分享一篇发表在Nature Biotechnology上的文章：Enhancing siRNA efficacy in vivo with extended nucleic acid backbones，通讯作者是马萨诸塞大学医学院的Anastasia Khvorova和Ken Yamada，前者课题组主要研究寡核苷酸的药物递送。本文作者报道了一种在siRNA主链骨架上的化学改造，能大幅提高siRNA在体内的稳定性。

在siRNA疗法中，为了提高siRNA在患者体内的稳定性，通常需要对siRNA骨架进行化学修饰。尽管目前开发了多种化学修饰手段，但由于硫代磷酸的改造方式能最大程度保留RNA与基因沉默相关的蛋白结合能力，因此是目前唯一用在临床中的化学改造手段。硫代磷酸衍生物虽然能够将siRNA在体内存在的时间提升到几周甚至几个月，但由于其结构仍能被核酸外切酶识别，因此在体内会从3’末端被缓慢切割，这一现象在肝外组织中尤其显著，这也限制了siRNA疗法在肝以外器官和组织上的应用。本文作者希望开发一种新的骨架改造策略，在不影响siRNA与基因沉默组件结合的前提下来降低核酸外切酶对其的识别。

作者设计了一种将一个额外的亚甲基添加在5’碳和5’-OH中间的结构，并将这种结构命名为exNA(extended nucleic acid)。由于siRNA发挥功能需要其与靶基因的mRNA结合，因此作者首先测试了exNA的引入对于RNA双链形成的影响，他们发现exNA的引入会降低RNA双链的热稳定性，且随着exNA引入数目的提升降低效果更加显著。对于exNA引入后RNA链对核酸外切酶的耐受性，作者发现无论是对于5’还是3’核酸外切酶，exNA均可以大幅提高RNA的半衰期，并且在与P-S键衍生共同使用的条件下可以将半衰期提高多达1000倍，同时引入多个exNA同样可以进一步提高稳定性。此外作者还测试了exNA对于RNA结合沉默元件Ago2蛋白的影响，他们发现在RNA链中部的一些位置上exNA的引入会导致活性的下降，而3’末端的一些位置则对活性影响不大。综合以上结果，作者最终选用了在3’末端带有两个exNA，并同时带有两个P-S键替换的siRNA进行了后续体内实验测试。

作者首先在小鼠模型上测试了改造后的siRNA在血浆中的稳定性，他们发现exNA改造后的siRNA相比于P-S键替换的对照分子在血浆稳定性上有大幅提高，进一步测试siRNA在各器官中的含量后作者发现，在两周之后exNA改造的siRNA在各个器官中的水平有着3-15倍的提高，说明exNA改造成功提高了siRNA的稳定性进而提高了器官驻留。最后对于改造后的siRNA的效能，作者发现在小鼠模型上，改造之后的Htt, Mstn,以及ApoE siRNA均相比原始分子有着更好的基因沉默效果。

总之，这篇文章发展了在siRNA骨架上添加亚甲基的衍生策略，成功提高了siRNA对外切酶的耐受性，进而提高其体内效能。

本文作者：LDY

责任编辑：LYC

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-024-02336-7

DOI：10.1038/s41587-024-02336-7