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小核酸技术的机理和应用

RNA干扰技术的原理

RNA干扰(RNA interference,或RNAi)是与靶基因信使RNA互补的短双链RNA诱导的序列特异性的转录后基因沉默现象。1998年,FireMello等人首次发现并命名为“RNA干扰现象,2002年被Science杂志评为十大科学成就之首,2006FireMello即被授予获诺贝尔生理医学奖。RNA干扰是一种真核细胞特有的基因沉默机制,它在抵抗外来物质入侵、保护基因组的稳定性、决定细胞命运与细胞分化方向、调节生物体的各种机能等方面发挥着极为重要的作用。介导这一高效基因沉默过程的一类关键分子就是小干扰RNAsmall interfering RNAsiRNA),围绕RNA干扰所建立的技术群我们也通称为小核酸技术。

siRNA通常是指19对核苷酸到21对核苷酸长度范围的双链RNA分子。这些分子在每个链的3’末端可以有1-3个核苷酸的单链区。这种双链的siRNA分子在细胞质中被组装进RNA诱导的沉默复合体(RNA-induced silencing complex, RISC),随后siRNA双链中的一条链(正义链,或称随员链,passenger strand)被降解并被排除出复合体,而另一条链(反义链,或称向导链)指导RISC识别与结合到与其碱基互补的mRNA的相应位点,然后由复合体中的核糖核酸酶III剪切靶mRNA,从而抑制靶基因的蛋白表达。RISC中的AGO蛋白是一个非常重要的蛋白家族,不仅能介导外源小核酸引起的RNA干扰过程,更重要的是它们是介导内源小核酸(微小RNA/microRNA/miRNApiRNA等)调节各种生物过程的重要信号通路分子。

 

RNA干扰技术的应用

2001Tuschl等人首次证明人工合成的siRNA导入到哺乳动物细胞后可以实现对靶基因的表达抑制,自此以后,在基础研究与制药应用两大领域,RNA干扰技术均被广泛应用。理论上对任意靶基因,我们均能设计出相应的siRNA,抑制其基因表达,所以该技术被认为在传统药物不可行(undrugable)的疾病或靶点上仍具有巨大的应用潜力。因此,RNA干扰技术不仅作为一种高效多能的重要生物医学研究工具脱颖而出,更为靶向药物的研制带来了革命性的突破。短短十来年,基于RNA干扰的生物制药业已成为一个新兴战略领域,并已取得了巨大的进展。目前,已有近30siRNA药物品种进入各期临床研究阶段(图1)。这些药物品种主要集中在抗病毒、抗肿瘤,以及一些罕见病、或无药可用(未满足)的病症上。

           

  图1. 基于RNA干扰技术的小核酸药物临床研究现状

 

基于RNA干扰技术的制药开发,经历过一个跌宕起伏的过程。2004-2009年,整个行业发展迅猛,欧美各大制药公司纷纷进入该领域,一系列兼并、收购和投资等动作应接不暇,数十亿美元的资金被倾注于这一新药开发领域。2009-2011年,RNA干扰制药领域经历了一个短暂的相对沉寂期,但同时,一些长期专注于RNA干扰技术、专注于siRNA制药开发的生物技术公司仍然十分活跃、且成果斐然。2012年至今,RNA干扰制药领域又迎来了新的迅速发展期,siRNA肝靶向给药技术的突破更是推动了该领域的快速发展,多个siRNA药物已进入关键的临床III期研究阶段;近日,更有治疗埃博拉病毒引起的出血热的siRNA药物已被美国、加拿大、法国批准在已确诊或疑似感染埃博拉的病人身上使用;预计在2019年左右,该领域将真正迎来第一个siRNA药物上市。

 

RNA干扰药物产业化和市场化进程在美欧突飞猛进的同时,一些中国的制药公司如苏州瑞博也抓住了这个关键的历史机遇,着力于自主创新与研发,发展新技术、新品种,在制药领域与欧美公司几乎站在了同一起跑线,有望弥补以往在小分子化药、抗体药的开发上落后欧美几十年的巨大遗憾。目前,在江苏省特别是昆山市政府的大力支持下,已成立以RNA干扰技术为主导的小核酸产业基地,此基地极大限度地集中了中国在RNA干扰方面的专业技术、设备、人才等各方面优势资源,这必将加速我国小核酸产业的发展进程,促使在该高新技术领域开辟出中国的新天地。