最新Nature發布RNA干擾技術專題

日期：2010-04-26 16:56:38

小RNA個頭雖小但卻是重量級的角色，從發現了原核生物的RNA沉默系統，到發現新類型的小分子RNA，從2006年諾貝爾醫學/生理學獎花落RNA干擾，到世界首例RNAi臨床實驗初獲成功，小分子RNA在生命科學界占據了穩穩的位置。

這一在1998年由Fire首次發現并命名轉錄后水平的基因靜默技術經過二十年的發展，取得了巨大進展，除了被《Science》雜志評為2002年的十大科學成就之首，在技術上突破，RNAi技術在治療方面也具有巨大的潛力，據稱這一技術在抗腫瘤藥物開發領域就具有100億美元市場。

最近兩年，microRNA已經從基礎研究迅速轉化至臨床研究，成為轉化醫學研究的一個杰出范例。它不僅在腫瘤、心血管、免疫、炎癥、感染、退行性等疾病中占有十分重要的地位，成為這些疾病發病和篩查的標記分子；而且還可以作為新藥發現、防治疑難重癥的靶分子，并已取得十分可喜的進展。

目前，約5000種已經被鑒定的microRNA在開展新藥的研發工作，應用于廣闊的領域。比如說，來自Eastern Virginia醫學院的科學家正在研究microRNA對發育的調控，微生物與分子細胞生物學系的Aurora Esquela-Kerscher博士發現let-7microRNA家族分子在細胞生長和分化過程中發揮關鍵的作用。在胚胎發育早期，這些microRNA分子發揮關鍵的作用，一旦出現異常就可能導致癌癥發生。

而哈佛大學醫學院的助理教授Kai-Christian Sonntag博士在研究microRNA與其他疾病間的關聯，他在探索帕金森的發病機理，比如說，由于microRNA失調導致信號傳導發生問題，導致帕金森病的發生。目前，他們已經發現正常者與帕金森患者microRNA調控的差異所在。另外西奈山醫學院的研究者則嘗試用人造的miRNA結合物阻斷或是激活內源性microRNA的活性。

這些都說明了小RNA在疾病治療等方面的系列突破，最新一期（4月22日）Nature雜志的技術特寫專欄就以此為主題，發布了“RNA interference: Homing in on delivery”等4篇文章，著重描繪了RNA干擾在治療，生物標記等方面的新成果。

傳遞途徑

雖然小RNA研究在過去二十年里得到了長足的發展，但是研究人員依然認為體內小RNA分子的傳遞問題是一個重要的挑戰，來自麻省理工MIT，以及Alnylam Pharmaceuticals這家最早利用RNAi技術的公司的奠基人：Phillip Sharp博士就表示，“這仍然是目前最重要的革新領域”，也是將小RNA從基礎研究領域轉換到活哺乳動物疾病治療方面的一個大的絆腳石。

在許多RNA治療實驗中，研究人員將合成的寡核苷酸傳遞到體內目標細胞中去，利用的是靶向試劑，化學修飾，或者直接傳遞的方式，為了驗證這些方法的有效性，一些公司，比如Alnylam，Santaris Pharma（總部位于丹麥的赫斯霍爾姆），以及Tekmira Pharmaceuticals（加拿大伯納比）等機構展開了各種臨床實驗。另外一種方法是不僅將遺傳物質靶定到細胞中，而且還直接送入細胞核，利用細胞的轉錄機制獲得小RNA前體，這些大多數的方法都需要修改病毒載體，尤其是慢病毒，一些研究機構也進行了臨床實驗，比如杜克大學進行了轉移性黑色素瘤的治療實驗，以及Hopes Helford臨床研究醫院展開了HIV感染治療研究，后者利用的是Benitec生物技術公司提供的病毒載體。

來自斯坦福發現的Mark Kay表示，最佳方法需要考慮目標組織和靶向基因——Mark Kay正在從事不同類型的傳遞機制。寡核苷酸到達細胞質就能起作用，但是遺傳物質必須進入細胞核才能被轉錄，遺傳載體與寡核苷酸相比，有幾個方面的優勢：基因表達敲除水平可能更高；可能只需要一次性治療（如果劑量能通過轉錄來位置，而寡核苷酸則會最終降解，并且在細胞分裂的時候，載體也會復制）；即使細胞快速分裂，小RNAs的劑量也可以保持恒定。

但是許多公司依然采用的是合成寡核苷酸，因為寡核苷酸與傳統藥物的工作原理相似，Kay說，“利用病毒載體很難控制這些遺傳物質的開與關”，“而合成性的RNA則是你給一次劑量，就是一次”，然而即使是想要向細胞質中注入足量的RNA（一些情況下，采用的是DNA或者混雜的寡核苷酸），這依然是一種挑戰。因此這些物質帶電高，比傳統的小分子藥物要重10－30倍，所以寡核苷酸要進入細胞并不容易，而且核酸酶也會將它們切成片段，很快從尿液中被排出。

一些公司為了解決這個問題，開發了包囊技術，利用這種方法將寡核苷酸包裹到不同的納米粒子中，使得這些分子免受核酸酶的降解，而且還可以直接送到靶標組織。

而近期來自加州技術學院化學工程系，David Geffen醫學院病理系的研究人員更是在Nature雜志上發表文章，首次證明了siRNA可以利用納米顆粒被系統性靶向打到一個固體腫瘤上，目前該實驗已經進入臨床一期試驗階段，研究人員用一個納米顆粒傳遞系統將siRNA轉運到固體腫瘤癌細胞內，通過腫瘤組織活檢來檢查這個納米傳遞系統的有效性。這一siRNA調控其目標mRNA的定向靶標，從而還能降低蛋白水平，這證明該技術作為一種用于人類的治療方法的潛力。

這種納米顆粒與其它公司的納米顆粒相似，都具有不同的組成成分，包括可以包裹RNA，靶向特異性細胞類型，以及促進結構穩定和防止聚合的結構，每種結構都是精確組織和優化過的。

這種包囊技術已被多家機構檢測，比如麻省的RXi Pharmaceuticals公司利用的是酵母細胞壁成分，Tekmira公司則是采用了一種穩定的核酸-脂質結構（nucleic-acid–lipid particles，SNALPs），并且有許多不同的脂質可用于包裹小RNAs。上個月這家公司宣布將與輝瑞合作，評估SNALP技術。同一個月，Alnylam公司也宣布了一種基于脂質的siRNAs包裹技術，這一技術由Alnylam公司與MIT合作完成，可以在嚙齒動物中同時沉默10個靶標基因。不過目前誰也不知道這些技術中哪些會成功。