经验分享：小干扰RNA（siRNA）纳米递送系统研究进

作者：张馨予

经验分享：小干扰RNA（siRNA）纳米递送系统研究进展简介

2022-06-29 01:00 来源: 基因狐

原标题：经验分享：小干扰RNA（siRNA）纳米递送系统研究进展简介

小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）是RNA干扰的引发物，激发与之互补的目标mRNA沉默，对基因调控及疾病治疗有重要意义。siRNA作为药物需要克服血管屏障、实现细胞内吞及溶酶体逃逸，同时还需要避免核酸酶作用下发生降解。因此，设计合适的纳米载体以帮助siRNA成功递送进细胞并发挥作用是目前siRNA药物发展的重要目标。纳米载体的材料种类、尺寸、结构、表面修饰等精确设计是实现siRNA药物成功递送的重要因素。随着研究的深入和应用的发展，siRNA药物纳米载体的精确控制制备、精准靶向递送及多功能化取得了较好的成果。本文围绕siRNA药物纳米载体，对siRNA药物应用及其递送困难、siRNA药物纳米载体主要设计策略、目前siRNA药物上市情况进行介绍，同时对其未来发展方向进行展望。

小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA），也被称为沉默RNA、短干扰RNA或非编码RNA。siRNA是生物针对外源侵入基因所表达的双链RNA（double stranded RNA，dsRNA）进行切割后生成的具有特定长度和序列的小片段RNA，siRNA的特定长度为21~25 bp［1］。这些siRNA可以通过RNA干扰作用特异性沉默耐药相关基因的表达来改善化疗药物的抗癌效果。RNA干扰于1998年首次在哺乳动物细胞中被发现，Fire等［2］向秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，C. elegans）中递送长片段的dsRNA，结果显示dsRNA能有效沉默目标基因表达。此后，逐渐发现RNA干扰是由双链RNA诱导同源mRNA高效特异性降解的现象。这种诱导基因沉默的机制是通过阻碍特定基因的翻译从而抑制特定基因的表达，是真核生物细胞的一种重要防御机制［3］。2001年，Elbashir等［4］将干扰RNA应用于人类疾病的治疗，用实验证明了合成的siRNA可以限制一个基因在哺乳动物的不同细胞系中特异性排列的方式。2004年，第一个以siRNA为基础的RNA药物（治疗湿性年龄相关性黄斑变性）进入I期临床试验［5-6］。2010年，第一次应用于肿瘤患者的有针对性的纳米颗粒输送系统进入I期临床试验，siRNA开始系统性地应用于实体瘤［7］。从此siRNA的研究进入全新的领域，开始了快速发展的阶段。

1　RNA干扰

1.1　RNA干扰作用机制

RNA干扰是一种RNA分子作用的过程，它通过与目的基因序列的编码互补，从而诱导降解相对应的信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA），阻止mRNA翻译成蛋白质［8-9］。RNA干扰通过传递小RNA发挥作用，包括siRNA、微小RNA（microRNA，miRNA）、短发卡RNA（small hairpin RNA，shRNA）和内切酶底物RNA（dicer siRNA，dsiRNA）等形式［10］。其中，shRNA的作用途径在最上游，其发挥效用需要细胞核加工；其次是dsiRNA，其发挥效用需要内切酶处理［11］。而siRNA和miRNA是目前研究的核心，其作用途径是直接输送到RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC），二者不同之处是：miRNA并不需要完全与目标序列配对，而siRNA则需要完全与目标序列配对，这种差异导致miRNA和siRNA发挥不同的基因沉默效果；同时miRNA抑制翻译，而siRNA诱导Argonaute-2蛋白降解。哺乳动物细胞中miRNA与siRNA介导的RNAi机制如图1所示［12］。哺乳动物初级miRNA转录本（pri-miRNA）在细胞核中转录（①）并被微处理器复合体（Drosha-DGCR8）切割以产生约 30 bp shRNAs（②），称为pre-miRNA。输出蛋白5（Exportin 5）结合并运输pre-miRNA到细胞质（③），在细胞质中它与Exportin 5脱离（④）并与Dicer和TAR RNA结合蛋白（TAR RNA-binding protein，TRBP）结合（⑤）（也有非Dicer介导的途径）。Dicer切割pre-miRNA的末端环（⑥）并诱导形成RISC装载复合物（RISC-loading complex，RLC），与Argonaute（Ago1-Ago4）蛋白结合（⑦）。选择反义链并将其装载到Ago1-Ago4中，并丢弃正义链（⑧）。成熟的RISC可以通过抑制mRNA翻译、诱导mRNA在细胞质P体和/或GW体中的螯合、促进mRNA降解和指导靶基因位点的转录基因沉默来调节基因表达（⑨）。Argonaute、GW182和反义链对于RISC的mRNA沉默活性至关重要。TRBP和Dicer可以在反义链装载后与成熟的RISC分离。与反义链的种子区域（从5ʹ端开始的第2~8个碱基）互补的mRNA即可受到RNAi的影响。合成的siRNA通过胞吞作用进入细胞质，随后发生内涵体逃逸（⑩）。siRNA随后直接与胞质RNAi酶（Dicer和TRBP）相互作用（⑪），通过Dicer介导或非Dicer介导的途径形成RLC（⑫）并进行链选择以产生成熟的RISC（⑬）。siRNA反义链通常与单个靶标mRNA具有完全互补性，以诱导有效且靶向范围窄的基因沉默（⑭）。Ago2对于RNAi疗法尤其重要，因为它具有内在的剪切活性，可以有效地切割mRNA靶标（⑮）。