现在看来是一个很古老的话题似的，其实前年8月我写这篇文章的时候相关的文献都找不到几篇的。忽如一夜春风来，铺天盖地的RNAi文章出现。现在看来有点简单，但仍不失为我当年呕血之作。只是肿瘤发表周期太慢而已。
(题外话)
谨以此文献给可爱的小海豚，祝暑假在家，在海边玩儿得开心!
RNA干扰和肿瘤基因治疗
摘要：RNA干扰（RNAinterference，RNAi）是指双链RNA诱导细胞内特定基因转录后沉默现象，它在肿瘤基因治疗中具有十分重要的作用。本文介绍了RNAi现象的发现、形成机理及其在肿瘤基因治疗中的应用现状及前景。
关键词：RNA干扰 肿瘤 基因治疗
Abstract：RNAinterferenceisaphenomenonthatds-RNAs(double-strandedRNA)inducespecificgeneposttranscriptionalsilencingincells.ItsuggeststhatRNAinterferencemayplayanimportantroleintumorgenetherapy.ThisarticleistointroducehowRNAinterferencewasfound, formedaswellasitspotentialapplicationinthetumorgenetherapyfield.
Keywords：RNAinterference tumorgenetherapy
1RNAi现象的发现
1990年，来自美国的Napoli[1]和荷兰的Krol[2]分别报将外源性紫色色素合成基因查尔酮合酶（ChalconeSynthase，CHS）基因转入矮牵牛，试图产生出更深的紫色牵牛花，结果却发现花色素甙的合成发生了阻塞，大部分转基因植物开出了颜色斑驳或白色的花。检查白色花发现CHS基因mRNA的同步表达没有改变，而mRNA的转录比野生型减少50倍。导入基因和内源性基因均发生失活，这种现象被称为共抑制（co-suppression)。随后多个植物学家亦在不同转基因植物中发现类似现象。与此同时，意大利Macino[3]领导的实验室将外源性类胡萝卜素基因albino-3导入红色面包霉菌（Neurosporacrassa），发现约30%转化细胞的内源性的albino-3也受到了抑制，这种现象被他们称为静息作用（quelling）。
不仅植物和真菌如此，科学家们还在线虫发现类似的现象。1995年美国的Guo等[4]用反义RNA技术阻断线虫（CaenorhaBDitiselegans）par-1基因的表达以破坏线虫胚胎发育的对称性。结果发现不仅反义RNA能阻断par-1的表达，正义链RNA亦能抑制par-1的表达。他们将其称为RNA干扰。这种现象直到3年以后才得到解释。1998年Fire和Mello[5]公布了他们的实验结果，他们将少量双链RNA(dsRNA)注入线虫，发现内源性基因的mRNA发生特异性裂解。这种只需几分子外源dsRNA就能完全阻断特异内源基因表达的RNA干扰技术又被他们称为转录后基因沉默(post-transcriptionalgenesilencing,PTGS)。紧接着这种现象在果蝇、拟南芥菜、水螅、涡虫、斑马鱼等较多真核生物中得到证实。
RNA干扰技术研究得最为广泛最为深入的是哺乳类动物。德国科学家Elbashir等[6]用核糖核酸酶III从长链dsRNA切取到21或22个核苷酸(nt)的小干扰RNA双倍体(smallinterferingRNAduplexes,siRNA)，将其转入不同的哺乳动物细胞系，能观察到内源性和外源性基因的特异性表达抑制。随后他们又用21-ntsiRNA成功特异性抑制哺乳动物细胞系的16个基因表达，并将这种技术和沉默基因敲除(knockoutofmurinegenes)技术进行比较，证实siRNA干扰技术能更准确、快捷地确定特定基因在生物发育和生长中的功能[7]。他们认为，21-ntsiRNA二倍体技术可能会在哺乳动物细胞基因功能的研究中发挥更大的作用，并有可能被用来进行特异性的基因治疗。荷兰科学家Brummelkamp等[8]则采用一种pSUPER质粒作为载体，这种载体带有一个H1-RNA启动子，克隆入载体的序列转录出来的RNA形成发卡状结构（smallhairpinRNAs，shRNAs)，在体内加工后形成类似siRNA分子，能引发基因沉默。这种载体对能够在瞬时转染和稳定转染的哺乳动物细胞中持续表达siRNA，引发更为持久的基因沉默。
国家自然科学基金资助项目，批准号30170961
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2RNAi的形成机理
RNAi如何引发基因沉默？其形成机理目前尚不完全清楚。最初Hamilton等[9]发现在发生共抑制植物中发现一些约25个碱基的RNA，这些RNA与沉默基因的正义链和反义链互补，这为揭示RNAi机理提供了重要线索。接着Zamore等[10]发现外源性的dsRNA在果蝇细胞内被切割为约21-23碱基对的双链片段。随后一些与RNAi相关的酶被发现，其中最重要的是dsRNA特异性核酸内切酶(dsRNA-specificendonuclease,DICER)，推测该酶具有RNaseⅢ类核酶的性质。目前一般认为可能是dsRNA进入胞体内后可激活RNA核酸酶如DICER,在其作用下形成21-23碱基对的siRNA，siRNA解链或其它原因形成RNA诱导基因沉默复合体(RNA-inducedsilencingcomplex,RISC)，这些RISC可专一性地与靶向的mRNA特异性结合，在RNA依赖性RNA多聚酶(RNA-dependentRNApolymerase,RdRP)作用下可形成新的dsRNA，新的dsRNA又被DICER识别而被切断形成siRNA，如此逐级放大式的作用形成大量新的siRNA，使RNAi作用在短时间内有效地抑制mRNA的表达[11]。而不少科学家设计的克隆入特定序列的载体转入靶细胞后能持续表达shRNAs，经修饰后形成siRNA，或者直接将siRNA注入靶细胞，作用原理基本一致。
3 RNAi在肿瘤基因治疗中的应用
目前认为RNAi是一种古老的自我防御的进化机制。它的主要作用是防御病毒感染和维持基因组中转座子的稳定。随着对RNAi机理的进一步研究，发现它是一种非常有用的研究工具。现已逐步用于研究基因的功能和了解生物的发育，它比在基因编码区加入选择性标记的基因敲除技术更优越。由于RNAi的技术操作的可行性和致基因沉默特性，已经有学者考虑将其引入肿瘤的基因治疗。
肿瘤基因治疗按其原理可常规性地分为细胞因子基因治疗、抑癌基因治疗、反义核酸治疗、自杀基因治疗、抗肿瘤血管生成治疗，而RNAi技术的提出只有短短5年时间，实验性应用于治疗肿瘤只有不到2年时间，但已取得不少令人振奋的结果。RNAi理论上有望成为一种新的肿瘤基因治疗方案。
德国学者Wilda等[12]在应用RNAi治疗白血病方面做出了有益的试尝。他们针对M-BCR/ABL基因设计出21-ntdsRNA，并将其转入白血病细胞系K562，通过实时PCR定量和westernblot检测，发现细胞中不能检测到M-BCR/ABLmRNA和M-BCR/ABL癌蛋白，还能观察到强烈的细胞凋亡现象。实验结果提示利用dsRNA转导能抑制内源性M-BCR/ABL基因mRNA表达，降低细胞恶性型，甚至导致细胞凋亡。随后日本学者Cioca等[13]报道他们设计针对c-raf和bcl-2基因的dsRNA转入髓样白血病细胞系HL-60、U937、THP-1和K562，发现转染后细胞系c-raf和bcl-2基因表达raf-1和bcl-2蛋白明显降低；针对c-raf基因的RNAi作用阻止TPA诱导单细胞分化出现；联合针对c-raf和bcl-2的RNAi能诱导HL-60、U937和THP-1细胞系的凋亡，并增强了其对依托泊甙和柔红霉素的敏感性。作者认为联合针对c-raf和bcl-2的RNAi能克服白血病瘤细胞对化疗药物的抵抗作用，可能为肿瘤治疗提供一条新途径。
种种迹象表明，用RNAi技术特异性抑制瘤细胞癌基因的表达能在肿瘤基因治疗中扮演重要作用，但怎样将dsRNA导入靶细胞则成为一个难题。显然采用短链dsRNA比长链dsRNA具有很大技术上的可行性，用细胞注射方式转入外源基因在临床基因治疗中是不合适的。Brummelkamp等[14]在构建pSUPER质粒载体的基础上，构建了带有H1-RNA启动子的逆转录病毒载体，设计针对K-RAS(V12)基因的小基因片段，克隆入载体后转至多种人癌细胞系，能持续表达siRNA，观察发现K-RAS(V12)基因被特异性抑制表达，肿瘤细胞恶性型明显降低。作者认为利用病毒载体导入siRNA用于肿瘤特异性基因治疗可抑制癌细胞的致瘤表型。
随着RNAi技术在肿瘤基因治疗中的试尝不断增多，有必要将其与其它基因治疗方法进行比较。日本学者Aoki等[15]将RNAi技术和反义核酸技术应用于人癌细胞系进行了比较。他们选取人肝癌细胞系和胰癌细胞系作为靶细胞，分别选取外源性的虫荧光素酶基因和内源性的c-raf基因作为靶基因，采用阳离子脂质体和一种他们研制的瘤细胞靶向性肽链作为载体，分别采用RNAi技术和反义核酸技术对靶基因进行干扰。结果提示RNAi技术比反义核酸技术能更有效地抑制人癌细胞系中靶基因的表达，作者认为RNAi技术可能成为一种更新、更有效的基因治疗途径。
RNAi技术可以采用长链dsRNA，也可以采用短链siRNA，还可以用带启动子的载体转入可以表达核内不均一RNA（heteronuclearRNA,hnRNA）的基因片段。hnRNA技术是指siRNA并非由外源dsRNA直接导入，而是利用带启动子的载体将能表达siRNA的基因导入细胞，在细胞内自行合成siRNA，从而发挥干扰作用。目前认为最持久、稳定沉默靶基因的办法就是hnRNA技术。然而怎样根据靶基因序列寻找最佳干扰位点并设计能转录出hnRNA的基因片段是一个新挑战。有报道只有不到50%的短序列能针对特异基因形成RISC，而只有不到10%能产生特异效果，一位澳大利亚学者Benitec的专利技术能找到针对人类特定基因的最佳干扰位点并设计出带启动子终止子的一段呈反向互补回文结构的DNA序列，利用载体转入靶细胞后即可转录出发卡状mRNA，发挥其干扰作用，其网址为http://www.benitec.com.au/gene-silencing.htm。美国著名RNA产品公司Ambion提供网上在线设计工具，可以用来更快、更有效地寻找最佳干扰位点，网址为http://www.ambion.com/techlib/misc/。目前一般认为，选取的21nt-RNAs应取自靶基因，其5’端应以AA开头，应用Blast到EST基因库搜索，确认靶向性基因是唯一的，siRNA序列GC含量最好在40-55%。
总之，随着人们对RNAi技术认识的更加深刻，RNAi技术将更广泛地用于肿瘤的治疗。将RNAi技术和其它基因治疗方法结合而设计针对肿瘤的治疗方案，将产生不可估量的潜力，必将探索出一条攻克恶性肿瘤的新路。
参考文献
1NapoliC,LemieuxC,JorgensenR.IntroductionofaChimericChalconeSynthaseGeneintoPetuniaResultsinReversIBLeCo-SuppressionofHomologousGenesintrans.PlantCell.1990;2(4):279-289
2vanderKrolA,MurL,BeldM,etal.Flavonoidgenesinpetunia:additionofalimitednumberofgenecopiesmayleadtoasuppressionofgeneexpression.PlantCell.1990;2(4):291-299
3RomanoN,MacinoG.Quelling:transientinactivationofgeneexpressioninNeurosporacrassabytransformationwithhomologoussequences.MolMicrobiol.1992;6(22):3343-3353
4GuoS,KemphuesK.par-1,agenerequiredforestablishingpolarityinC.elegansembryos,encodesaputativeSer/Thrkinasethatisasymmetricallydistributed.Cell.1995;81(4):611-620
5FireA,XuS,MontgomeryM,etal.Potentandspecificgeneticinterferencebydouble-strandedRNAinCaenorhabditiselegans.Nature.1998;391(6669):806-811
6ElbashirS,HarborthJ,LendeckelW,etal.Duplexesof21-nucleotideRNAsmediateRNAinterferenceinculturedmammaliancells.Nature.2001;411(6836):494-498
7HarborthJ,ElbashirS,BechertK,etal.IdentificationofessentialgenesinculturedmammaliancellsusingsmallinterferingRNAs.JCellSci.2001;114(Pt24):4557-4565
8BrummelkampT,BernardsR,AgamiR.AsystemforstableexpressionofshortinterferingRNAsinmammaliancells.Science.2002;296(5567):550-553
9HamiltonA,BaulcombeD.AspeciesofsmallantisenseRNAinposttranscriptionalgenesilencinginplants.Science.1999;286(5441):950-952
10ZamoreP,TuschlT,SharpP,etal.RNAi:double-strandedRNAdirectstheATP-dependentcleavageofmRNAat21to23nucleotideintervals.Cell.2000;101(1):25-33
11SijenT,FleenorJ,SimmerF,etal.OntheroleofRNAamplificationindsRNA-triggeredgenesilencing.Cell.2001;107(4):465-476
12WildaM,FuchsU,WossmannW,etal.KillingofleukemiccellswithaBCR/ABLfusiongenebyRNAinterference(RNAi).Oncogene.2002;21(37):5716-5724
13CiocaD,AokiY,KiyosawaK.RNAinterferenceisafunctionalpathwaywiththerapeuticpotentialinhumanmyeloidleukemiacelllines.CancerGeneTher.2003;10(2):125-133
14BrummelkampT,BernardsR,AgamiR.StablesuppressionoftumOrigenicitybyvirus-mediatedRNAinterference.CancerCell.2002;2(3):243-247
15AokiY,CiocaD,OidairaH,etal.RNAinterferencemaybemorepotentthanantisenseRNAinhumancancercelllines.ClinExpPharmacolPhysiol.2003;30(1):96-102
