基于生理药代动力学的跨物种靶向治疗性寡核苷酸转运模型研究

这篇综述创新性地建立了首个全身体生理药代动力学（PBPK）模型，通过整合非特异性摄取和受体介导内吞（RME）双通路机制，实现了对偶联/非偶联寡核苷酸（ASO/siRNA）跨物种组织分布动态的精准预测。模型验证显示大鼠和小鼠的预测/观测AUC比值中位数分别为0.84和0.629，灵敏度分析揭示了血浆游离分数和受体摄取效率等关键参数，为优化GalNAc-ASGPR靶向递送和缓释制剂设计提供了量化工具。

　　

摘要

寡核苷酸药物在靶向基因沉默领域展现出巨大潜力，但组织特异性递送仍是关键挑战。本研究构建的机制性全身体PBPK模型创新性地整合了两种摄取途径：适用于所有寡核苷酸的非饱和非特异性通路，以及偶联分子特有的受体介导内吞（RME）通路。模型参数源自大鼠非偶联反义寡核苷酸（ASO）的 plasma 和组织浓度数据，以及GalNAc-ASGPR相互作用的文献值。跨物种验证显示，模型对偶联/非偶联ASO及siRNA的预测性能优异，大鼠和小鼠的预测/观测AUC比值中位数分别为0.84（IQR 0.434–1.22）和0.629（IQR 0.3–1.6）。

引言

寡核苷酸药物通过调控基因表达为遗传病、癌症等疾病提供新疗法。尽管ASO和siRNA机制不同——前者依赖RNase H1介导的mRNA降解，后者通过RISC复合体发挥作用——但共同面临细胞膜穿透难题。GalNAc-ASGPR系统虽在肝靶向取得突破，但其他组织仍缺乏高效递送策略。PBPK模型通过量化器官血流量、组织组成等生理因素，为预测组织分布提供了独特优势。

材料与方法

器官模型结构：采用四室模型（血管、内皮、间质、细胞内），肾脏和肺额外增加特殊腔室。药物转运通过双孔模型描述，细胞摄取包含非特异性（ku_p
）和ASGPR介导的RME通路。受体动力学采用TMDD-like模型，含合成（ksy_n
）、内化（kin_t
）和再循环（kre_c
）参数。

数据建模：基于大鼠非偶联ASO数据估算ku_p
和再分布速率（kre_d
），未观测组织ku_p
固定为0.9 h^-1
。GalNAc-siRNA的RME参数来自文献，ASGPR密度设定为1.5 nM，内化速率0.1 min^-1
。

结果

验证性能：模型准确预测了大鼠肝脏ku_p
（3.5 h^-1
）和肾脏高摄取现象。跨物种验证中，小鼠肝浓度预测误差在2倍内。GalNAc偶联使肝摄取提升9.6倍（0.1 mg/kg剂量），但10 mg/kg时出现受体饱和。

关键发现：

1. 灵敏度分析显示血浆游离分数（fu_va
   ）和未观测组织ku_p
   对肝靶向影响最大
2. 缓释制剂模拟表明48小时持续释放可使50 mg/kg剂量肝摄取提升40%
3. 非特异性摄取在50 mg/kg时贡献达15%，凸显高剂量下靶向特异性降低

讨论

该模型首次实现ASO/siRNA跨物种跨模态预测，其235个ODE的复杂性通过Simcyp自动化平台解决。值得注意的是，内皮屏障差异（肝大孔半径105 nm vs 肾12.5 nm）与实测肾高浓度的矛盾，可能源于尿液污染或小管重吸收。虽然内体逃逸过程（仅1-2%药物进入胞质）未建模，但总细胞内药物量已能支持PD预测。未来可结合定量蛋白质组学数据拓展至新靶点评估。

意义

这项研究为寡核苷酸药物的理性设计提供了量化工具，尤其对突破当前肝靶向局限、开发心/脑等组织递送策略具有里程碑意义。通过计算机模拟替代部分动物实验，也符合3R原则（替代、减少、优化）的伦理要求。