這幾個大公司手里。小核酸藥物避開專利的大體思路是：第一、看有沒有保護靶點的專利；第二、看具體的天然序列有沒有被專利保護；第三、看核苷序列堿基糖環的修飾方法有沒有被保護；第四、看具體的序列+修飾有沒有被保護；第五、看疾病、制劑、遞送系統等有沒有被保護。

就拿剛剛進入醫保目錄的“網紅藥物”渤健的諾西那生(Nusinersen)為例，該藥物以冷泉港實驗室，渤健公司和IONIS制藥公司為專利權人的核心專利就有四個：

1) CN109844115A 《用于調節smn2的化合物和方法》；2) CN109689668A 《無加帽步驟的硫醇化寡核苷酸的合成》；3)  CN109641928A 《用于寡核苷酸純化的疏水性相互作用色譜法》；4)  CN106983768A 《用于在對象中調節smn2剪接的組合物和方法 》。其中在CN109641928A這個專利中諾西那生制備過程中HPLC分離純化方法，都單獨申請了專利，充分說明了這些國際大公司專利布局的戰略意識。

以諾華Inclisiran為例，GalNac側鏈綴合用于小核酸肝靶向給藥取得了非常令人滿意的效果。相關公司對GalNac側鏈綴合在小核酸藥物領域的應用保護的也是非常完善，不僅對GalNac側鏈的最終結構進行了專利保護，而且將GalNac側鏈合成全過程，每一步化學反應均寫入專利的“權利要求”部分。其他人在美國想使用GalNac側鏈綴合小核酸，想要繞過專利保護進行仿制將十分困難。但這些專利申請進入國內時，國內專利評審認為制備過程中的化學合成過程屬于常規化學合成手段不具有創新性，只授權了專利提交的最終GalNac側鏈結構的化合物專利，中間制備過程和化學方法大都未予授權。這就造成了一個有趣的現象，同樣的一個專利美國專利中30多頁的“權利要求書”，在國內專利里變成了背景介紹。這對國內企業繞開美國專利對GalNac側鏈綴合小核酸技術的保護留下一定的空間。國內做GalNac側鏈me too和me better仿制的眾多企業因此有了很大的發揮空間，但是這同時也存在一定的風險，至少有一部分GalNac側鏈me too和me better仿制的項目由于涉及專利問題是無法出海的，在美國打這種專利官司會非常麻煩。

LNP遞送系統領域以Patisiran為例，小核酸(ASO/siRNA)藥物和mRNA疫苗使用相似的LNP脂質納米粒遞送系統。美國mRNA疫苗龍頭企業Moderna在 “LNP遞送系統”方面就有過專利和技術歸屬權問題的糾紛與爭議。2020年7月，美國專利及商標局裁定Moderna敗訴，在新冠疫苗制造中使用的一項LNP類脂納米粒關鍵技術仍由加拿大公司Arbutus持有，駁回Moderna對該技術的專利主張。

以上諸多因素使得小核酸藥物開發中不得不將專利考慮在內。

Summary：

現在談小核酸藥物替代傳統小分子和抗體還為時尚早，諾華Inclisiran上市之初價格應該會非常昂貴，普通人絕對無法接受。而且目前小核酸藥物上游工業產能還無法支撐全世界眾多慢性病患者用藥需求。小核酸藥物的真正爆發還需要一段并不短暫的醞釀時間，但這出好戲大幕已經徐徐拉開。

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