寡核苷酸药物是指具有治疗疾病功能的短链DNA或者RNA，按照不同类型主要分为：ASO,  siRNA,  Aptamer,  miRNA等。主要的作用机制是通过碱基互补配对原则作用于目标信使RNA（mRNA），旨在调节基因表达从而发挥药效。作为新型治疗药物，寡核苷酸药物具有独特 PK 特征，这是决定其药理活性和毒理学属性的物质基础。

然而，对于寡核苷酸药物的非临床药代动力学研究，尽管OSWG^[1] 白皮书中提供了部分研究的方法、建议和思路，2024年FDA发布的“Nonclinical Safety Assessment of Oligonucleotide-Based Therapeutics”指导原则^[2]也提出了相关的参考，但是截至目前尚无针对寡核苷酸药物PK研究的官方监管指南，对于如何开展科学合理的寡核苷酸药物的非临床PK研究仍是大家探讨和关注的内容。

一、寡核苷酸药物的药代动力学特征及研究方法

寡核苷酸药物极性大、水溶性高，细胞膜穿透性差，稳定性差，容易被核酸酶降解，通常需要经过特殊的化学修饰或递送系统来提高稳定性及改善其ADME的特性。由于其独特的性质，使其具有异于常规小分子及抗体药物的独特的PK特性^[3]-[4]。

图1. 寡核苷酸药物的PK特性

1.吸收

寡核苷酸药物的吸收特性与给药方式密切相关。其给药途径包括：

1）系统给药：静脉注射（IV）、皮下（SC）注射的方式；其吸收特性主要为：

• 经IV或SC给药后迅速吸收入血，一般在血浆中快速清除，半衰期短；

• 在一定剂量范围内，血浆暴露量与剂量相关性良好；

• 多次给药后在血浆中无蓄积;

• 系统给药后迅速分布至靶组织中，并在组织中进行富集。

2）局部给药：鞘内给药（IT）、侧脑室（ICV）注射、玻璃体内（IVT）注射等。其吸收特性主要为：主要在给药局部的组织中进行分布，吸收入血的量很少。

图2. 动物皮下给药后血浆中药物浓度^[5]

2.分布

1)体外血浆蛋白研究

寡核苷酸药物的体外血浆蛋白研究一般采用超速离心（UC）、超滤（UF）或电泳迁移率变动分析（EMSA）等。由于寡核苷酸药物的亲水特性，其与血浆蛋白的结合作用与小分子不同，通常与血浆蛋白结合位点为亲水性结合位点，结合能力较低。对于siRNA药物，通常不同种属的血浆蛋白结合率相似并呈现一定浓度依赖性（图3）。

图3. 采用EMSA的方法进行Givosiran的PPB研究结果比较^[6]

2)体内组织分布研究

一般需要在非临床阶段对寡核苷酸药物的体内组织分布进行研究，以支持组织暴露与药效（PD）及毒性的关系。根据不同的给药途径、不同的设计目标，其组织分布研究的内容、方法及组织分布特性亦有一定的区别。

系统给药（IV和SC）时，需进行广泛组织分布评估。寡核苷酸药物系统给药后快速分布到组织中并在组织中进行富集，一般在肝、肾、脾等组织中的摄取较高，在特异性的靶组织中也有较高的分布（如脂肪靶向的寡核苷酸药物在脂肪中分布较高）。一般在组织中的半衰期较长，可以长达数周或数月，所以组织采集的时间点设计不能完全参考药物的血浆动力学特征，需要结合药物的结构、靶点进行综合考虑。理想情况下应该设计约为 4~5 个组织半衰期；因此，组织分布研究可能会持续相当长的时间。

图4. siRNA动物皮下给药后不同组织的分布情况^[7]

局部给药时，需要研究给药部位相关的组织分布特征（如，IVT：玻璃体液和视网膜层，IT 或 ICV：CSF、脑和脊髓段等），一般会在局部组织分布较高，系统暴露量很低，但应考虑缓慢释放或储备效应，仍需要关注肝脏、肾脏等组织的。

图5. Nusinersen动物鞘内给药后的血浆及脑脊液的分布比较

对于寡核苷酸药物的组织分布研究与小分子药物不同，除了开展啮齿类动物的全身组织分布研究外，通常需要在序列同源的种属（如NHP）中伴随靶组织的采集（如肝穿、肾穿等），以更好的说明组织暴露与药效（PD）及毒性的关系。

3.代谢

1）体外代谢研究

寡核苷酸的体外代谢研究是确定药物系统稳定性、靶组织稳定性及暴露形式的关键内容。欢迎参考我们此前发布的文章：寡核苷酸药物的体外代谢研究策略与方法全解析。

2）体内代谢研究

寡核苷酸药物在体内主要由核酸内切酶和核酸外切酶代谢，核酸外切酶切除末端核苷酸后，核酸内切酶在中心位置切割核酸链，在血浆、组织中代谢成为更短的或碎片化的核酸链或单核苷酸。一般寡核苷酸的代谢无明显种属差异，但不同物种间的代谢物含量不同。

4.排泄

开展非临床排泄研究是为更好指导临床研究设计，以确定原药及其代谢物的代谢和消除途径。寡核苷酸药物的排泄途径主要经肾脏清除或肝脏摄取代谢后经胆汁排泄，多数通过组织代谢消除，通常只有小部分以原形形式排出体外。

5.药物相互作用

对于寡核苷酸药物，由于其主要是通过核酸内切酶和核酸外切酶进行代谢，而非CYP450酶的底物，体外 DDI 评估寡核苷酸作为药物代谢酶底物是不必要的。虽然寡核苷酸通常是代谢酶抑制剂、诱导剂以及转运体底物及抑制剂的风险比较小，但是确实有部分寡核苷酸药物是CYP酶的抑制剂或者转运体的底物或抑制剂，从机理上也不能排除对CYP酶诱导的可能，因此在非临床阶段建议根据药物的作用机制及联合用药情况，全面评估开展相关的DDI研究。

对于LNP包裹的寡核苷酸药物，对于新的LNP成分通常需要开展全面的DDI研究。

图6. 已上市siRNA的DDI研究总结

二、寡核苷酸药物的非临床药代动力学研究策略

寡核苷酸药物的非临床药代动力学研究的设计需要充分考虑药物设计的靶点，递送系统、组成与结构修饰，结合药物的不同研发阶段，设计科学合理的药代动力学研究内容及方法，支持药物的开发研究。

图7. 寡核苷酸药物非临床药代研究策略

[1]Berman, C. L., Antonsson, M., & Batkai, S. (2023, August). OSWG recommended approaches to the nonclinical pharmacokinetic (ADME) characterization of therapeutic oligonucleotides. Oligonucleotide Safety Working Group.

[2]FDA Guidance for Industry: Nonclinical Safety Assessment of Oligonucleotide-Based Therapeutics, November, 2024.

[3]Geary, R. S., Norris, D., Yu, R., Bennett, C. F. (2015). Pharmacokinetics, biodistribution and cell uptake of antisense oligonucleotides. Advanced Drug Delivery Reviews, 87, 46–51.

[4]Takakusa, H., Iwazaki, N., & Nishikawa, M. (2023). Drug metabolism and pharmacokinetics of antisense oligonucleotide therapeutics: Typical profiles, evaluation approaches, and points to consider compared with small molecule drugs. Nucleic Acid Therapeutics, 33 (2), 83–94.

[5]Sten, S., Cardilin, T., Antonsson, M., & Gennemark, P. (2023). Plasma pharmacokinetics of N?acetylgalactosamine?conjugated small?interfering ribonucleic acids. Clinical Pharmacokinetics, 62 (12), 1661–1672.

[6]Li, J., Li, J., Zhang, X., Clausen, V., & Tran, C. (2021). Nonclinical pharmacokinetics and absorption, distribution, metabolism, and excretion of givosiran, the first approved N-acetylgalactosamine-conjugated RNA interference therapeutic. Drug Metabolism and Disposition, 49 (7), 572–580.

[7]McDougall, R., Ramsden, D., Agarwal, S., & Agarwal, S. (2021). The nonclinical disposition and PK/PD properties of GalNAc-conjugated siRNA are highly predictable and build confidence in translation to man. Drug Metabolism and Disposition. Advance online publication.