小核酸药物靶点人源化小鼠模型：ASO/siRNA/miRNA临床前研究的体内验证平台

小核酸药物（ASO、siRNA、miRNA）通过基因层面调控致病蛋白表达，为传统"不可成药"靶点带来突破。三类药物各有独特作用机制：ASO结合mRNA阻断翻译或触发降解，siRNA通过RNAi通路特异性裂解靶标mRNA，miRNA则多靶点微调蛋白输出水平。然而，小核酸药物通常针对人源靶点设计，普通小鼠无法直接评估药效，人源化小鼠模型因此成为临床前验证的关键工具。南模生物针对LPA、INHBE、SERPINC1、ANGPTL3、C3、TFR1等靶点自主研发了多种人源化小鼠模型，涵盖心血管、代谢、凝血、补体、中枢神经等治疗领域，为小核酸药物的体内活性、药代药效及毒性评价提供遗传修饰动物模型支持。

目录

小核酸药物家族：三大基因调控"利器"

基因组靶区定位：不同药物各有所攻

临床前动物模型：药效验证的关键平台

展望

1 小核酸药物家族：三大基因调控"利器"

小核酸药物主要包括三大类，各有独特的作用机制。

图1. 小核酸药物工业的关键里程碑[1]。

反义寡核苷酸（ASO）

ASO是一类单链核酸分子，通过与靶标mRNA互补结合，直接阻断翻译起始或引发RNase H介导的mRNA降解，从源头阻止致病蛋白的合成。

· 作用方式：互补结合靶标mRNA，阻断翻译或触发降解。

· 典型应用：在脊髓性肌萎缩症（SMA）治疗中，ASO精准绑定SMN2基因转录本，修正剪接异常，恢复功能性蛋白表达。

图2. ASO作用示意图[1]

小干扰RNA（siRNA）

siRNA是双链RNA分子，进入细胞后被Dicer酶加工为单链向导链，融入RISC复合体，依碱基互补锁定目标mRNA并催化其特异性裂解。

· 作用方式：通过RNA干扰（RNAi）通路，特异性降解靶标mRNA。

· 典型应用：针对乙肝病毒mRNA的siRNA药物可高效沉默病毒复制关键基因，遏制病情进展。

图3. siRNA的RNAi机制[1]

微小RNA（miRNA）

miRNA通过不完全匹配结合多个靶mRNA的3'非翻译区（3' UTR），微调蛋白输出水平。人工设计的miRNA模拟物或抑制剂，可矫正失调的miRNA网络。

· 作用方式：多靶点微调式基因表达调控。

· 典型应用：心血管疾病研究中，上调护心miRNA或抑制促炎miRNA，可重塑病理心肌细胞命运。

图4. miRNA的RNAi机制[1]

2 基因组靶区定位：不同药物各有所攻

小核酸药物的精准度取决于对基因组靶区的选择，三类药物的"攻击坐标"各有侧重：

· ASO：常聚焦于mRNA的5'帽附近启动子区或剪接位点。例如干预镰刀型细胞贫血症时，ASO瞄准β-珠蛋白基因前体mRNA异常剪接节点，修正遗传密码错误，促使正常血红蛋白生成。

· siRNA：偏爱靶向蛋白编码区的开放阅读框（ORF），此处碱基序列特异性高，易于精准识别。在肿瘤靶向治疗中，针对致癌激酶融合基因ORF设计siRNA，可精确敲低变异蛋白。

· miRNA：作用位点散布于mRNA 3' UTR，如同多点控制的调控枢纽。开发神经退行性疾病药物时，调控Bcl-2家族成员mRNA 3' UTR上的miRNA响应元件，可平衡细胞凋亡与存活。

3 临床前动物模型：药效验证的关键平台

从实验室研究到临床应用，合适的动物模型是小核酸药物研发中不可或缺的验证平台。由于小核酸药物通常针对人源靶点设计，普通小鼠无法直接评估药效，因此人源化小鼠模型成为临床前研究的关键工具。南模生物已成功开发了多种靶点人源化小鼠，为相关药物研发提供支持。

案例一：LPA人源化小鼠——靶向Lp(a)的心血管疾病研究

Lp(a)是心血管疾病的重要致病因子，可通过促进动脉硬化、炎症反应及血栓形成独立引发心血管损伤。基于核酸干扰技术的新型药物（如Olpasiran等候选药物）在降低Lp(a)水平方面展现出显著疗效。

南模生物构建了LPA人源化小鼠模型，通过模拟人类疾病特征，为药效评估及机制研究提供精准方案。

pAlb-hLPA-Tg（NM-TG-231782）

图5. 血清hLPA蛋白水平及单次给药后抑制率。（Data来自合作者）

案例二：hINHBE人源化小鼠——靶向代谢性疾病

INHBE在脂肪代谢中发挥重要作用。研究表明，INHBE的罕见功能缺失突变可促进健康的脂肪储存，降低肝脏炎症、血脂异常和II型糖尿病风险。靶向INHBE的RNAi疗法被认为是一种有潜力的减肥药物方向，能够增加脂肪消耗、改善新陈代谢，同时保持肌肉质量。

南模生物利用同源重组将小鼠Inhbe基因替换为人INHBE完整编码序列，构建了INHBE人源化小鼠模型。该模型已验证具备高表达、可分泌、可被小核酸药物高效抑制三大特征，适用于评价靶向人类INHBE的小核酸药物体内活性、药代/药效关系及毒性。

hINHBE（NM-HU-233512）

图6. qPCR检测肝脏中INHBE的表达。

hINHBE小鼠被随机分为3组，分别接受测试药物治疗。结果显示，测试药物能有效降低肝脏中INHBE的表达。

案例三：hSERPINC1人源化小鼠——靶向凝血调节

SERPINC1（抗凝血酶III，ATIII）是一种重要的丝氨酸蛋白酶抑制剂，主要功能是抑制凝血酶及其他活化丝氨酸蛋白酶，调节凝血级联反应，是弥散性血管内凝血（DIC）的重要标志物。SERPINC1的异常与血栓栓塞风险增加、高血压、肾脏疾病等多种疾病相关。

南模生物开发的SERPINC1人源化小鼠模型能够更接近人类生理系统，为药物筛选、毒性评价等提供重要工具。这类遗传修饰动物模型通过基因编辑技术模拟人类疾病状态，提高药物研发的准确性和效率。

hSERPINC1（NM-HU-225075）

图7. APTT检测hSERPINC1小鼠的凝血时间

案例四：hANGPTL3人源化小鼠——靶向血脂异常

ANGPTL3是一种由肝脏合成的脂蛋白酯酶和内皮酯酶抑制剂，抑制ANGPTL3可降低血清低密度脂蛋白（LDL）、血清和肝脏甘油三酯水平，是心血管疾病的新治疗靶点。Arrowhead公司的ARO-ANG3（zodasiran）是一款靶向ANGPTL3的RNAi疗法，用于治疗血脂异常和家族性高胆固醇血症，已进入临床III期。

南模生物自主研发了ANGPTL3人源化小鼠模型，可用于相关药物的开发。

hANGPTL3(4)（NM-HU-210036）

图8. 检测给药前后hANGPTL3小鼠的血脂水平

将hANGPTL3小鼠随机分为两组（n=8），施用ARO-ANG3，结果显示处理组TG、T-CHO、HDL-C水平显著降低。

图9. qPCR和ELISA检测给药前后hANGPTL3小鼠的ANGPTL3 mRNA和蛋白水平

结果显示，ARO-ANG3处理组的人ANGPTL3表达显著降低。

案例五：hC3人源化小鼠——靶向补体系统

补体系统是先天免疫的重要组成部分，通过溶胞、吞噬及介导炎症反应来清除病原体。补体系统各成分包括补体固有成分（C2、C3、C5等）、补体调节蛋白（CI抑制物、I因子、H因子）和补体受体（CR1、CR2、CR3、CR4、CR5、C3aR等）。补体失效或过度激活会导致多种疾病，例如缺血性中风、脓毒症等急性炎症，牙周病、眼部疾病等慢性炎症，红斑狼疮等自身免疫性疾病，以及肿瘤、肾病、神经退行性疾病等。

南模生物已成功构建补体系统相关的人源化小鼠模型系列，为补体靶向药物研发提供关键体内实验平台。

hC3（NM-HU-2000079）

图10. ELISA检测血清hC3水平

结果显示，ARO-C3处理组hC3小鼠的血清human C3水平显著降低。

图11. hC3小鼠的生存率和体重

结果显示，ARO-C3处理组生存率增高且体重无明显变化。

案例六：hTFR1人源化小鼠——突破血脑屏障递送

由于血脑屏障（BBB）的阻隔，大多数中枢神经系统疾病治疗药物难以穿过该屏障并在脑组织中达到有效浓度。TFR1是一种单跨膜细胞表面受体，主要功能是通过结合转铁蛋白将铁离子转运至细胞内。通过将治疗性药物或蛋白质与转铁蛋白结合，可借助TFR1介导的内吞机制实现大分子药物向大脑的定向递送。这一机制对阿尔茨海默病、溶酶体贮积症、脑肿瘤等多种脑部疾病的治疗具有重要潜力。

南模生物开发了hTFR1靶点人源化小鼠，可为该类药物的临床前研究提供关键工具。

hTFR1（NM-HU-215059）

图12. hTFR1小鼠中TFR1靶向治疗药物的体内评价

给药18h后采集脑组织和血清，对抗体的脑浓度、血清浓度及脑血清比进行定量分析。如图所示，TFR1表现出更高的血清清除率和增强的脑暴露水平。

4 展望

小核酸药物靶点研究虽硕果累累，但征途依旧充满挑战。脱靶效应可能引发免疫反应或意外基因沉默；递送载体穿越生物屏障的效率瓶颈，制约药物全身可用性。然而，随着人工智能辅助靶点筛选、新型纳米递送系统的迭代升级，精准度与递送效能在持续提升。

关于我们

上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，简称"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科创板上市高科技生物公司（股票代码：688265），始终以编辑基因、解码生命为己任，专注于模式生物领域，打造了以基因修饰动物模型研发为核心，涵盖多物种模型构建、饲养繁育、表型分析、药物临床前评价等多个技术平台，致力于为全球高校、科研院所、制药企业等客户提供全方位、一体化的基因修饰动物模型产品解决方案。

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参考文献：

[1] Miao Y, Fu C, Yu Z, Yu L, Tang Y, Wei M. Current status and trends in small nucleic acid drug development: Leading the future. Acta Pharm Sin B. 2024 Sep;14(9):3802-3817. doi: 10.1016/j.apsb.2024.05.008. PMID: 39309508; PMCID: PMC11413693.

[2] Bowerman M, Becker CG, Yáñez-Muñoz RJ, Ning K, Wood MJA, Gillingwater TH, Talbot K; UK SMA Research Consortium. Therapeutic strategies for spinal muscular atrophy: SMN and beyond. Dis Model Mech. 2017 Aug 1;10(8):943-954. doi: 10.1242/dmm.030148. PMID: 28768735; PMCID: PMC5560066.