1.3 核糖核酸与生命调控及健康领域的技术重点

在Derwent Innovation专利数据库中检索，专利申请年限定为2016—2020年，共获得19899件专利，本节对这些专利进行分析。

1.3.1 发展概况

1.3.1.1 年度发展趋势

2016—2020年，RNA领域的专利申请数量小幅增长，专利公开数量稳步增长（见图1.5）。

1.3.1.2 国家分析

从专利申请人所在国家看，2016—2020年RNA领域拥有专利量较多的国家包括美国、中国、韩国、日本、德国、瑞士、英国、法国、荷兰、澳大利亚（见图1.6），其中美国、中国两国的专利数量占全球的比例分别是37.45%、33.11%。

1.3.1.3 专利权人分析

2016—2020年，RNA领域专利数量排名前3位的专利权人分别是Ionis制药公司、Arrowhead制药公司、Modernatx公司，专利数量分别是347件、328件和316件。专利数量排名前10位的专利权人中，6个是制药公司，4个是大学（见图1.7）。

中国重要专利权人包括浙江大学、中南大学、北京泱深生物信息技术有限公司、中山大学等（见图1.8）。

1.3.2 专利技术重点

从IPC分类号角度看，目前RNA领域重要的技术类别包括新型RNA的发现并申请专利（如核酸序列），对RNA进行修饰形成新用途，含有RNA的基因治疗药物开发，RNA用作药物成分用于治疗肿瘤、遗传病等疾病。2016—2020年RNA领域专利数量排名前10位的专利技术代码如表1.7所示。

利用Derwent Innovation数据库的ThemeScape功能分析获得RNA领域专利技术重点（见图1.9），包括以下4种。

1.3.2.1 三大核心技术的开发与改进

1.RNA干扰技术应用及改进

RNA干扰（RNAi）或转录后基因沉默是对双链RNA的保守生物学反应，介导了对内源性寄生虫和外源性致病性核酸的抗性，并调节蛋白质编码基因的表达。这种用于序列特异性基因沉默的机制有望彻底改变实验生物学，并且在功能基因组学、疾病治疗干预、农业和其他领域中具有重要的实际应用。

近年来，RNAi技术的改进主要体现在RNAi中双链、单链及反义链的改进；RNAi药物新型载体构建；RNAi药物开发，如将其应用于肿瘤、病毒感染性疾病的治疗等。

1）RNAi中双链、单链及反义链的改进

能够抑制靶基因表达的双链RNAi（dsRNA）双联剂包括一个或多个基团，在一条或两条链中的3个连续核苷酸上的3个相同修饰，特别是在链的裂解位点或附近。专利技术其他方面涉及包含这些适合治疗用途的dsRNA双联剂的药物组合物，以及通过施用这些dsRNA双联剂抑制靶基因表达的方法，如用于治疗各种疾病状况。

2）RNAi药物新型载体构建

例如，不使用体外酶反应进行DNA克隆的方法及相关DNA载体的序列抑制人EDARADD基因表达的shRNA，慢病毒载体及其构建方法；植物RNAi表达载体及其构建方法，如在叶绿体中表达紫杉二烯的重组载体pLD-TS；TNLG5A基因RNAi表达载体的构建方法及其应用等。

3）RNAi药物开发

用RNA干扰技术沉默相关基因，被应用于癌症、心血管疾病、病毒感染性疾病等各类疾病的药物开发。例如，用小干扰RNA（siRNA）作为肿瘤免疫疗法中肿瘤PTN-PTPRZ1通路的靶向干扰应用；siRNA干扰TGM2基因以抑制胶质瘤增殖并制备siRNA用于抑制肿瘤及相关制剂；siRNA沉默小鼠SEPs1（硒蛋白S1）基因；利用RNA干扰抑制KRAS的方法和组合物；肌肉生长抑制素iRNA组合物及其使用方法；设计干扰性RNA靶向心血管疾病，并与糖尿病检测靶标组合，用作冠心病合并糖尿病检测；哈钦森-吉尔福德早老综合征与血管老化相关疾病的治疗；基于代谢组学的致病因子鉴定；GTPase调节剂的开发与应用；抑制纤维粘连或炎性疾病的药物组合物和方法等。

在病毒感染性疾病方面，RNAi被应用于HIV、乙肝病毒（HBV）感染等重大传染病的治疗与干预。例如，含有抗HBV、HIV感染的核酸成分与组合物，含有RNA干扰结构、表达载体、表达载体和核酸成分的混合物，治疗HBV的siRNA组成成分，利用RNAi制备人巨细胞病毒抑制剂等。

2.核酸适配体/纳米载体的开发

核酸适配体是一类具有独特的三维构象的DNA或RNA，可使其与靶分子特异性结合。适配体可以相对容易地进行筛选，可重复制造，可进行编程设计和化学修饰，以用于各种生物医学应用，包括靶向治疗。可对适配体进行化学修饰以抵抗酶促降解或优化其药理行为，从而确保其在生理条件下的化学完整性和生物利用度[124]。

核酸适配体技术的改进，如基于磁分离的HBsAg适配体筛选方法；RNA适配体在胰腺癌细胞治疗和诊断中的应用；人表皮生长因子受体III型突变特异性核酸适配体及其应用；量子点-核酸-适配体-脂质体复合物制备及其应用，将量子点插入脂质体的脂质双层中，并且siRNA形成脂质体并组合为核酸和量子点-siRNA-适体-脂质复合物，可用于诊断癌症和治疗。

在纳米颗粒载体开发方面，如窄吸收聚合物纳米粒子及相关方法；运输Micro-RNA的金属纳米颗粒开发；可同时输送核酸和其他治疗活性成分的阳离子纳米颗粒，具有双重靶向功能的核酸递送纳米系统，等等。

3.RNA介导的基因编辑技术及相关载体改进

RNA介导的基因编辑技术如CRISPR/Cas系统，被用于基因编辑、疾病治疗，如三组分CRISPR/Cas复合体开发及其应用，用CRISPR/Cas系统进行染色体序列的精确删除，激活哺乳动物细胞味觉受体基因；通过同源独立机制在细胞中进行基因组编辑的组合物和方法，特别是在缺乏通过同源依赖机制进行修复所必需的机制的细胞中进行基因组编辑；鞘氨醇分解蛋白提高了细胞中基因编辑的效率；在分化细胞中提高基因组编辑效率的方法；用于高效RNA反式剪接的三螺旋端接器（Triple Helix Terminator）等。

基因编辑中基因组引入载体的开发。例如，使用包含各种内源或外源核酸序列的大靶向载体（Large Targeting Vector，LTVEC）修饰真核细胞、哺乳动物细胞、人细胞或非人哺乳动物细胞中感兴趣的基因组位点；可实现植物多基因编辑的病毒载体及其构建方法；用于基因治疗或转染的组合物及其制备方法和用途；利用细胞内源性DNA修饰酶转移核酸序列的方法等。

1.3.2.2 基础研究相关技术开发

1.新型RNA的检测、鉴定与分析及相关技术

小微RNA检测、识别与鉴定，如基于竞争杂交反应同时检测miRNA序列的比色法；一种电化学检测sRNA的方法；同时检测多个miRNA的荧光方法；磁珠偶联抗体富集与检测样品中miRNA的方法及配套微流控装置；基于纳米金比色法的微小RNA-7a快速检测方法，该方法简便，特异性很强；利用差分脉冲伏安法检测miRNA-21的方法，包括激活电极、通过激活电极检测每种浓度的miRNA-21溶液的电流强度值并计算电流强度值差与浓度之间的线性关系等步骤，该方法能够检测微量的miRNA-21；基于基因通路的癌症相关miRNA识别与鉴定方法等。

mRNA的检测，如检测DACT2基因启动子区CpG岛甲基化的PCR引物、方法和试剂盒，焦磷酸测序检测API2-MALT1 NPM-ALK融合基因及引物和试剂盒，检测PDL-1mRNA基因表达量的方法试剂盒，荧光定量RT-PCR检测TSHR基因mRNA表达试剂盒等。

2.RNA测序技术开发及相关文库形成

新型RNA测序技术开发，如基于基因组学的方法，可鉴定、量化和表征稀有细胞类型；将T细胞受体测序（TCR-seq）和转座酶可及染色质测序（ATAC-seq）相结合，或者将ATAC-seq与扰动测序（Perturb-seq）相结合形成组合方法；近年来尤其重视单细胞RNA测序技术的发展，如组合独特分子条形码（UMI）的液滴等多重单细胞基因表达分析的方法。

3.基于数据/算法的RNA识别、功能与相互作用分析

由于RNA测序技术的发展，产生了海量数据，迫切需要开发和利用相关算法来挖掘这些数据的价值。研究人员已经在这方面进行了探索，利用这些算法和工具来识别、预测RNA的功能及其相互作用。例如，开发了基于模糊k-mer使用率的lncRNA识别方法，有助于从大规模高通量测序数据集中系统、准确地鉴定各物种和各类细胞中的lncRNA；开发了miRNA数据预处理的客户端设备和用于miRNA数据的预处理方法；基于对抗性自编码器的单细胞RNA测序聚类方法，整合了特定生物噪声建模、变异推断和深度聚类建模的优点，该模型可以约束数据结构，并且通过AAE模块执行聚类分析，并在3个真实的scRNA-seq数据集上验证了其性能；开发了基于Illumina转录组测序数据和PeakCalling方法的细菌ncRNA预测方法，可以准确预测细菌基因组中未知的ncRNA，有效弥补实验手段的不足；开发了响应非生物胁迫的lncRNA二级结构功能注释方法，结合生物信息学和植物逆境响应二级结构lncRNA的差异表达分析，有效提高了实验效率、精度和灵活性，降低了实验成本。

1.3.2.3 RNA医学领域的技术开发

RNA研究应用于医学领域的专利技术包括作为治疗药物的靶标，或者肿瘤、糖尿病、炎症与过敏性疾病等各类疾病的诊断、治疗效果与预后生物标志物，或者直接作为治疗药物的活性成分。治疗的疾病主要包括前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌、肺癌等各类癌症、心血管疾病和神经疾病等。

1.作为疾病治疗靶标的新型RNA识别与检测

通过靶向抑制特定基因mRNA表达开发新疗法，如抑制Med23基因、GTPBP4基因、NLRP3的mRNA或蛋白表达；靶向5'mRNA末端的氟磷酸盐类似物制备和应用；通过吗丁酮上调c-fos mRNA及其表达产物的蛋白水平，治疗各种卵巢衰退疾病，如多囊卵巢综合征、功能失调性子宫出血、卵巢早衰或更年期综合征有显著效果；检测与肝癌相关的GRB2基因的mRNA甲基化的试剂盒；通过荧光定量-实时聚合酶链反应（RT-PCR）检测TSHR（甲状腺刺激激素受体）基因mRNA表达的试剂盒及其使用方法；能降低MECP2 mRNA和蛋白质表达的化合物和方法。

有一些miRNA也可以作为疾病治疗靶标。例如，miRNA作为耐药性癌症治疗的靶序列，涉及靶向FGD4的治疗癌症的组合物和方法；新组合物涉及靶向某些miRNA序列的给药；通过上调和释放miRNA144/451的癌症治疗新方法，可减少恶性细胞生长和扩散等。

2.RNA作为活性成分治疗癌症和心血管疾病等

在心血管疾病方面，如piRNA-5938及其反义核酸可应用于缺血性心脏病的诊断、预防、治疗和预后评价中；miRNA-328a-3p可用作修复血管损伤和调控血管生长药物的成分；给予miRNA（miR）-29a-c表达或功能的激动剂可用于治疗心脏纤维化、心脏肥大或心力衰竭患者等。

在恶性肿瘤方面，RNA用于治疗乳腺癌、胰腺癌、肺癌等。例如，新的miRNA-143衍生物可用于治疗癌症、心血管疾病和神经退行性疾病；片段化的半胱氨酰-tRNA合成酶肽具有抗癌活性和免疫功能增强活性，可用作抗癌疫苗佐剂或组合物，治疗各种癌症。

3.RNA作为疾病诊断、治疗和预后生物标志物

RNA作为疾病诊断、治疗和预后生物标志物，可发挥辅助作用。应用miRNA诊断子宫内膜腔畸形子宫平滑肌瘤，使用非编码RNA筛选癌症的试剂盒开发。

1）lncRNA作为疾病诊断与检测生物标志物

近年来，越来越多的lncRNA被发现、验证可作为疾病诊断与检测生物标志物，如lncRNA Linc01296用作恶性黑色素瘤早期诊断的标志物，具有高特异性和灵敏度；lncRNA DANCR可用作诊断和治疗膀胱癌的分子标记；用于抑郁症诊断的lncRNA标志物由8个lncRNA组成，并由这8个lncRNA开发成8种探针，首次提供了用于抑郁症的生物标志物和用于评估抗精神病药的疗效的生物标志物，经临床验证，lncRNA的特异性和敏感性较高，诊断参考价值较高。生物标志物KLHL 35可用于阿尔茨海默病的诊断和个性化治疗。另外，还有少量的核酸分子用作制备骨科疾病的诊断产品等。

2）miRNA用作疾病检测、诊断、治疗与预后生物标志物

miRNA被广泛用作疾病的检测诊断、治疗与预后生物标志物。例如，胆囊癌血浆外泌体miRNA标志物，包括在胆囊癌血浆外泌体中表达增加的miR-552-3p、miR-581和miR-4433a-3p，以及在胆囊癌中表达降低的miR-496和miR-203b-3p血浆外泌体，该检测方法可以用于增强对胆囊癌诊断的特异性和敏感性；mir-5010应用于骨肉瘤诊断和治疗、青少年特发性脊柱侧凸相关分子标记；用于miRNA-PA化合物制备治疗慢性疼痛药物的诊断标志物；基于Notch介导的生物标志物基因表达谱预测治疗反应的方法；循环miRNA作为抗TNF-α治疗类风湿关节炎患者疗效的生物标志物；miR-29作为克罗恩症治疗的生物标志物；心血管疾病治疗风险生物标志物和乳腺癌预后生物标志物；EB病毒编码miRNA BART6-3P在鼻咽癌预后中的应用。另外，还有胃癌、食道癌的检测生物标志物等。

4.基因修饰的抗肿瘤嵌合抗原受体开发

近年来，基因修饰的抗肿瘤嵌合抗原受体被开发较多。例如，B细胞成熟抗原（BCMA）专用的嵌合抗原受体；通用的靶向CD19抗原嵌合受体T细胞的制备及应用；靶向CD19抗原的转基因T细胞及其制备方法；miRNA-155和DC-CIK细胞培养抑制剂；靶向NY-ESO-1的基因修饰的免疫细胞及其使用方法；利用mRNA构建初免-增强免疫方案等。

5.替代芳基、烷基类化合物的核酸新药开发

例如，替代芳基甲基脲和异芳基甲基脲的组合物，可用于治疗或预防乙型肝炎病毒（HBV）感染；替代吡咯并吡咯酮和替嘌呤的组合物及其作为泛素特异性蛋白酶1（USP1）抑制剂的核苷化合物及其盐类，可以用作催化血管内皮生长因子受体2的mRNA裂解的脱氧核酶，或与人促红细胞生成素相容的适配体；替代吡咯嗪化合物的组合物，可抑制HBV复制等。

6.新型寡核苷酸药物开发

例如，新的反义寡核苷酸能够与含碱基区域的pre-mRNA序列杂交，并抑制用于预防或治疗糖原贮积病Ia型的特异性变体的pre-mRNA的异常剪接；降低ATXN3表达的寡聚化合物与药物组合物，对于预防或改善神经退行性疾病的至少一种症状有用。用于调节FNDC3B表达的寡核苷酸，涉及能够调节靶细胞中FNDC3B表达的反义寡核苷酸，寡核苷酸与FNDC3B pre-mRNA或mRNA杂交，可用于治疗癌症，如肝细胞癌或急性髓性白血病；可在PDCD1基因表达的剪接水平上抑制PD-1信号的反义寡核苷酸及其筛选方法，能够在PDCD1基因表达的mRNA前体剪接水平上抑制PD-1信号通路，该反义寡核苷酸可用作抗癌药物；WILSON病的寡核苷酸治疗成分开发等。

7.利用RNA调节干细胞分化

新的RNA包括开放阅读框编码可重编程因子，调节干细胞分化；在体外用Let7i miRNA等调节干细胞分化，生成心肌细胞；用与SH2B3 mRNA杂交的miRNA、siRNA、短发夹RNA（short hairpin RNA）和双链RNA来调节SH2B3，以改善干细胞和/或祖细胞生产血红细胞；靶向靶基因mRNA诱导干细胞分化成神经元，为干细胞移植治疗神经退行性疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病和脑缺血性损伤的临床治疗应用奠定基础，应用前景广阔。

8.药物输送系统及相关方法开发

RNA药物输送系统的开发，如谷氨酸-TPGS共聚物的制备及其在靶向给药中的应用、硒纳米复合材料开发、靶向纳米基因给药系统及其制备方法和应用、阳离子聚合物基因载体及其制备方法和应用、阳离子丝素蛋白/基因复合物及其制备方法和应用、阿霉素与基因药物共转运纳米载药系统及其制备方法等。

9.通过RNA调控提高抗病能力

已有一些技术能通过RNA来调控机体抗病能力，实现疾病预防。例如，对免疫力低下的疾病易感人群进行RNA表达谱分析，检测其替代剪接突变异常水平，这是易感性和/或抗病能力的指标；用于修饰miRNA表达的组合物和方法，利用miRNA实现编码多种维生素的基因的有益调控，改进营养，提高免疫力。

10.用RNA开发功能性化妆品

研究人员开发了含有nephrin抑制剂的组合物，可促进药物或化妆品组合物的皮肤渗透和吸收；利用薄荷（Mentha Piperita）提取物作为有效成分，调节miRNA106b表达，开发抑制紫外线照射引起的细胞衰老抑制剂；通过降低黑素细胞活性和黑色素产生总量，降低MITF转录因子mRNA、酪氨酸酶mRNA活性，开发美白功效的化妆品；包含核糖核酸和五味子提取物的化妆品组合物，通过增强抗衰老活性和增白活性的miRNA的稳定性来使其发挥最大作用等。

1.3.2.4 RNA农业领域的技术开发

1.利用RNA技术培育植物、动物新品种，改进产量和抗病性能

利用RNA介导的基因编辑技术、RNAi技术等培育植物新品种，提高产量（如水果产量）和提高抗逆性（如抗旱）等。例如，利用miRNA和RNAi技术提高水稻产量和抗性；利用TALE-核酸酶诱导突变，开发耐黑痣病的马铃薯品种；用SpRY-Cas9系统制备CD163基因编辑猪；基于miRNA的虾蟹卵巢发育启动子，利用miRNA促进虾和蟹的卵巢发育。

2.抗击动植物病害，制备生物农药

用RNAi抗击动植物病害，如防治烟草毛虫的生物农药制剂及其制备方法；用RNAi抑制KrppEL基因，进而抑制鞘翅目害虫；利用RAB5核酸分子对抗鞘翅目和半翅目害虫的抗性，通过RNA干扰介导的抑制靶标编码和转录的非编码RNA来控制鞘翅目害虫，生产抗虫转基因植物；亲本RNAi抑制染色质重塑基因控制鞘翅目害虫；利用SPT6核酸分子防治害虫，生产转基因植物；人工设计合成miRNA分子及其蚜虫防治效果；通过核酸定点替换获得抗草甘膦水稻的方法；开发节肢动物寄生虫和虫害控制的组合物和方法；用dsRNA减轻铁锈菌致病性；用dsRNA制作杀虫剂等。