siRNAの化学修飾：安定性・特異性・免疫回避をどう設計するか

では、配列が決まった後に何をするのか。糖の2'位を変え、骨格の末端を固め、シード領域の対合を緩め、二本鎖を役割ごとに作り分け、GalNAc核酸医薬を肝臓の細胞へ届けるために結合させる糖のリガンドです。肝細胞表面の受容体に結びつき、薬物の取り込みを高めます。詳しく →で肝細胞まで送り届ける——本稿はその手当てを、実際の設計が進む順序でたどります。出発点は「なぜ天然のままでは壊れるのか」という問いです。その答えを手がかりに、修飾が積み重なっていく過程を追い、最後に承認品でその蓄積がどう形になっているかを見ます。

出発点：未修飾のsiRNAが直面する三つの壁

配列設計を終えたチームが次に直面するのは、分子を「薬として成り立たせる」という別次元の問題です。天然のsiRNAを投与すると、大きく三つの壁に同時に阻まれます。それぞれを理解しておくことが、以降の修飾選択の根拠になります。

体内には、一本鎖・二本鎖のRNAを端から、あるいは内部から切断する多様なヌクレアーゼ核酸を分解する酵素です。製造では培養由来の残存DNA/RNAを分解・除去して製品の純度を高める目的で使い、ベンゾナーゼが代表例です。詳しく →が存在します。未修飾のRNAはこれらに対してほぼ無防備で、標的組織に届く前に大半が分解されてしまいます。薬として成り立たせるには、まず「壊れにくさ」の確保が出発点です。

同時に、外来のRNAは自然免疫にとって「感染のサイン」でもあります。エンドソーム内のToll様受容体エンドソーム内でRNAを見張るToll様受容体群で、TLR3・7・8がRNAに反応する。（二本鎖RNAを認識するTLR3、一本鎖RNAを認識するTLR7/8など）や細胞質のRNAセンサーは、特定の配列や二本鎖構造を手がかりに外来RNAを感知し、インターフェロンや炎症性サイトカイン細胞が放出する免疫の情報伝達物質。細胞治療では効果と安全性のリードアウトになる。の産生を引き起こします。治療を目的とした投与では、この反応は避けるべき副作用です。

そしてRNAi（RNA干渉）の仕組みそのものに由来する課題が、オフターゲットです。siRNAはRISC（RNA誘導サイレンシング抗体のエフェクター機能をあえて弱める設計。L234A/L235A（LALA）などの変異が用いられる。複合体）に取り込まれて働きますが、ガイド鎖の一部分だけが標的と一致しても、まるでマイクロRNAのように無関係な遺伝子を抑えてしまうことがあります。ヌクレアーゼ分解・自然免疫病原体を素早く感知して働く生体防御の仕組み。dsRNAをウイルスの痕跡とみなし炎症反応を起こします。の刺激・オフターゲット——この三つを一つずつ、以下の手順でほどいていきます。

まず糖を守る：2'-OMeと2'-Fを配置する

最初に手をつけるのは、分解の足がかりになる糖の2'位です。RNAとDNAの化学的な違いは、糖の2'位に水酸基（2'-OH）があるかどうかにあります。この2'-OHはRNAの反応性の高さの源であり、多くのヌクレアーゼが切断の足がかりにする部位でもあります。ここを別の基で覆えば、酵素が近づきにくくなり、分解耐性が生まれます。

置き換えの代表が、2'-O-メチル核酸の糖2'位に施す化学修飾。安定性や免疫原性の調整に用いる。（2'-OMe核酸の糖の2'位に施す化学修飾。標的との結合親和性とヌクレアーゼ耐性を高める。）と2'-フルオロ（2'-F核酸の糖の2'位に施す化学修飾。標的との結合親和性とヌクレアーゼ耐性を高める。）です。2'-OMeは2'-OHの水素をメチル基に置き換えたもので、ヌクレアーゼ耐性を高めつつ二本鎖の安定性にも寄与します。加えて、2'-OMeを適切に配置すると、TLRを介した自然免疫の感知を弱められることが知られており、免疫回避の観点でも重要な役割を担います。一方、2'-Fは水酸基をフッ素に置き換えたもので、標的との結合力（親和性）を保ちやすく、RISCsiRNAが取り込まれ、標的mRNAを切断するタンパク質複合体。中心でAgo2が働く。内での働きとも相性が良い修飾です。

ここで大事なのは、この二つを一箇所に固めるのではなく、鎖の位置ごとに使い分けることです。RISCが標的を切る中心付近では活性を損なわない配置を選び、分解を受けやすい末端側は手厚く守る——位置ごとの役割を見ながらパターンを組んでいくのが基本になります。

次に末端を固める：ホスホロチオエート(PS)

糖を守ったら、今度は端から削られる経路をふさぎます。ヌクレオチド同士をつなぐリン酸ジエステル結合は、エキソヌクレアーゼDNAを端から削る分解酵素。閉端DNAは耐性を持つため、開放端の不純物を選択的に除くのに使える。（末端から削る酵素）にとって格好の標的です。この結合中の非架橋酸素の一つを硫黄に置き換えたのが、ホスホロチオエート骨格の酸素をイオウに置き換えた結合で、ヌクレアーゼ耐性を高める狙いがある。（phosphorothioate、PS）結合です。PS化するとその結合は酵素に切られにくくなり、とりわけ鎖の両端に数箇所入れることで、末端からの削り取りを効果的に食い止められます。

PS修飾は分解耐性だけでなく、タンパク質との相互作用を通じて細胞への取り込みや組織滞留にも影響します。ただし入れすぎると毒性や非特異的なタンパク結合につながりうるため、糖修飾と同様に「必要な箇所に必要なだけ」が原則です。多くの設計では、各鎖の5'末端・3'末端の数結合に限ってPSを配置します。

ここまでの2'-OMe・2'-F・末端PSを組み合わせた設計思想は、後述する承認品にも共通して見られ、Enhanced Stabilization Chemistry（ESC2'-OMeと2'-Fで糖の2'位をほぼ全面修飾し、末端近くにPS結合を配する安定化設計。）と呼ばれる考え方として体系化されてきました。安定化の土台がここで一段落し、次は特異性分析法において、共存する不純物・分解物・添加剤などが存在しても目的成分だけを正確に測定できる能力。の作り込みに移ります。

特異性を作り込む：シード領域のオフターゲットを抑える

安定になった分子でも、狙わない遺伝子を巻き込んでは薬になりません。ここからは特異性の設計です。siRNAのオフターゲット意図した標的以外の似た配列に結合・作用してしまうこと。核酸医薬の毒性や副作用の一因。には、大きく二つの経路があります。ひとつは前述した自然免疫の刺激。もうひとつが、RNAi二本鎖RNAが配列特異的に標的mRNAを分解する仕組み。siRNAの作用機構の基盤。機構そのものに由来する、配列部分一致による意図しないサイレンシングです。後者の鍵を握るのが、ガイド鎖（アンチセンス鎖）の5'側から数えて2〜8番目にあたるシード領域です。

この短い領域だけが標的外のmRNA（多くはその3'非翻訳領域mRNAの終止コドンより3′側に位置する非翻訳領域で、mRNAの安定性や翻訳調節に関与する。）と相補的に対合すると、マイクロRNAに似た形で、狙っていない遺伝子の発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。まで抑えてしまいます。高用量になるほどこの現象は起きやすく、肝毒性などの安全域を狭める要因になります。

対策として近年広く使われるのが、シード領域に熱的に不安定化する修飾を一つ入れて、部分一致による対合を起きにくくするアプローチです。代表例がグリコール核酸（GNA、glycol nucleic acid）を用いる方法で、これをESCに組み合わせたものはESC+と呼ばれます。査読論文では、ガイド鎖のシード領域（6〜7番目付近）に、配列に応じてGNAを一つ導入することで、標的への活性を保ったままオフターゲット由来の肝毒性を大きく減らせたと報告されています（Schlegel et al., Nucleic Acids Research, 2022, PMID: 35736224）。「シードだけを狙って、狙わない対合を選択的に弱める」——そこが発想の要点です。

二本鎖を作り分ける：どちらの鎖をRISCに載せるか

シード領域の手当てと並んで、この段階でもう一つ決めるのが、二本鎖のうちどちらを働かせるかです。siRNAは二本鎖で投与されますが、実際に標的認識を担うのは片方のアンチセンス鎖（ガイド鎖）です。もう一方のセンス鎖（パッセンジャー鎖）は、本来なら役目を終えて外れるべき鎖です。これがガイド鎖として誤ってRISCに取り込まれると、それ自体が新たなオフターゲット源になります。

そこで設計では、どちらの鎖がRISCに選ばれるか（鎖選択）を修飾で誘導します。一般に、末端の熱力学的な安定性が低い側の5'末端の鎖がガイドに選ばれやすいため、末端の安定性を左右する修飾でこのバランスを傾け、アンチセンス鎖が優先されるようにします。加えてセンス鎖の側には、RISCに乗りにくくする、あるいは早く分解されるような修飾配置を選ぶことで、パッセンジャー由来のオフターゲットを抑えます。二本鎖を対称にではなく、役割に応じて作り分けるのがポイントです。

最後に送り届ける：GalNAc抱合と本体修飾の補完関係

安定化と特異性を作り込んだら、残る仕事は肝細胞へ届けることです。肝臓を標的とする現行のsiRNA医薬の多くは、N-アセチルガラクトサミン（GalNAc）を複数個まとめて結合させています。GalNAcは肝細胞の表面にあるアシアロ糖タンパク質受容体（ASGPR）肝細胞表面に多く発現する受容体。GalNAcが結合し、核酸を肝細胞へ取り込ませる入口になる。に強く結合し、siRNAを肝細胞内へ効率よく取り込ませる「宛名ラベル」として働きます。これにより、脂質ナノ粒子（LNP）のような大きな運び手を使わず、皮下注皮膚の下に注射する投与経路。一度に入れられる液量が小さく、抗体の高濃度化が求められる。射で肝臓へ送達ゲノム編集ツールや核酸医薬などを標的細胞・組織まで安全かつ効率よく運ぶための技術・方法論の総称。できるようになりました。

ただしGalNAc抱合核酸医薬に糖を付け、肝細胞へ能動的に取り込ませる修飾。は「届ける」役割であって、「壊れない・免疫を刺激しない・狙いを外さない」性質は、あくまでここまで積み上げてきたsiRNA本体の化学修飾が担います。裸に近いsiRNAをそのままGalNAcで送っても、細胞に届く前後で分解されたり免疫を刺激したりしては意味がない。送達（GalNAc）と本体の安定化・特異性（2'修飾核酸の糖の2'位に施す化学修飾。標的との結合親和性とヌクレアーゼ耐性を高める。・PS・シード設計）は、どちらか一方では完結しない補完関係です。この組み合わせが成熟したことが、皮下投与で数か月に一度という利便性の高い投与間隔を可能にした背景になります。なお、初期に承認された品目では、GalNAcではなくLNPmRNAなどを包んで細胞へ届ける脂質の微粒子。全身投与では肝細胞に取り込まれやすい。で肝臓へ送達する方式が採られていました。

積み上げの到達点：承認siRNAに見る修飾パターン

ここまでたどった一連の手当ては、実際に承認された品目のなかで一つの設計言語として結晶しています。その言語は、世代を追って確実に濃くなってきました。

米国では複数のsiRNA医薬がすでに承認されています。最初のパチシラン（patisiran、ONPATTRO、2018年承認）は、遺伝性トランスサイレチン型アミロイドーシスを対象とし、LNPによる肝送達（点滴静注）と、2'-OMeを中心とした比較的控えめな修飾を組み合わせた設計でした。

その後に登場したギボシラン（givosiran）、ルマシラン（lumasiran）、インクリシラン（inclisiran）、ブトリシラン（vutrisiran）、ネドシラン（nedosiran）は、いずれもGalNAc抱合による皮下投与型で、2'-OMe・2'-Fを鎖全体にわたって細かく配置し、末端にPSを入れた、より作り込まれた修飾パターンを採っています。ブトリシランなど新しい世代では、シード領域のオフターゲットを抑える設計思想も取り入れられています。2025年には、凝固阻害因子であるアンチトロンビン（SERPINC1）を標的とするフィツシラン（fitusiran、QFITLIA）も承認され、対象疾患の幅が広がりました（Alnylam プレスリリース, 2025）。

流れとしては、LNP＋控えめな修飾から、GalNAc＋高度に作り込んだ修飾へ、そしてオフターゲットをより積極的に抑える方向へと進んできた、と整理できます。個々の配列や修飾位置は品目ごとの機密性も高いため、本稿では各承認品の正確な修飾位置の全図までは踏み込みませんが、設計の「共通言語」は上のとおり収束しつつあります。抗体やADC、mRNA-LNP試験管内転写（IVT）でmRNAを作り、脂質ナノ粒子（LNP）に封入して製剤化する一連の工程です。詳しく →と違って、siRNAでは分子そのものへの化学修飾が薬効・安全性・薬物動態のすべてを直接規定する——だからこそ、ここまで見てきた一段ずつの手当てが、そのまま薬の性能を決めていくのが、このモダリティ抗体・低分子・核酸・細胞治療など、医薬品の種類・創薬手法の区分。の大きな特徴です。

参考文献

• Schlegel MK, et al. "From bench to bedside: Improving the clinical safety of GalNAc–siRNA conjugates using seed-pairing destabilization." Nucleic Acids Research, 2022. PMID: 35736224
• Setten RL, Rossi JJ, Han SP. "The current state and future directions of RNAi-based therapeutics." Nature Reviews Drug Discovery, 2019. PMID: 30846871
• Hu B, et al. "Therapeutic siRNA: state of the art." Signal Transduction and Targeted Therapy, 2020. PMID: 32561705
• Egli M, Manoharan M. "Chemistry, structure and function of approved oligonucleotide therapeutics." Nucleic Acids Research, 2023. PMID: 36881759
• U.S. Food and Drug Administration. ONPATTRO (patisiran) 添付文書・承認情報（NDA 210922）. Drugs@FDA 添付文書PDF
• Alnylam Pharmaceuticals. "FDA Approves Qfitlia (fitusiran)." プレスリリース, 2025. 投資家向けリリース