안티센스올리고뉴클레오타이드(antisense oligonucleotide, ASO)는 문제의 유전자 엑손(exon)을 연접 조절(splice-modulating) 또는 차폐(knockdown)해 발현되지 못하도록 하는 단순한 원시 초기 단계의 유전자치료제라 할 수 있다.

연접 조절 ASO는 해당 병적 유전자 특정 엑손(exon: DNA 염기 서열 중 단백질의 구성정보를 담고 있는 부분)의 pre-mRNA(미성숙 mRNA)에 결합한다. 이를 통해 문제의 exon을 건너뛰고(skipping) 정상적인 엑손끼리만 연접(Splicing, 문제의 부위를 잘라내고 정상 부분끼리만 연결)함으로써 질병 교정 효과를 노린다. 엑손의 길이는 짧아지지만 문제의 엑손이 사라짐으로써 정상적인 기능을 하는 단백질이 발현돼 질병을 치유하게 된다.  

예컨대 뒤센근이영양증(Duchenne muscular dystrophy, DMD)에 ASO로 승인받은 제품은 2016년 9월에 허가된 사렙타의 ‘엑손디스 51’(Exondys 51, eteplirsen, SRP-5051, 엑손 51 스키핑), 2019년 12월에 승인받은 ‘비욘디스53’(Vyondys 53, golodirsen, SRP-4053, 엑손 53 스키핑), 2021년 2월에 승인받은 ‘아몬디스 45’(Amondys 45, casimersen, SRP-4045, 엑손 45 스키핑) 등이 있다. 이들 3가지 치료제로 전체 DMD 환자의 약 30%를 커버할 수 있다. 하지만 다른 유형의 유전자 변이에는 통하지 않는다. 

일본 니폰신야쿠(Nippon Shinyaku 일본신약)의 자회사 NS파마(NS Pharma)가 개발한 ‘빌텝소’(Viltepso, 성분명 빌톨라센 viltolarsen)는 2020년 8월 12일, 엑손 53 스키핑 용도로 FDA 승인받았다. 빌텝소는 비욘디스 53의 라이벌 제품이다.

ASO는 DNA가 아닌 RNA(exon의 pre-mRNA)와만 접촉하기 때문에 일반적으로 유전자치료로 간주되지 않는다. 하지만 넓게 보아 유전자치료제로 쳐주기도 한다. 

ASO의 연장선 상에서 RNA간섭(RNA interference, RNAi) 치료제란 게 있다. RNA간섭은 화학적으로 합성된 이중나선 물질인 소간섭RNA(small interfering RNA, siRNA)를 넣어 질병 유발에 관여하는 mRNA(messenger RNA)와 결합시킴으로써 이들 결합체가 작은 단위로 썰어져 자가분해되는 과정을 거치게 해 병적 단백질 합성을 초기에 원천 차단하는 현상이다. mRNA의 악영향을 siRNA로 상쇄하는 게 RNA간섭 치료제다. 

ASO가 특정 pre-mRNA와 결합해 유전작용을 방해하는 것에 비해, siRNA는 특정 효소의 도움을 받아 mRNA를 분해시킨다는 점이 다르다.  

ASO와 RNAi의 개념은 올해 기준으로 발견된 지 각각 45년, 25년이 됐다. 2023년 10월 기준으로 9종의 ASO, 5종의 siRNA 치료제가 승인됐다. 

ASO는 분해되는 4종과 연접조절 개념으로 작용하는 SSO(splice shifting oligonucleotides) 5종이 승인됐다. 

ASO는 15~25개의 염기서열로 구성돼 있다. 분자량이 상당해 전신 투여 시 혈액뇌장벽(BBB)을 통과하지 못한다. 일반적으로 정맥주사로 전신 투여하지만, BBB를 통과하기 어려울 경우 척수강내 투여를 통해 뇌척수액으로 확산시키는 방법을 쓰기도 한다. ASO는 표적을 제대로 못 맞추거나(Off-target), 과량 투여되면 음이온 효과(polyanion effect), 항상성 교란, 면역조절 변화, 조직 축적 등의 부작용을 초래할 수 있다. 

ASO는 아몬디스 45의 경우 매주 1회 투여한다. ASO의 혈액내 반감기는 0.53~0.83시간이고, 전신내 반감기는 35~50시간이기 때문이다. 따라서 단회 투여하는 유전자 치료에 비해 훨씬 번거롭다. siRNA의 Off-target에 의한 부작용은 ASO보다 더 무차별적이고 훨씬 심한 것으로 알려져 있다. 예컨대 망막내피세포의 파괴를 초래할 수 있는 잠재적 위험을 안고 있다. siRNA 구조를 조금만 바꿔도 부작용 양상이 달라질 정도로 민감하다. 

FDA가 승인한 5종의 siRNA 치료제는 다음과 같다.

출처 : https://www.nature.com/articles/s12276-023-00998-y/tables/1