RNA干擾研究進展

王蘭蘭

摘 要：RNA干擾（RNA interference， RNAi）是正常生物體內抑制特定基因表達的一種現象，通過雙鏈RNA的介導特異性降解相應序列的mRNA，從而導致轉錄后水平的基因沉默。RNAi發生過程主要分為3個階段：起始階段、擴增階段、效應階段。其在抵抗病毒感染、抑制轉座子活動、調控內源性基因表達等方面發揮重要作用。本文就RNAi的分子機制、作用特點及其應用研究方面的進展做相關介紹。

關鍵詞：RNA干涉;基因沉默;雙鏈RNA

RNA 干擾（RNA interference，RNAi） 是指與靶基因序列同源的雙鏈RNA（ dsRNA） 所誘導的轉錄后基因沉默現象，是真核生物抵御病毒入侵、抑制轉座子活動、調控基因表達的監控機制。基因的表達具有選擇性，我們發現生物體內存在一套RNA 監視系統，能通過多種途徑產生異常dsRNA，誘發RNAi，激活抑制基因，控制活躍基因，從而參與基因選擇性表達。目前RNAi 技術因其操作簡單、特異性強、高效性等特點，被廣泛應用于植物的抗病毒研究、藥物靶基因的篩選、腫瘤治療等領域[1]。現對RNAi的研究進展做綜述。

1 RNA干涉的的發現

RNAi最早是在線蟲C.elegans上發現的，人們發現水蛭、錐體蟲、渦蟲、果蠅等無脊椎動物RNAi都非常有效。開始，較長雙鏈RNA只能引起少數胚胎細胞（如斑馬魚和小鼠胚胎）的RNAi現象。后來人工合成的21nt長度的RNA二合體在培養的哺乳動物細胞成功進行了RNAi。最近，利用載體表達的shRNA在許多培養的人源，猴源和鼠源的哺乳動物細胞的RNAi實驗取得了成功。RNAi廣泛存在于是生物界的現象。

2? RNA干涉的分子機制及作用特點

2.1 RNA干涉的分子機制

雖然遺傳學和生物化學的方法都已用于探索RNA干涉的機制，但其真正的機理尚未明了。目前認為其可能機制可分為三步：

第一步：dsRNA的形成。dsRNA是誘導細胞RNAi的關鍵組分，外源DNA、RNA序列均可激發細胞產生相應的dsRNA，但產生的方式不同。RNA病毒在病毒或細胞中RNA依賴性RNA聚合酶的催化下，合成病毒的RNA序列互補鏈，并與之結合形成dsRNA;細胞通過“通讀轉錄’，轉座子的反向重復序列，直接產生雙鏈RNA[2]。

第二步：siRNA的形成。形成的dsRNA要在細胞中大量擴增，當其在細胞中達到一定量的時候，會被一種特異的核酸內切酶識別并與之結合形成酶-dsRNA復合體。此后，在ATP的參與下，細胞中存在的另一種復合體—RNA誘導的沉默復合體，利用結合在其上的核酸內切酶活性切割靶mRNA分子中與dsRNA反義鏈互補的區域，形成了21-23個核昔酸的dsRNA，小片段稱之為短干涉RNA[3]。

第三步：RNAi的形成。SiRNA還可作為一種特殊的引物，在RdRP酶的作用下以把mRNA為模板合成dsRNA分子，這些dsNRA分子又可被RISC切割形成新的siRNA，新的siRNA又可進人上述循環，這種過程稱之為隨機降解性聚合酶鏈式反應。新生的dsRNA反復合成和降解，不斷產生新的siNRA，從而使靶mRNA漸進性減少，導致目的基因沉默，呈現RNiA現象。

2.2 RNA干涉的作用特點

RNAi途徑主要存在于細胞漿中，與反義核酸，核酶相比，RNAi具有以下特點。①特異性。siRNA是嚴格按照堿基配對法則與靶mRNA結合的，故只引起同源mRNA的降解。②遺傳性。dsRNA分子可擴散至生物體各個細胞，干擾效應可遺傳給后代，研究表明，通過注射或者浸泡siRNA，在二代線蟲中仍可觀察到對靶基因的抑制作用。③位置效應。研究表明只有針對編碼區的dsRNA才產生干擾效應，對內含子區域的dsRNA不產生干擾效應[4]。

3 RNA干涉的應用

3.1用于基因治療

RNAi的作用具有高效率和高特異性的特點，它能使目標蛋白的mRNA發生特異性的降解。目前，人們已經證明在培養的哺乳動物細胞中，RNAi可用于抗病毒和抗腫瘤等的基因治療Wilda等[5]，在K562細胞系用針對融合基因bcr-abl的dsRNA可以明顯引起細胞凋亡。隨著RNAi被成功應用于哺乳動物細胞，用于人類疾病的治療已為期不遠。

3.2新藥物的研究與開發

蛋白質是細胞功能的執行者，各種疾病的發生和蛋白質功能的異常是分不開的。RNAi不僅可以使細胞產生特定基因表型，而且它還具有高效和特異的特點。因此，它在新藥的開發與研究上具有廣闊的前景。比如RNAi可以作為尋找新的藥物靶標的工具[6]，可以高通量地對發現的藥物靶基因做功能分析，可幫助了解藥物作用的生化模式等。

3.3探索基因功能的工具

由于RNAi可以使特異基因mRNA發生降解，從而獲得特定蛋白功能喪失或降低的突變株。因此，RNAi可以作為一種強有力的研究工具，用于后基因組的研究。線蟲全基因組已于1998年測序完畢，RNAi的發現又為系統和高通量研究線蟲全基因組功能提供了可能。目前已探索了幾乎整個線蟲的所有基因（約19 000個）。植物的全基因組探索也正在進行中。

展望

RNAi作為一種改變基因表達的方法已在許多生物中進行了嘗試，取得了不同程度的成功。研究已發現在培養的人類細胞中確實存在RNAi現象，使人們看到了將RNAi作為遺傳學工具用于哺乳類乃至人類進行研究的曙光[7]。雖然RNAi研究的歷史很短，許多問題仍有待認識、解決，但隨著對RNAi機制的深入理解，RNAi將在功能基因組學、發育生物學研究，以及疾病的基因治療等方面發揮巨大的作用。

參 考 文 獻

[1] Koch A， Kogel K H. New wind in the sails： improving the agronomic value of crop plants through RNAi-mediated gene silencing.[J]. Plant Biotechnology Journal， 2014， 12（7）：821-831

[2] 付文金， 巢時斌， 彭劍雄. RNA干擾[J]. 中國細胞生物學學報， 2002， 24（5）：279-282.

[3] Zamore P D， Tuschl T， Sharp P A， et al. RNAi： double-stranded RNA directs the ATP-dependent cleavage of mRNA at 21 to 23 nucleotide intervals.[J]. Cell， 2000， 101（1）：25-33.

[4] 萬志紅， 王宇明. 基因功能研究新途徑-RNA干擾[J]. 世界華人消化雜志， 2004， 12（4）：962-964.

[5] 萬志紅， 王宇明. 基因功能研究新途徑-RNA干擾[J]. 世界華人消化雜志， 2004， 12（4）：962-964.

[6] 吳濤， 石寶晨， 陳潤生. RNA干涉現象的發現與研究進展——2006年諾貝爾生理學或醫學獎簡介[J]. 生物化學與生物物理進展， 2006， 33（10）：915-917.

[7] 孫秀菊. RNA干涉：沉默基因的機制及應用研究新進展[J]. 國際遺傳學雜志， 2002， 25（6）：313-316.