siRNA和RNAi概述

1 前言

RNA 是生物体内最重要的物质基础之一，它与 DNA 和蛋白质一起构成生命的框架。但长久以来， RNA 分子一直被认为是小角色。它从 DNA 那儿获得自己的顺序，然后将遗传信息转化成蛋白质。然而，一系列发现表明――这些小分子 RNA 事实上操纵着许多细胞功能。它可通过互补序列的结合反作用于 DNA ，从而关闭或调节基因的表达。甚至某些小分子 RNA 可以通过指导基因的开关来调控细胞的发育时钟。

2 综述

2.1 研究历史与发展前景

2.1.1 定义

双链RNA 对基因表达的阻断作用被称为RNA 干预（RNA interference, RNA i ）双链RNA 经酶切后会形成很多小片段，称为siRNA ，这些小片段一旦与信使RNA (mRNA )中的同源序列互补结合，会导致mRNA 失去功能，即不能翻译产生蛋白质，也就是使基因“沉默”了。

2.1.2 研究历史

RNA i现象早在1993年就有报道： 将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中，希望得到紫色更深的花，可是事与愿违，非但没有加深紫色，反而成了白色。当时认为这是矮牵牛本来有的紫色素基因和转入的外来紫色素基因都失去了功能，称这种现象是“共抑制”。1995年，康奈尔大学的Su Guo博士用反义RNA 阻断线虫基因表达的试验中发现，反义RNA （anti sense RNA 和正义RNA （sense RNA ）都阻断了基因的表达，他们对这个结果百思不得其解。直到1998年，Andrew Fire的研究证明，在正义RNA 阻断了基因表达的试验中，真正起作用的是双链RNA 。这些双链RNA 是体外转录正义RNA 时生成的。于是提出了RNA i这个词。

2.1.3 作用机理

目前RNA i的作用机理主要是在线虫，果蝇，斑马鱼等生物体内阐明的。生物体内的双链RNA 可来自于RNA 病毒感染，转座子的转录产物，外源导入的基因。这些来源的双链RNA 诱发了细胞内的RNA i机制，结果是病毒被清除，转座子的表达被阻断，外源导入基因表达被阻断同时，与其同源的细胞基因组中的基因表达也被阻断。

双链RNA 进入细胞后，一方面在Dicer酶的作用下被裂解成siRNA ，另一方面在RdRP（以RNA 为模板指导RNA 合成的聚合酶，RNA -directed RNA polymerase）的作用下自身扩增后，再被Dicer酶裂解成siRNA 。SiRNA 的双链解开变成单链，并和某些蛋白形成复合物，Argonaute2是目前唯一已知的参与复合物形成的蛋白。此复合物同与siRNA 互补的mRNA 结合，使mRNA 被RNA 酶裂解。

另一方面结合的产物以SiRNA 作为引物，以mRNA 为模板，在RdRP作用下合成出mRNA 的互补链。结果mRNA 也变成了双链RNA ，它在Dicer酶的作用下也被裂解成siRNA 。这些新生成的siRNA 也具有诱发RNA i的作用，通过这个聚合酶链式反应，细胞内的siRNA 大大增加，显著增加了对基因表达的抑制。从21到23个核苷酸的siRNA 到几百个核苷酸的双链RNA 都能诱发RNA i，但长的双链RNA 阻断基因表达的效果明显强于短的双链RNA 。

siRNA 还能够通过某种不太明了的机制永久地关闭或者删除DNA片断，以在非常大的程度上控制染色质的形成，而不是仅仅暂时地抑制它们的活动。

动植物和人体的病原体中有一些是RNA 病毒，如导致艾滋病的HIV和SARS的冠状病毒都是RNA 病毒。有些RNA 病毒在复制过程的一定阶段中会产生双链RNA 。如果宿主体内有分解这种双链RNA 的酶，就可将双链RNA 降解。

2.1.4 现状与未来

2.1.4.1 疾病治疗

用RNAi来制备药物。其思路是根据病原体如病毒、细菌等的致病基因序列，以及生物体内与疾病发生相关的基因序列，设计和制备与这些基因序列有同源序列的双链RNA，转入动植物内使有关的疾病基因“沉默”(不能表达功能)，从而达到治疗的效果。

以治疗HIV为例，理论过程如上图所示。原理是利用siRNA抑制病毒再生或传染所需的蛋白质的生成。它的优势在于能够不损伤细胞而只抑制病毒蛋白质，其专一性是其他药物所难以具备的。但问题在于目标基因的选择，即如何筛选出针对致病蛋白质而不影响细胞正常的新陈代谢的siRNA。而且艾滋病毒变化迅速，目标 RNA 序列有可能在短时间内失效，这都给筛选提出了巨大的挑战。

对其他病毒的治疗也存在类似的问题，如SARS等。目前研究大都处于初期阶段，只在离体细胞或简单的真核细胞上做过试验，况且哺乳动物与人体的RNAi机制尚未清晰，所以利用siRNA制备药物潜力巨大但前路漫漫。