RNAi技术在医学领域的研究进展

RNAi技术在医学领域的研究进展

梁颖李淑芬袁天佑

梁颖李淑芬袁天佑（黑龙江省计划生育科学研究所150020）

【中图分类号】R318【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2011)18-0192-02

【摘要】RNAi是利用内外源mRNA沉默目标基因的现象，目前已经应用于临床疾病的治疗。本文主要讲述RNAi在病毒性、遗传性、肿瘤疾病治疗方面的应用，展现二十一世纪医学领域中治疗手段发展的新突破。

【关键词】RNAi医学治疗

RNAi（RNAinterference，RNAi）即RNA干涉，是生物体内普遍存在的一种生物学现象，是由双链RNA（dsRNA）参与指导的，在特定酶的参与下以外源和内源mRNA为降解目标的转基因沉默现象。在过去几十年里RNAi一直是生物科学中的一个亮点，人们通过向有机体引入小片段干涉RNA分子（smallinterferingRNAs，siRNAs）和发夹样RNA分子（smallhairpinRNAs，shRNAs）能够特异地降解目标mRNA这一特性来探索基因功能。这种方法较传统的基因敲除更加有效、方便。随着基因载体稳定性的不断改进和提高，构建干涉载体已趋于成熟，RNAi便成为决定基因功能中优先选择的手段。RNAi广泛存在于许多的生物体内，如线虫、果蝇、蛇、斑马鱼、青蛙、老鼠和人等[1]。作为一种新兴的技术，它有着广泛的应用前景。着眼于目前的研究状况，RNAi具有毒副作用小、作用迅速、特异性高等优点，因此在医学领域开展RNAi是实现基因治疗的一种有力手段。它可以用于抑制异常基因表达，有效治疗癌症及遗传病等人类顽症，但是在临床试验开始之前仍需谨慎，必须要考虑到长期应用RNAi后引发毒副作用的可能性，以及用后机体各项生理指标有无改变，免疫系统有无影响等。本文下面就针对RNAi在医学领域的主要研究进展进行介绍。

1RNAi的发现史

早在1990年的转基因植物研究中，人们发现将全长或部分基因导入植物细胞后会引发某些内源基因不表达，但这些基因的转录并无影响，当时将这种现象称为基因转录后沉默(posttranscriptionalgenesilencing，PTGS)。1996年科研人员首次在线虫中发现dsRNA能够导致基因沉默，因此又将该现象命名为基因表达的阻抑作用(quelling)[2]。当年康乃尔大学的研究人员Guo和Kemphues为探讨基因功能，想利用反义链RNA来特异性地阻断par-1基因的表达，然后设立了对照组实验以期正义链RNA能使目标基因的表达量增加。但结果却显示二者都同样的阻断了par-1基因的表达。这个现象直到3年后才被解开-华盛顿卡耐基研究院的AndrewFire和马萨诸塞大学癌症中心的CraigMello通过大量的实验得知，无论是单纯的反义链还是正义链RNA都不能阻断基因的表达，而起阻碍作用的是体外转录的RNA样品中混有的微量dsRNA。实验结果显示，纯化后的单链RNA对基因表达的抑制作用是很微弱的，而dsRNA正好相反，因此他们将dsRNA能引发相应基因表达阻断的现象定义为RNAi。

2RNAi在医学领域的应用

2.1治疗病毒性疾病

病毒性疾病的防治始终困扰着医学工作者，并给人类的健康带来巨大危害。由于RNAi能从源头有效地抑制病毒抗原基因的表达，因此在病毒性防治方面较疫苗防治、药物治疗更优越，为传染性疾病的防治带来希望。近些年来，RNAi技术在多种病毒性疾病的防控研究上取得了一定的进展。

艾滋病又叫“获得性免疫缺陷综合征”（AIDS）是人体感染了人类免疫缺陷病毒（HIV）所导致的传染病。MIT的Novina最早利用RNAi来对付HIV，开启了利用RNAi治疗病毒性疾病的先河。研究发现，在慢病毒载体中加入抗HIVShRNA（anti-HIVShRNA）、抗CCR5核酶（anti-CCR5ribozyme）和核仁内反式激活反应元件类似物（uncleolar-localizingTARdecoy）基因的串联组合，可以长时间的抑制HIV。证明了RNAi具有治疗艾滋病的功能[3]。

乙型肝炎和丙型肝炎是经血液传播的危害性严重的病毒性传染病，分别由乙型肝炎病毒（HBV）和丙型肝炎病毒（HCV）感染而起。自2003年以后，应用RNAi治疗乙肝、丙肝的研究也逐渐增多。2005年Sirna治疗学公司（SirnaTherapeutics）宣布实现了RNAi应用于治疗中的重大突破，成功抑制了乙型肝炎病毒（hepatitisBvirus，HBV）在人体内的表达。研究发现，应用短发夹RNA载体可以抑制哺乳动物肝脏细胞中HBV的复制起始，同时siRNA也可以有效抑制HBV的复制。根据这种研究思路，人们利用RNAi抑制了HCV在人体内的复制。这些研究都证明了RNAi在抗病毒方面的优势作用[4]。

此外，Nobel医学奖获得者PhillipSharp，已成功在2005年开发出用来治疗呼吸道合胞病毒、流行性感冒的RNAi药物。同期中国旅美生物医学博士陆阳和Intradigm公司分别在《Nature》发表文章阐述siRNA剂对恒河猴SARS冠状病毒（SCV）呼吸道感染能起到预防和治疗作用。RNAi目前已经成为治疗病毒性疾病的一种有效手段，但在稳定性、安全性等问题上还有待深入研究。

2.2治疗遗传性疾病

随着RNAi现象的发现以及对它的分子生物学机制的深入探讨，利用RNAi解决人类遗传性疾病已经不再遥远。2002年，美国和日本的研究人员CarthewRW、IshizukaA等人几乎同时发现RNAi与脆性Ｘ染色体综合征的关系，这预示机体内RNAi机制缺失会导致人类遗传性疾病[5,6]。此后在对抗人类遗传性疾病研究中，RNAi成为广泛采用的手段。人们不久发现，RNAi在治疗人类神经系统疾病方面有优于其他治疗方法的特点。其中神经变性疾病是由于单个基因显性突变而引起的遗传性疾病。目前已有许多神经变性疾病如亨廷顿病(Huntington'sdisease)、脊髓延髓肌肉萎缩症、帕金森病、肌萎缩性（脊髓）侧索硬化（ALS）、阿尔茨海默症等都可以通过RNAi来抑制突变基因表达。可以看出RNAi在遗传性疾病治疗方面拥有巨大的潜力，但如何透过血液将siRNA送达效用部位还是急需解决的一个难题，我们坚信在医学科研人员的努力下，一项成熟的基于RNAi的治疗技术将用于临床实践。

2.3治疗肿瘤疾病

肿瘤疾病的本质属于“基因病”，恶性肿瘤的侵袭和转移是临床上绝大多数肿瘤患者的致死原因，肿瘤发生过程主要是原癌基因、生长因子异常高表达和肿瘤抑制因子突变的结果，故从基因水平解决肿瘤疾病是最佳的。siRNA能够高效、特异地抑制原癌基因及癌相关基因的表达，目前已成为临床上肿瘤防治研究的有力工具。但从当前的研究状况看，要利用RNAi策略解决肿瘤治疗问题，首先要解决靶基因的选择及siRNA向体内的定向输送。采用逆转录病毒系统可以有效地将siRNA插入肿瘤细胞基因组中并长期存在，解决了siRNA作用时间短，实际操作困难等缺点。WenpingLi[7]等人利用腺病毒介导的siRNA转染使PBRmRNA下降50%，细胞分裂增殖停止，从而抑制肿瘤的生长，故PBR可作为治疗人乳腺癌潜在的靶标。Menendez等人将与靶基因FASmRNA序列相对应的siRNA转染到培养的人子宫内膜癌细胞中72h后，发现FAS基因表达下降90%，从而成功的抑制了子宫癌细胞的生长[8]。

目前，利用RNAi对肿瘤进行研究与治疗还存在很多问题，是否所有肿瘤细胞中RNAi现象都存在，是否某些肿瘤细胞中的RNAi现象是被抵抗的，是否人体内肿瘤细胞的RNAi现象和动物模型实验中呈现的效果是相符的，人类攻克肿瘤问题还需很长的历程，无疑RNAi为肿瘤的治疗提供新的思路和策略。

3RNAi的前景展望

RNAi作为一种代替基因敲除的遗传工具，可以有效地对基因进行功能评价。该技术正改变着功能基因组学的研究步伐。《科学》杂志和美国科学促进会已将RNAi技术评选为2002年十大重大科学成就之首。由于RNAi技术的日益发展，它已经迅速地从实验室研究迈向了临床应用。目前，几种真正意义上的RNA干扰药物已经进入了临床实验阶段。相对于近些年大力发展的基因治疗、反义核酸技术、生物芯片等新兴生物技术来说，RNAi无疑将会给医学界带来更具潜力的突破和发展。但值得人们注意的是RNAi在哺乳动物中的研究还具有一定的限制性，比如在哺乳动物的某些细胞中RNAi作用并不显著，特别像一些神经细胞。而且通过运载体将dsRNA转入人体进行基因治疗还是一个很大的难点。可喜的是利用腺病毒作运载体的实验目前已经取得成功，人们还在寻求一种更加稳定和安全的运载体[9]。二十一世纪是基因的时代，更是生命科学的时代，RNAi的发现无疑是这一时代医学领域的一个崭新突破，它为解决人类疾病开辟新的篇章。

参考文献

[1]JorgensenRA,CulsterPD,EnglishJ.etal.Chalconesynthasecosupp-ressionphenotypesinpetuniaflowers:comparisonantisenseconstructsandsingle-copyvs.complexT-DNAsequences[J].PlantMolBiol,1996,31(5):957-970.

[2]FIREA,XUS,MONTGOMERYMK,etal,Potentandspecificgeneticinterferencebydouble-standedRNAinCaenorhabditiselegans[J].Nature,1998,39:806-811.

[3]LiMJ，KimJ,LiS，etal.Long-terminhibitionofHIV-1infectioninprimaryhematopoieticcellsbylentiviralvectordeliveryofatriplecombinationofanti-HIVshRNA,anti-CCR5ribozemy,andanucleolarTARdecoy.MOLECULARTHERAPY,2005,12(5):900-907.

[4]McCaffreyAP,NakaiH,PandeyK,etal.InhibitionofhepatitisBvirusreplicationbyRNAinterference.BIOCHEMICALANDBIOPHYSICALRESEARCHCOMMUNICATIONS,2003,309(2):482-483.

[5]CarthewRW.RNAinterference:thefragileXsyndromeconnection[J].CurrentBiology,2002,12(24):852-854.

[6]IshizukaA,SiomiMC,SiomiH.AdrosophilafratileXproteininteractswithcomponentsofRNAandribosomalproteins[J].Genes&Development,2002,16(19):2497-2508.

[7]WenpingLi,MatthewJ.Hardwick.Peripheral-typebenzodiazepinereceptionoverexpressionandknockdowninhumanbreastcancercellsindicateitsprominentroleintumorcellproliferation[J].Biochemicalpharmacology.2007,(73)：491-503.

[8]MenendezJA，OzaBP，AtalsE，etal.Inhibitionoftumor-associatefattyacidsynthaseactivityantagonizesestra-dioi-andtamoxifen-inducedagonisttransactivationofes-trogenreceptor(ER)inhumanendometrialadenocarci-nomacells[J].Oncogene，2004，23：4945-4958.

[9]SuiG,SoohooC,AfferelB,etal.ADNAvector-basedRNAitechnologytosuppressgeneexpressioninmammaliancells.ProcNatlAcadSciUSA,2002,99(8):5515-5517.