siRNA：作用机制、面临挑战和治疗方法

今天来学习下siRNA。

由于特异性和基因沉默功能，RNA干扰（RNAi）有望成为治疗各种感染性、血液肿瘤、心血管和神经退行性疾病的基本方法。小干扰RNA（siRNA）的作用机制基于转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing）。siRNA分子通常在敲低疾病相关基因方面具有特异性和有效性。然而，它们的特点是细胞摄取低，并且容易受到核酸酶介导的降解。

因此，siRNA需要载体来保护它们并有效地递送到靶细胞中。这篇综述重点介绍了基于siRNA的作用机制、挑战和临床应用的最新进展。

siRNA 历史

RNA干扰是靶mRNA降解，导致基因表达沉默的自然过程。1993年，第一个miRNA lin-4被Ambrosin Caenorhabditis Elegans描述。Lin-4被发现调节控制线虫发育时间的基因。2006年，Fire和Mello因发明了“RNA干扰”一词并揭示了其发生的机制而获得了诺贝尔奖。他们证明RNAi中的基因沉默是由dsRNA介导的，而不是单链反义RNA(single-stranded antisense RNA)。siRNA介导的基因沉默后来被证明是转录后序列特异性过程(post-transcriptional sequence-specific process)。

1、siRNA结构、作用机制

siRNA是一种带负电荷的大分子，易被血清内切酶降解，细胞膜渗透性差。因此，已经开发了不同类型的传递系统来保 护siRNA不被降解并增强细胞摄取。这些传递系统包括纳米载体、适体、多肽、糖/氨基糖、蛋白质和抗体（图2A）。

如前所述，小干扰RNA (siRNA)是一种21-23个核苷酸长的双链RNA分子，在转录后水平发挥作用。当长dsRNA被RNAse III家族成员Dicer切割时，这种siRNA duplex出现。 双链由一条a passenger strand ( sense strand)和一条a guide strand ( antisense strand)组成。 siRNA被合并到 RNA诱导沉默复合体(RISC) 中，在那里它与Argouate 2组分相互作用，导致 duplex unwinding 和 passenger strand (sense strand)降解 。与目标mRNA互补的导链将RISC复合物引导至mRNA(图2B)。 为了使上述情况发生并导致有效的基因沉默，siRNA应正确加载到RISC上。

值得注意的是，siRNA的长度是决定结果的关键因素，因为超过30个核苷酸的siRNA通过激活Toll样受体(TLRs)导致干扰素诱导(interferon induction)和免疫反应，这导致基因的整体沉默和最终的细胞死亡。siRNA的引入也可能通过干扰与目标mRNA具有部分同源性的其他mRNA的表达而导致脱靶效应。因此，有必要确定特定siRNA能够诱导有效基因沉默的最低浓度。

图1siRNA结构：包括Two nucleotides overhangs、核心19个碱基对，包括seeding region和裂解位点（cleavage site）。

2、siRNA的递送系统和作用机制

图2 siRNA 作用机制

(A)常见siRNA传递系统;

(B)作用机制，

1)siRNA通过合适的纳米载体进入细胞，

2)siRNA在细胞质内与核糖核蛋白(称为rna诱导沉默复合体(RISC))结合，

3)siRNA的引导链由(RISC)中的Argonaute蛋白维持，乘客链被降解，4)激活的RISC识别目标基因的互补mRNA并诱导mRNA降解。

3、使用多聚物共递送siRNA，在体外和体内增强了阿霉素的细胞毒性。

(A) doxorubicin (DOX)在MDR细胞中多聚物的制备方法及提高治疗效果的机制示意图。4T1细胞(B)和4T1-MDR细胞(C)的DOX生长抑制曲线。

(D)多聚物中DOX溶液和DOX的IC50值。

(E)小鼠体内植入4T1细胞和(F) 4T1-MDR细胞的抗肿瘤活性。

4、siRNA的化学修饰。

(A)糖修饰，(B)磷酸盐主链修饰，(C)碱基修饰。

5、当用于治疗目的时，降低siRNA选择性和有效性的挑战。

(A)给药途径限制，(B)血管限制，(C)全身消除，(D)网状内皮细胞破坏，(E)脱靶效应，(F)免疫反应和毒性。

6、基于siRNA的治疗方法和靶向组织目前正在研究中。

在当今的siRNA治疗领域，人们的注意力都转向了优化这项技术，以实现基因沉默，同时最大限度地减少其在体内的不良影响。

参考文献：

Alshaer W, Zureigat H, Al Karaki A, et al. siRNA: Mechanism of action, challenges, and therapeutic approaches [published correction appears in Eur J Pharmacol. 2022 Feb 5;916:174741]. Eur J Pharmacol. 2021;905:174178. doi:10.1016/j.ejphar.2021.174178.

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