siRNA的“小身躯与大作用”

RNA干扰（RNAi）从核酸水平上进行疾病诊断与治疗。从事物到理论，从假想到现实，它的发现是一代代科学研究者辛苦付出的结果。小干扰RNA（siRNA）是RNAi过程中重要的中间产物，通过与同源性mRNA识别将其降解来阻断基因表达。那么，对于这个小RNA分子，它是如何被发现、设计与应用的？它到底可以发挥什么样的作用呢？

1 RNAi的发现

随着分子生物学的不断发展，基因突变和缺陷与疾病息息相关。很多疾病，如HIV、遗传学疾病、肿瘤等，在它们的发生发展过程中或多或少出现基因的非正常表达和功能异常化。传统药物，如小分子药物、抗体药物通过与病变部位的特定蛋白发挥作用，呈现出短效的治疗，这让很多人忧思不已。RNA药物通过靶向RNA持续调控基因的表达，可以长效、从源头干预疾病，像是给了缓解的出口。RNA药物主要分为三大类，分别是mRNA、适配体药物与RNAi。其中RNAi是目前最成熟并且有新药获批的技术平台。

1990年，科学家给矮牵牛花插入色素积累酶相关基因，但却得到了白色或白紫色的花，说明了外源转入基因可以抑制内源基因的表达，由此RNAi现象被发现。

图1：RNAi现象的发现（图源自网络）

1995年，康乃尔大学的郭苏博士通过反义RNA、双链RNA（dsRNA）阻断秀丽新小杆线虫(C.elegans)基因发现了外源dsRNA抑制基因表达1。三年后，研究学者将dsRNA、正、反义链分别注入线虫，发现了RNAi机制2。

图2：RNAi机制的发现（图源自网络）

2006年Nobel生理和医学奖授予了RNAi的发现和表征，由此RNAi得到广泛关注。

图3：2006年Nobel生理和医学奖得主：Craig Mello（左）和Andrew Fire在（右）（图源自网络）

2 RNAi的设计与应用

RNAi是指细胞利用外源或内源的dsRNA激发相关的酶复合物，对同源性mRNA进行切割、降解从而在转录后水平阻断基因的表达。由于RNAi可以特异地使特定基因沉默，它是功能基因组强有力的研究工具。利用RNAi技术可以确定复杂的信号转导途径中相关基因的上下游关系及其作用。同时，RNAi文库的构建可用于建立功能缺陷的生物或细胞库，对阐明信号转导通路、发现新的药物作用靶点有重要意义。

RNAi技术也应用于农业与医药领域。通过RNAi技术对植物抗逆相关基因挖掘及功能的研究，对于培育具有较强抗逆性的植物新品系至关重要。其还可为害虫抗药性机理的研究提供有效途径。利用RNAi技术可以对靶位点局部用药，尽量减少用药给机体带来的副作用，是肿瘤治疗、自身免疫病、遗传性疾病等的重要发展方向。

RNAi诱导基因沉默的过程中，通过传递小RNA发挥作用3。其中小干扰RNA（siRNA）是RNAi途径中的中间产物，是其发挥效应所必需的因子，长度为19‐21碱基对（bp），3’端多出两个bp。

siRNA诱导基因沉默分为两个阶段4。

（1）起始阶段：外源或内源dsRNA进入胞质后，在核糖核酸内切酶（Dicer内切酶）作用下得到siRNA。

（2）效应阶段：RNA解旋酶（RHA）与RNA结合蛋白(TRBP)、Argonaute2蛋白(Ago2蛋白)、Dicer、siRNA组合成RNA诱导的沉默复合体(RISC)；Ago2蛋白准确识别结合siRNA的反义链；siRNA反义链识别互补的mRNA，并在RISC中的核酸内切酶作用下切割靶mRNA，从而干扰基因表达。

图4：siRNA作用机制4

3 siRNA开发过程面临的挑战

虽然siRNA药物具有靶向明确、基因沉默效率高和容易检测等优势，siRNA药物的开发过程面临巨大挑战5。

（1）胞外水平上，siRNA在血液中容易被核酸酶降解，或被肾脏或网状内皮系统(RES)清除。

（2）胞内水平上，siRNA表面具有负离子无法直接穿过细胞膜，且容易脱靶。siRNA脱靶的缺点可以通过化学修饰来优化；siRNA的体内效率低则需要施加载体对其进行保护，而如何有效将siRNA转移入体内也成为RNAi应用的一大挑战。

纳米递送系统具有高效运输、靶向输送及生物相容性等特点。通过将siRNA包裹或吸附到纳米递送系统，可以高效低毒地进行体内靶向递送。纳米载体种类很多，脂质体、聚合物、无机纳米颗粒等，都具有生物相容性与可降解性。如将高分子聚乙烯咪唑与siRNA化学偶联成复合物有利于siRNA对癌症的治疗6。

图5：siRNA结合聚合物治疗癌症（图源自网络）

4 总结

siRNA虽然小，但它的能耐可不容小觑。siRNA转染到病人体内可以防止艾滋病病毒（HIV）、肝炎病毒等的感染。作为基因药物，siRNA可用于神经退行性疾病及脑补疾病的干预和治疗。对难治愈、易转移的癌症，siRNA也贡献一份力——阻断癌基因以抑制肿瘤生长。目前已经有siRNA相关药物获批上市，其应用前景比较广阔。

将siRNA与纳米递送系统联合有助于siRNA的高效输送，减少免疫原性的同时高效实现体内基因沉默，这为新型生物制剂的开发提供了机会。siRNA作为小RNA通过基因沉默调控预防疾病，基于siRNA的纳米递送系统也在不断发展和创新，并在实验室、临床取得很好效果。但是siRNA药物多为外源性，设计合理高效的siRNA序列及更好递送到体内还需进一步加大创新与研究的力度。