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2022年，专注于小RNA核酸药物研发的艾码生物（ExoRNA Bio）宣布完成高达数千万元级别的天使轮融资，领投机构为知名投资机构鼎晖投资VGC基金。本轮融资将用于脑神经性疾病核酸药物和抗超级菌、抗病毒感染性疾病核酸药物的研发及生产。

提到RNA研究，就不得不提站在背后的人——南京大学教授、生命科学院院长张辰宇教授。成立于2021年的艾码生物，由张教授团队和创新药开发企业经验丰富的运营管理团队共同创立。该公司致力于将生物合成自组装外泌体小核酸领域里的成果转化，专注于在中枢神经系统疾病、感染和肿瘤等领域的合成生物学自组装外泌体核糖核酸类药物的应用和开发。值得一提的是，就在宣布投资的当年，张教授团队关于核酸药物递送系统的最新研究在著名顶刊Nature Communications上刊发，既能上货架，又能上书架！

作为细胞外RNA（exRNA）研究领域的开创者，现任南京大学生命科学学院院长张辰宇教授的实验室在过去十多年来，一直致力于细胞外miRNA的研究，并取得了一系列颠覆性和原创性发现，也因此被誉为“国际细胞外RNA研究第一人”。在这篇文章中，我们梳理了张教授团队的一系列里程碑成果，以此了解RNA药物的发展历程。

15岁考大学，从医学转行生命科学

张教授15岁的时候就考大学，并且选择了医学专业。毕业后，他先后去了日本德岛大学和美国哈佛大学读博和做博士后。在留学期间，他意识到自己更加喜欢生命科学，即生物医学和基础医学的研究。读博期间，张教授跟随导师从事内分泌代谢研究，开发新方法来测定内分泌相关的一些激素。据张教授介绍，当时所受的严格训练为10多年后发现细胞外RNA作为生物标志物（Biomarker）奠定了基础。博士毕业后，他前往哈佛大学从事博士后工作，研究方向集中在糖尿病领域。在此期间，张教授在国际代谢领域顶尖杂志《Cell Metabolism》上发表了关于线粒体解偶联蛋白2（UCP2）在糖尿病中的作用的研究（Cell Metabolism 3, 6, 417-427）。该研究表明，小分子京尼平（genipin）可以快速抑制UCP2介导的质子泄漏。依赖于UCP2，京尼平可增加线粒体膜电位，增加ATP水平，关闭KATP通道，并刺激胰岛素分泌，甚至可以逆转高糖和肥胖诱导的β细胞功能障碍。

张教授的博士后研究工作

从哈佛回国任职

凭借相关的一系列研究，张教授在哈佛站稳了脚跟，并拥有了自己独立的实验室。就在此时，张教授发现了一个奇特的现象，即在心肌细胞和骨骼肌细胞里面有UCP2的mRNA，但却检测不到对应的蛋白。针对这一现象，张教授联想到，哺乳动物细胞中的miRNA能够阻止mRNA向蛋白质的翻译，而不影响mRNA本身，这一现象是否能够解释在心肌细胞/骨骼肌细胞中无法找到UCP2的现象呢？为了验证这一假设，张教授借助南京大学的平台开始研究miRNA，也正是从这时起，国内的miRNA研究在张教授团队的引领下开始起步。在机缘巧合下，张教授接收南京大学邀请，全职回国加入南京大学生命科学学院，并出任院长。

在国产期刊上发表影响世界的原创研究

在很长一段时间内，人们认为在细胞内的miRNA具有精确调节的作用，然而这样的认知还远远不够。认识到这一点，张教授在回国后就决定从两个方向着手研究。一方面，研究miRNA在原始动物细胞里面不可或缺的作用，另一个方面是检测miRNA能否在细胞外稳定存在，并发挥不可或缺的生物学功能。经典的生物化学概念认为核酸只能稳定的存在于细胞内并发挥生物学功能，在细胞外只能以无生物学功能的降解碎片存在，因为细胞外RNA水解酶无处不在。为了研究RNA的功能，张教授团队在世界上首次提出借助深度测序的方法来鉴定miRNA的功能。这一方法也为后续发现细胞外RNA奠定了基础。

2008年，张辰宇团队在国产期刊《Cell Research》上发表关于miRNA可在人类和动物的血清和血浆中稳定存在的原创发现（Cell Research 18, 10, 997-1006）。该研究使用Solexa深度测序方法，对中国健康受试者的所有血清miRNA进行了测序，在男性和女性受试者中分别发现了100多个和91个血清miRNA。研究还确定了肺癌、癌症和糖尿病的血清miRNAs的特定表达模式，提供了血清miRNA包含各种疾病指纹的证据。这些发现表明，体内的细胞外环境中稳定存在着miRNA，而且特定的血清miRNA谱可作为疾病诊断标志物。这一存在于血液中的miRNA也就是现在人们熟知的循环miRNA。这一工作开创了细胞外RNA研究的新领域，也成为所有血清miRNA生物标志物研究的基础。谷歌学术显示这篇论文目前已被引用超过5000次，是中国学者被引用数量最多的论文（之一）。此后，张辰宇实验室陆续发现了植物来源的miRNA对人体的跨界调控、分泌miRNA通讯交流系统、中药金银花通过MIR2911发挥抗病毒作用、细胞外囊泡（EV）可作为小RNA递送载体等等。

细胞外RNA研究的开山之作

基于这一成果，张教授率领团队先后申请了国际首个循环miRNA发明专利（2007年）和开发了国际首个循环miRNA疾病标志物产品（2015年）。这一产品可诊断胰腺癌，其对早期胰腺癌的检测准确率达87.6%。除此之外，团队目前还在做基于miRNA标志物的精神疾病的检测诊断，有望更加准确地筛查精神疾病。

如果说哺乳动物血清和血浆中稳定的miRNA是由自身组织和细胞主动分泌的，那么是否存在着外源性输入的miRNA呢？在2011年，同样在《Cell Research》上，张教授团队报道了一个令人惊讶的发现，即外源性植物miRNA存在于各种动物的血清和组织中，并且这些外源性植物iRNA主要是通过食物摄入口服获得的（Cell Research22, 1, 107-126）。研究具体发现，MIR168a在水稻中含量丰富，是中国受试者血清中含量最高的外源性植物miRNA之一。体外和体内的功能研究表明，MIR168a可以与人/小鼠低密度脂蛋白受体衔接蛋白1（LDLRAP1）mRNA结合，抑制LDLRAPl在肝脏中的表达，从而减少小鼠血浆中LDL的去除。这些发现表明，食物中的外源性植物miRNA可以调节哺乳动物靶基因的表达，由此团队也提出了miRNA跨界调控的概念。这篇WOS的高被引文章甫一发表，就成为“细胞外RNA研究领域中最具突破性和争议性的发现之一”，引发了在此后长达十年的争论。

引发争论的论文

不过在2021年，张教授团队再次在《Cell Research》上发表文章，详细解释了外源性miRNA被人体吸收的机制（Cell Research31, 3, 247-258），一举结束了这个领域长达10年的争论。在这项研究中，作者发现在胃中的胃坑细胞上表达的SIDT1是吸收膳食miRNA所必需的。SIDT1缺陷小鼠表现出基础水平降低和膳食miRNA的动态吸收受损现象。机制分析表明，胃坑细胞对外源性miRNA的摄取是依赖于SIDT1和低pH的。这一发现揭示了膳食miRNA吸收的主要机制，并为开发口服小RNA疗法提供了线索。

盖棺定论的文章

发展RNA药物递送系统

2021年，张辰宇实验室基于小RNA开发出了新一代RNA干扰（RNAi）药物体内递送平台（Cell Research31, 6, 631-648）。RNAi疗法经历了两个发展阶段，直接注射合成siRNA和用人工载体或偶联配体递送；但两者都没有解决体内siRNA高效递送的问题。而张教授团队通过遗传回路对宿主肝脏进行重新编程，以引导siRNA的合成和自组装进入分泌型外泌体，并促进siRNA通过循环外泌体的体内递送。通过组合不同的遗传回路模块，体内组装的siRNA系统地分布到多个组织或靶向特定组织（如大脑），在这些组织中诱导有效的靶基因沉默。这一递送平台可在异质动态体内环境中诱导可控和可预测的siRNA自组装和递送，并能够精确调控基因表达，让RNAi疗法治疗从癌症到代谢疾病成为可能。

遗传回路构建表征

使用上述RNAi药物体内递送平台对肺癌（靶向EGFR/KRAS）、胶质母细胞瘤（靶向EGFR/TNC）、肥胖症（靶向PTP1B）等，证实了这种体内自组装siRNA策略能够有效沉默这些关键致病基因，并产生显著治疗效果。值得一提的是，这也是小RNA核酸药物研发公司艾码生物的核心技术。

针对结肠炎，张教授及其团队也开发了一种RNA基的治疗策略。鉴于溃疡性结肠炎的复杂性，往往需要针对溃疡性结肠炎多种致病基因和途径的联合治疗。然而，目前的治疗策略通常基于独立的化合物或单克隆抗体，联合治疗溃疡性结肠炎的全部潜力尚未实现。有鉴于此，张教授和陈熹教授、Qipeng Zhang等人（Nature Communications 13, 1, 5700）开发了一种合成生物学策略，将天然存在的细胞外囊泡循环系统与人工遗传回路相结合，重新编程雄性小鼠的肝脏，将多种siRNA自我组装成分泌型细胞外小囊泡，并通过循环的细胞外囊泡促进体内递送siRNA，以实现联合治疗溃疡性结肠炎的目的。研究显示，使用可同时抑制TNF-α、B7-1和整合素α4的多靶向遗传回路，能够迅速缓解肠道炎症，并通过抑制结肠巨噬细胞中的促炎级联反应，对溃疡性结肠炎发挥协同治疗作用，抑制对T细胞的共刺激信号并阻断T细胞归巢至炎症部位。这项研究为溃疡性结肠炎建立了一种可行的联合治疗策略。

遗传回路设计

张辰宇教授在RNA领域拥有二十多年的经验积累并创造了一系列重大的科研成果，取得了以RNAi/siRNA、“循环miRNA生物标志物”、“分泌miRNA通讯交流系统”、“外源植物miRNA跨界调控”、“外泌体递送第三代RNAi治疗技术”为代表的一系列颠覆性发现和技术成果，形成了被国际顶尖学术期刊Nature杂志称作“南京学派”的“胞外RNA介导物种间共进化与适应”学术体系，被业内誉为“国际细胞外RNA研究第一人”。多年来，张辰宇教授一直致力于将原创性基础研究成果转化为国际领先的实际临床应用。如今，随着融资的成功，这一目标也越来越近了。

【张辰宇教授简介】

南京大学教授，长江特聘教授, 博士生导师，南大生科院院长。获评中国国家自然科学基金委杰出青年基金、日本学术振兴会特别研究员奖、美国糖尿病学会青年学者奖。主要从事身体的能量代谢及细胞的能量代谢的分子作用机理及与之相关的疾病，如肥胖，糖尿病的发病机理方面的研究。在研究中发现了UCP2 及O2--UCP2途径导致2型糖尿病的新的发病机理。其间也曾系统性地研究了PGC-1a的功能。还发现了BAD与GK在线粒体上形成复合物，第一次把细胞凋亡与细胞的糖代谢联系在一起。同时在糖尿病的基础研究方面有很好的研究基础，课题组涉及到糖尿病的基础研究，包括分子生物学、细胞生物学和模式生物研究等。

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