RNAi生物农药拟在美国首登

       2023年9月29日，美国环境保护署（US EPA）拟建议批准全球首款基于外源喷洒型的RNA干扰（RNAi）生物农药ledprona，作为特殊类型的新有效成分，其有效期为3年。目前ledprona已进入为期15天的公众评议，公众评议截止期至2023年10月14日。

（来源：US EPA） 

RNAi生物农药的作用机理

       Ledprona为美国GreenLight Bioscience公司开发的RNAi生物农药有效成分，对应的产品商品名为“Calantha™”。Calantha™含有规格浓度为0.8%双链RNA（double-strand RNA），“ledprona”作为新型有效成分，用于防治科罗拉多马铃薯甲虫（Colorado Potato Beetle, CPB；学名：Leptinotarsa decemlineata）。与其他RNAi生物农药类似，该产品的作用机理是通过dsRNA激活RNA干扰机制来诱导昆虫的死亡，其中dsRNA靶向的mRNA序列为科罗拉多马铃薯甲虫蛋白酶亚基Beta type-5（Colorado Potato Beetle Proteasome subunit beta type-5, PSMB5），若含有该dsRNA的杀虫剂在田间作物叶面喷洒后，CPB幼虫或成虫经口摄入含此dsRNA的作物，摄入的dsRNA会激活RNA干扰机制，然后引起对应mRNA的降解，从而在转录水平上进一步影响后续对PSMB5蛋白的表达下调。由于PSMB5在甲虫中属于关键的管家基因（housekeeping gene），负责调控CPB中蛋白的准确折叠，所以PSMB5的表达下调最终会导致CPB的死亡。

RNAi作用机理：在动物和植物中的基因沉默的差异性

(来源：Retrovirology, 2006, 3: 1-11) 

喷洒型RNAi生物农药符合农药定义

       构成ledprona的dsRNA并未经任何化学修饰，其与天然存在的相应dsRNA本质上是一种物质，且该dsRNA产生杀虫活性所诱导的RNA干扰现象在真核生物中普遍存在。

       US EPA早在2015年就已批准登记了首款基于dsRNA的植物嵌入式农药（Plant-incorporated protectant, PIP，即转基因植物农药）DvSnf7（由拜耳/孟山都开发），该PIP用于防治西方玉米根虫（western corn rootworm），其原理是通过基因工程手段能够让作物体内自行生产具有杀虫活性的dsRNA。但ledprona与DvSnf7不同，US EPA明确认为，ledprona应归类为喷洒型杀虫制剂的范畴，并应按照农药的登记要求来产生数据资料，并进行评估。

RNAi生物农药的安全性评估要点与难点

       在明确RNAi生物农药的农药定义后，GreenLight与US EPA商议后确定，以美国生物化学农药的数据要求为基础，再在此基础上根据RNAi生物农药的特点来调整ledprona登记所需的数据要求。

       （1）健康毒理

       在健康毒理方面，由于已有众多的研究表明未经化学修饰的dsRNA不易穿透生物屏障（如皮肤、肠道等），且dsRNA在体内易降解，因此dsRNA不太可能被人体吸收并产生系统毒性，因此US EPA同意GreenLight豁免了亚急/亚慢、生殖发育、致癌性、遗传毒性等绝大多数健康毒理试验资料，而在健康毒理方面数据资料的主要构成为急性6项毒性试验，主要目的是用以确定有效成分和制剂产品的危害分类。其余的试验资料均为非常规资料或公开来源的文献资料，这些目的是进一步验证dsRNA不易透过生物屏障、易在人体内降解、不易在人体内产生脱靶效应（基于生物信息学分析）以及不易产生免疫原性^注。

       （2）生态毒理

       在生态毒理方面，由于ledprona靶向的为节肢动物科罗拉多马铃薯甲虫，因此US EPA同意GreenLight将生态毒理的评估重点放在对节肢动物以及类似的环节动物（如蚯蚓）。由于RNAi生物农药具有防治谱窄的特点，整体对这些动物的生态毒理评估分为非特异性毒性和特异性毒性两个方面。

       在非特异性毒性方面，主要的作用机理是由于外源dsRNA在这些生物体内过载或引起免疫毒性所引起的，对ledprona非特异性毒性的评估方面主要采用了美国农药法规中常规的模式动物。

       在特异性毒性方面，由于RNAi生物农药防治谱窄，主要需要明确ledprona对所防治的科罗拉多马铃薯甲虫的近缘种是否会产生显著的毒性效应，GreenLight首先采用了生物信息学的技术进行对靶向的基因进行序列匹配，然后再根据序列的相似程度对能获取开展试验的甲虫进一步验证了ledprona对它们的生物活性。

       除此之外，由于美国《濒危物种保护法》的需要，GreenLight也根据US EPA的要求对使用地区所列入的濒危物种的潜在危害进行了充分评估。

       （3）环境归趋

       GreenLight也开展了两项非同位素标记的环境归趋试验，根据此项数据并结合了公开来源的文献资料，综合表明ledprona这一dsRNA有效成分在环境介质中的半衰期较短且易降解为低风险物质。在这些试验中，为了对环境介质中的有效成分进行准确的检测，也采用了新型的核酸检测方法。

       （4）风险评估

       最后，基于已有的健康毒理和生态毒理，US EPA通过暴露评估和风险评估确认了ledprona膳食风险、饮用水暴露风险、非职业或居民健康风险、累积效应风险、人群风险和环境风险均可接受。Ledprona对施药人员也不存在相应风险，但建议佩戴相应的个人防护措施（PPE）。除此之外，由于毒性和暴露量均较低，因此可以豁免对ledprona的残留限量要求。

RNAi生物农药是“十四·五”期间的优先发展品种，中国亟待商业化

       作为一种安全、绿色、高效且易降解的新型生物农药，RNAi生物农药目前已列入《“十四·五”全国农药产业发展规划》，并确定为优先发展的农药品种。作为一种跨时代的技术，采用RNAi技术的这一生物农药防治谱极窄、研发周期较快，符合绿色农药的定义。RNAi生物农药将大大增强我国病害防治的手段，为保障粮食安全、农产品质量安全、生态环境安全发挥重要作用。

       现阶段，我国已有多家企业同步跟进RNAi生物农药的研发，在病虫害靶标开发与机理研究、大规模工业生产（如合成生物学技术）、递送系统（如纳米技术）等均有重大进展，对于RNAi生物农药的发展亟需进一步的政策引导来推进中国的商业化。

RNAi农药的生产与应用

（来源: Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, 9: 753790.）

       注：作为外源生物大分子如蛋白、核酸等，若通过生物屏障进入人体内易产生免疫原性，因此生物大分子的免疫毒性是医药非临床毒理研究中关注的重点。但不同于生物医药大分子，较为充分的证据表明，未经修饰和未利用有效递送系统的生物大分子（如RNAi生物农药）不太可能进入人体内，因此对人体产生免疫毒性的可能性较低。对此，GreenLight采用了工厂调查的方式来研究RNAi生物农药生产工人是否由于暴露潜在的dsRNA而产生超敏反应，间接地来支持RNAi生物农药不易产生免疫毒性。