蛋白质组学：小核酸药物研发的精准“导航仪”

如果说小分子和抗体药物是“调控”蛋白功能，那么小核酸药物（siRNA、ASO、miRNA等）则是从“源头”改写基因表达——凭借“可成药靶点”范围广、作用持久、特异性高等颠覆性优势，正引领全球生物医药的第三次浪潮。

图核酸药物作用机理

从Alnylam的Onpattro获批，到诺华与国内Biotech的巨额合作，小核酸药物的临床价值与商业潜力已无需多言。然而，当行业焦点从“肝内靶向”转向“肝外递送”，从“罕见病”拓展至“常见慢病”时，研发者面临的挑战也呈指数级增长：如何证明药物真正在靶组织起效？如何在无抗体可用时跨物种定量？如何早期预警脱靶毒性？

这些直击药物核心价值的难题，恰好构成了蛋白质组学在小核酸领域不可替代的战略机遇。

小核酸药物的时代浪潮与深层挑战

小核酸药物通过碱基互补配对，精确调控目标基因的表达。理论上，它能“沉默”任何致病基因，覆盖传统药物无法靶向的“不可成药”靶点。从罕见病（如杜氏肌营养不良、脊髓性肌萎缩症）到高胆固醇血症、乙肝乃至肿瘤，小核酸药物的版图正在急速扩张。

图全球小核酸药物在研适应症分布（数据截至202501，来源：华经产业研究院）

然而，从“序列设计”到“成药上市”，小核酸药物面临着区别于传统药物的独特挑战：

递送系统的“黑匣子”：LNP、GalNAc等递送系统将药物运至靶组织后，我们如何证明药物真正发挥了“沉默”功能，而不仅仅是“到达”？
靶点验证的“工具荒”：在临床前动物模型（猴、犬、小鼠）中，针对人类靶点的抗体往往无法跨物种使用，PK/PD定量陷入困境。
安全性的“隐形陷阱”：序列或化学修饰的非预期“脱靶”效应，往往是临床失败的导火索，如何早期预警？

这些挑战，本质上都指向同一个核心：我们需要在蛋白质水平上，获得药物作用的最直接证据。

基于质谱的蛋白质组学技术原理与优势

蛋白质是生命功能的最终执行者，也是药物作用的最终体现者。通过“蛋白提取-酶解-鉴定”的标准化流程，能够对生物样本中的数千上万种蛋白质进行定性和定量分析，绘制出药物作用前后的蛋白质表达全景图谱。

相较于传统检测方法，基于质谱的蛋白质组学技术在小核酸药物研发中具有多维优势：其一，全景式分析，无需预设目标，可无偏倚地发现药物诱导的“on-target”与“off-target”效应；其二，高灵敏度与定量精准性，能够检测到微弱的蛋白质表达变化，并实现相对或绝对精确定量；其三，机制深度解析，通过蛋白质表达谱、翻译后修饰谱（如磷酸化、乙酰化）的多维度整合，可深入解析药物的分子作用网络。

蛋白质组学：破解小核酸药物研发痛点的“全景解码器”

场景1：肝外靶向递送效率验证

小核酸药物（如siRNA、ASO）需借助递送系统（LNP、GalNAc、偶联物等）将药物分子递送至肝外靶组织（如肿瘤、肺、中枢神经系统、骨骼肌等），并期望在靶细胞内实现目标基因的“沉默”效应。肝外靶向递送效率验证，即通过检测药物作用后靶组织中功能性药效指标，来证明递送系统不仅将药物“送达”，而且真正产生了预期的生物学效应。

目前，研发者通常采用以下方法评估递送效率：

流式细胞术、dPCR：检测药物分子在组织中的分布和浓度（但是仅回答“去了哪里”，无法回答“是否起效”）
RNA-seq、RT-qPCR：检测靶基因mRNA的下调（但是mRNA与蛋白水平存在差异，mRNA下调不代表蛋白下调）
动物模型终点指标：评估肿瘤体积是否缩小、生存期是否延长（最终指标为综合效应的结果，无法直接归因于药物的靶向沉默作用）

值得注意的是，小核酸药物的核心机制是调控蛋白产生，因此评估终点理应是蛋白而非mRNA。而mRNA水平的变化与蛋白水平并不完全一致，仅凭mRNA数据无法确认药物是否真正起效。

利用基于质谱的蛋白质组学，对靶组织进行高深度蛋白表达谱分析，可以绝对定量靶蛋白表达水平，直接证明药物实现了预期沉默效应；检测下游信号通路蛋白（如MAPK、AKT、凋亡通路）以及效应蛋白/生物标志物的变化，确认沉默是否引发预期生物学效应。再将蛋白水平数据与现有的mRNA、组织分布、动物模型数据整合，构建完整的“递送-沉默-功能”证据链，有力支撑递送系统筛选和IND申报。

景杰生物高深度蛋白质组学技术流程

场景2：无抗体下的跨物种靶点定量

在临床前药物研发中，需要定量检测不同动物模型（小鼠、大鼠、犬、食蟹猴）组织或血液中的靶点蛋白（即小核酸药物所沉默的蛋白）表达水平，以建立PK/PD关系、评估药效。传统方法依赖特异性抗体进行ELISA或Western Blot。然而，当针对人类靶点设计的抗体无法识别动物模型中的同源蛋白时（即缺乏跨物种交叉反应性），便陷入了“无抗体可用”的定量困境。

许多热门靶点（如INHBE、PNPLA3、ANGPTL3等）的商业化ELISA试剂盒通常仅适用于人或小鼠，无法用于犬、猴等非临床毒理学研究的核心模型。研发团队被迫自行开发替代方法（如昂贵且耗时的手工配对抗体），或放弃关键模型的PD数据，导致PK/PD关系缺失，影响候选分子筛选和临床剂量推算。

采用PRM（平行反应监测）靶向定量蛋白质组学技术，无需任何抗体，直接通过特征肽段对目标蛋白进行相对或绝对定量。PRM天然跨物种——只要目标蛋白的氨基酸序列在不同物种间保守（或已知差异），即可设计通用肽段，实现人、猴、犬、小鼠的一管定量，完美解决“工具荒”，支撑精准PK/PD研究。

案例分享：

以下案例展示了利用PRM技术进行药物分子的靶点占有率分析——高灵敏度定量（检测下限可达0.8 pg/μg），出色的组内定量平行性，可清晰指导剂量用量（如图所示，KRAS G12C的靶点占有率在30 mg/kg剂量达到平台期）

场景3：脱靶效应早期筛查

小核酸药物的脱靶效应是指候选分子（siRNA/ASO）的序列或化学修饰导致其非预期地结合并调控非目标mRNA或蛋白质，从而引发潜在毒性或非预期生物学效应。脱靶效应主要分为三类：①同源脱靶：序列与非目标基因存在同源性；②miRNA样脱靶：siRNA的种子区通过类似miRNA的机制调控非目标基因；③切割活性脱靶：与非完全互补配对的转录本结合后仍能被AGO2切割。

脱靶效应往往是临床失败的主要原因之一，当前方法主要为：①生物信息学预测（如种子序列匹配），假阳性/假阴性率高；②RNA-seq（检测mRNA表达变化），但只反映转录水平变化，无法反映翻译调控、蛋白稳定性等机制；③器官芯片/细胞模型（体外评估摄取和毒性），可评估细胞水平效应，但无法直接鉴定脱靶靶点。

EMA/FDA在RNA药物非临床研究指导原则中指出，脱靶效应评估是非临床安全性评估的关键点之一，需要结合包括转录组（RNA-seq）、蛋白功能验证及体内模型等多种方法进行全面评估，仅凭mRNA数据不足以全面判定风险。

利用高深度蛋白质组学，在候选分子处理后对细胞或组织样本进行无偏倚的全局蛋白表达谱分析。通过对比给药组与对照组的蛋白表达变化，直接鉴定出非预期下调或上调的蛋白，预警潜在毒性风险。

该方法可与RNA-seq数据整合：RNA-seq用于高通量筛选潜在脱靶mRNA，蛋白质组学则用于验证这些脱靶事件是否真正转化为功能性蛋白变化，结合GO/KEGG富集分析，评估脱靶效应涉及的生物学通路。这为脱靶效应提供了蛋白水平的功能性证据，帮助在早期筛选中剔除高风险分子，降低后期临床失败率。

场景4：关键质量属性（CQA）深度分析

小核酸药物的关键质量属性包括：

传统方法对工艺相关杂质的检测依赖特定化学分析方法（如HPLC），但存在以下局限：

未知杂质无法鉴定：HPLC依赖标准品，无法鉴定未知杂质
LNP组分定量困难：LNP各组分的准确定量缺乏高灵敏度方法
杂质来源难以追溯：无法区分杂质类型和来源，影响工艺优化

图 LNP（脂质纳米颗粒）结构

利用基于质谱的蛋白质组学，对CQA相关的蛋白类杂质进行深度分析：鉴定生产过程中引入的蛋白类杂质（如酶、亲和配基脱落等），包括其种类、来源、含量等。通过追溯杂质来源，可指导上游工艺改进，有效降低杂质水平，保障药物纯度和安全性。

场景5：递送系统优化（蛋白冠分析）

LNP等递送系统进入血液后，会迅速吸附血浆蛋白，形成一层“蛋白冠”。蛋白冠的组成（如载脂蛋白、补体蛋白、免疫球蛋白等）直接影响LNP的靶向性、稳定性、细胞摄取效率和免疫原性。

蛋白冠是LNP体内行为的“决定性外衣”——当LNP进入血液后，其表面吸附的蛋白冠组成直接决定了递送系统的命运。例如，蛋白冠中特定载脂蛋白（如ApoE）可介导LNP与肝细胞表面LDL受体结合，实现主动肝靶向；而补体蛋白或免疫球蛋白的高丰度则会促进免疫系统识别和清除，显著缩短LNP的体内半衰期；此外，特定蛋白冠成分还可介导转胞吞作用，帮助LNP穿越血脑屏障等生理屏障。解析蛋白冠组成，是理解LNP靶向机制、优化递送效率的关键一步。

蛋白冠组成分析服务：分离LNP-蛋白冠复合物后，经蛋白酶解和高深度蛋白质组学鉴定，全面列出蛋白冠组成（载脂蛋白、凝血因子、补体、免疫球蛋白等）。进一步结合糖基化修饰组学分析蛋白冠中糖蛋白的糖型分布，揭示LNP与免疫系统的相互作用机制。基于此指导LNP表面修饰，优化蛋白冠谱，加速递送系统迭代。

未来展望：景杰生物以全场景蛋白质组学矩阵，赋能小核酸药物研发

景杰生物已建立覆盖常规蛋白组、靶向定量蛋白组、热蛋白质组学、高深度血液蛋白质组学、翻译后修饰组学的全流程技术体系，可针对小核酸药物研发各阶段痛点提供定制化解决方案。

无论是助力肝外靶向递送的功能验证，还是解决跨物种定量的“工具荒”；无论是支撑CMC关键质量属性分析，还是赋能临床生物标志物发现，景杰生物都致力于以卓越的蛋白质组学技术，帮助研发者“看见”药物作用的真相，加速小核酸药物的精准研发与临床转化。

景杰生物作为蛋白质组学驱动精准医学领域的领军企业，在行业内率先推出高灵敏度和高准确度的4D蛋白质组学、10X Proteomics、修饰组学技术，相关业务包含：MHC免疫多肽组学检测、PROTAC分子降解图谱分析、药物靶蛋白解析、共价药物靶向半胱氨酸位点分析、靶蛋白相对/绝对定量、生物标志物鉴定、蛋白质组/翻译后修饰组学分析和抗体测序及表达等。截至目前，已与国内外多个大型药企合作，科研项目成果接连见刊于Cell、Nature、Cancer Cell、Cell Research等国际顶尖杂志，涵盖医学、动植物学等各领域。欢迎各位老师前来咨询！

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