一.外源RNA誘導RNAi的應用
1.基因功能研究
從2001年《Nature》雜志上報道在哺乳動物培養細胞中通過siRNA成功誘導了特異性靶基因表達沉默后,RNA干擾技術就作為一項特異性基因沉默的有效工具從低等生物成功進軍哺乳動物領域。2003年RubinsonDA等又在NatureGenetics上報道用病毒系統在原代哺乳動物細胞,干細胞和轉基因小鼠上都取得了RNA干擾成功,更大大擴展了這項技術的應用范圍。研究者們可以利用這項技術對目標基因進行特異性地表達沉默,通過觀察其表達被抑制后細胞以至生物體從形態到各項生理生化的變化,對該基因的功能及參與的信號網絡進行研究。這比傳統的基因敲除方法要簡單而且方便得多,因此短短幾年,就有了很多突破性的成果。其中研究得zui多的是跟疾病相關的一些基因,不僅對疾病機制及相關代謝網絡有了進一步認識,也為基因治療及藥物篩選提供了一些借鑒。
在具體誘導方式方面,目前報道的成功的siRNA形式多樣,其中短發夾結構RNA(shRNA,shorthairpinRNA)表達載體的應用大大加快了研究者從zui初的培養細胞水平擴展到成體水平的步伐。例如,在神經生物學研究中,美國NIH的BackmanC等通過siRNA表達質粒對中腦腹側神經細胞中的多巴胺能相關基因進行了有效抑制,HommelJD等還通過病毒介導的RNAi建立了此類成年小鼠模型,不僅為建立神經系統的功能缺失模型找到了一些有價值的表型標記,對神經系統的基因治療也有一定借鑒意義;在癌癥研究中,ZhangY等也通過shRNA表達載體成功抑制成年大鼠腦癌基因,并對RNAi的遠程(穿過血腦屏障)基因沉默方法進行了非常有益的探索;利用細胞凋亡途徑,ZenderL等通過RNAi抑制凋亡基因Caspase-8能提高患急性肝功能衰竭小鼠的成活率,并發現Caspase8siRNA處理對特異性Fas激活劑(Jo2和AdFasL)和野生型腺病毒介導的急性肝功能衰竭都有效,表明這個動物模型能反應人類急性病毒肝炎多分子參與的機制,增強了siRNA用于急性肝炎病人治療的希望……
除了對某些關鍵基因的RNAi研究外,ZhengL等還在哺乳動物細胞中探索了sirna在基因組水平上的篩選方法。他們建立了一個包含8000多個基因的siRNA表達框文庫陣列,通過它來高通量篩選NF-kB信號途徑中已知的及Unique基因。由此可見,RNA干擾也正作為篩選成百甚至上千基因的工具,發揮著越來越大的作用。
總的來說,RNA干擾為系統地抑制RNA分子合成蛋白提供了快速而相對簡便的途徑。通過在一段時間內對一個基因RNA信號的抑制,研究者可以深入研究基因功能,進而開始描繪支配從細胞形態到信號系統的遺傳網絡。
2.基因治療及藥物篩選探索
由于RNA干擾是針對轉錄后階段的基因沉默,相對于傳統基因治療對基因水平上的敲除,整個流程設計更簡便,且作用迅速,效果明顯,為基因治療開辟了新的途徑。其總體思路是通過加強關鍵基因的RNAi機制,控制疾病中出現異常的蛋白合成進程或外源致病核酸的復制及表達。尤其針對引起一些對人類健康嚴重危害的核酸病毒,如去年在多個國家和地區流行的SARS這種主體是單鏈核酸的新型冠狀病毒,尋找藥物靶點,設計核酸藥物就更加方便。目前已經有很多公司在積極開發這方面的藥物,如在去年SARS藥物研究中一鳴驚人的美國俄勒岡州的AVIBioPharma生物制藥公司等。國內也有很多研究機構及生物技術公司投入了這方面的工作。如上海生科院成立了SARS防治科研攻關領導小組,其中生化細胞所和藥物所的一些課題組在從RNA干擾的角度努力。此外,北大,中南大學,北京動物所等大專院校研究機構以及北京金賽獅反義核酸技