siRNA和RNAi概述

1 前言

RNA 是生物體內最重要的物質基礎之一，它與 DNA 和蛋白質一起構成生命的框架。但長久以來， RNA 分子一直被認為是小角色。它從 DNA 那兒獲得自己的順序，然后將遺傳信息轉化成蛋白質。然而，一系列發現表明――這些小分子 RNA 事實上操縱著許多細胞功能。它可通過互補序列的結合反作用于 DNA ，從而關閉或調節基因的表達。甚至某些小分子 RNA 可以通過指導基因的開關來調控細胞的發育時鐘。

2 綜述

2.1 研究歷史與發展前景

2.1.1 定義

雙鏈RNA 對基因表達的阻斷作用被稱為RNA 干預（RNA interference, RNA i ）雙鏈RNA 經酶切后會形成很多小片段，稱為siRNA ，這些小片段一旦與信使RNA (mRNA )中的同源序列互補結合，會導致mRNA 失去功能，即不能翻譯產生蛋白質，也就是使基因“沉默”了。

2.1.2 研究歷史

RNA i現象早在1993年就有報道： 將產生紫色素的基因轉入開紫花的矮牽牛中，希望得到紫色更深的花，可是事與愿違，非但沒有加深紫色，反而成了白色。當時認為這是矮牽牛本來有的紫色素基因和轉入的外來紫色素基因都失去了功能，稱這種現象是“共抑制”。1995年，康奈爾大學的Su Guo博士用反義RNA 阻斷線蟲基因表達的試驗中發現，反義RNA （anti sense RNA 和正義RNA （sense RNA ）都阻斷了基因的表達，他們對這個結果百思不得其解。直到1998年，Andrew Fire的研究證明，在正義RNA 阻斷了基因表達的試驗中，真正起作用的是雙鏈RNA 。這些雙鏈RNA 是體外轉錄正義RNA 時生成的。于是提出了RNA i這個詞。

2.1.3 作用機理

目前RNA i的作用機理主要是在線蟲，果蠅，斑馬魚等生物體內闡明的。生物體內的雙鏈RNA 可來自于RNA 病毒感染，轉座子的轉錄產物，外源導入的基因。這些來源的雙鏈RNA 誘發了細胞內的RNA i機制，結果是病毒被清除，轉座子的表達被阻斷，外源導入基因表達被阻斷同時，與其同源的細胞基因組中的基因表達也被阻斷。

雙鏈RNA 進入細胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成siRNA ，另一方面在RdRP（以RNA 為模板指導RNA 合成的聚合酶，RNA -directed RNA polymerase）的作用下自身擴增后，再被Dicer酶裂解成siRNA 。SiRNA 的雙鏈解開變成單鏈，并和某些蛋白形成復合物，Argonaute2是目前唯一已知的參與復合物形成的蛋白。此復合物同與siRNA 互補的mRNA 結合，使mRNA 被RNA 酶裂解。

另一方面結合的產物以SiRNA 作為引物，以mRNA 為模板，在RdRP作用下合成出mRNA 的互補鏈。結果mRNA 也變成了雙鏈RNA ，它在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA 。這些新生成的siRNA 也具有誘發RNA i的作用，通過這個聚合酶鏈式反應，細胞內的siRNA 大大增加，顯著增加了對基因表達的抑制。從21到23個核苷酸的siRNA 到幾百個核苷酸的雙鏈RNA 都能誘發RNA i，但長的雙鏈RNA 阻斷基因表達的效果明顯強于短的雙鏈RNA 。

siRNA 還能夠通過某種不太明了的機制永久地關閉或者刪除DNA片斷，以在非常大的程度上控制染色質的形成，而不是僅僅暫時地抑制它們的活動。

動植物和人體的病原體中有一些是RNA 病毒，如導致艾滋病的HIV和SARS的冠狀病毒都是RNA 病毒。有些RNA 病毒在復制過程的一定階段中會產生雙鏈RNA 。如果宿主體內有分解這種雙鏈RNA 的酶，就可將雙鏈RNA 降解。

2.1.4 現狀與未來

2.1.4.1 疾病治療

用RNAi來制備藥物。其思路是根據病原體如病毒、細菌等的致病基因序列，以及生物體內與疾病發生相關的基因序列，設計和制備與這些基因序列有同源序列的雙鏈RNA，轉入動植物內使有關的疾病基因“沉默”(不能表達功能)，從而達到治療的效果。

以治療HIV為例，理論過程如上圖所示。原理是利用siRNA抑制病毒再生或傳染所需的蛋白質的生成。它的優勢在于能夠不損傷細胞而只抑制病毒蛋白質，其專一性是其他藥物所難以具備的。但問題在于目標基因的選擇，即如何篩選出針對致病蛋白質而不影響細胞正常的新陳代謝的siRNA。而且艾滋病毒變化迅速，目標 RNA 序列有可能在短時間內失效，這都給篩選提出了巨大的挑戰。

對其他病毒的治療也存在類似的問題，如SARS等。目前研究大都處于初期階段，只在離體細胞或簡單的真核細胞上做過試驗，況且哺乳動物與人體的RNAi機制尚未清晰，所以利用siRNA制備藥物潛力巨大但前路漫漫。