科学普及RNA疗法的过去现在和未来
原创裴佳伟田野等细胞世界
RNA，即核糖核酸，是存在于生物细胞以及部分病毒、类病毒中的遗传信息载体。多少关乎我们身体健康的奥秘，就悄然隐藏在其中。数十年来，科学界苦心孤诣钻研各类RNA疗法，希望能够实现突破，不断获取对抗疾病的利器。
非编码RNA（NoncodingRNA，ncRNA），是细胞内一类不编码蛋白质的RNA，主要通过RNA-RNA相互作用，其中人们研究最广的是RNA的干扰作用（RNAinterference，RNAi）。就RNAi在基因治疗和疾病方面的应用研究，目前已经有有多种基于RNAi技术的RNA药物获批或处于临床研发阶段。
那么为何RNA药物值得我们寄予厚望？
01RNA药物：另辟蹊径，破局而生
RNA药物的出现，颠覆了传统药物研发的逻辑思路。从理论上讲，只要知道致病基因的序列，设计与致病序列互补的RNA，即可从源头控制致病蛋白的翻译表达，以达到治疗疾病的目的。当我们以RNA作为靶点，就极大地丰富了药物靶点的选择，为药物研发带来新的变革。基于RNAi技术的RNA疗法，需要将外源性的小RNA（microRNA、siRNA等）引入细胞内发挥其相应作用。然而，由于RNA是单链，容易受血液中核酸酶降解，而且外源性的小RNA容易引起干扰素反应、细胞摄取率低等因素，这些都会限制RNA药物发展。目前大多数技术通过RNA化学修饰来提高RNA稳定性和改善免疫原性，优化脂质体、脂质体纳米颗粒等RNA递送载体来提高细胞RNA摄取率。
RNAi药物适应症涵盖的范围颇广，包括肿瘤、罕见病（如肌萎缩性脊髓侧索硬化、杜氏肌营养不良、脊髓性肌萎缩）、病毒性疾病、肾脏疾病、心血管疾病（凝血功能不足、血脂异常等）、炎症类疾病（如哮喘、关节炎、结肠炎）、代谢类疾病（如糖尿病、非酒精性脂肪性肝炎）等，其潜在市场规模十分广阔。其中肿瘤和罕见性疾病是应用最广的领域，可以想见，其未来的潜力将是巨大的。目前，已有4款RNAi药物获FDA批准上市，它们都采用了化学合成方式，此外还有多种RNAi药物已经进入临床研发阶段。
不过，RNAi药物大量应用临床研究有一个前提——解决小RNA的问题。简单地说，必须能够规模化生产、合成千克级的RNA原料，并有效地降低成本以及免疫原性，这样才有可能开展临床实验。
那么有没有一种能够实现大规模合成、活性更高、免疫原性低、机体耐受性高，而且价格低廉的RNA合成技术呢？
02一种利用生物发酵大规模生产小RNA的技术
科学家发现，转运RNA身上或许就存在着新的契机。
转运RNA(transferRNA，tRNA)所扮演的角色恰如其名。它们在细胞内负责将特定的氨基酸转运至核糖体中的多肽链用于肽链合成，在体内呈“三叶草”结构，结构较为稳定，可以抵抗细胞内核酸酶的降解。
科研人员利用tRNA嵌合抑癌基因miR-34a前体的方法，将tRNA反密码子环处进行酶切后将miR-34a前体序列连接到tRNA反密码子环处，构建了改良tRNA支架（optimalnoncodingRNAscaffold,OnRS支架），用于小RNA（microRNA、siRNA等）的大量表达。这样，就可以将OnRS支架的合成质粒转化到大肠杆菌感受态HSTO8中，与细菌内源性RNA对比来评估重组RNA的表达量；通过阴离子交换快速蛋白液相色谱（FPLC）对重组RNA进行纯化，并由尿素-聚丙烯酰胺凝胶电泳评估RNA纯度；利用内毒素检测试剂盒对RNA质量进行控制评价。研究表明，该改良tRNA支架可表达的小RNA种类更多，具有更好的普适性。
图1：新型tRNA支架（OptimalncRNAScraffold）[7]
如前所述，RNA药物由于其独特的优势，在未来的研究与应用中有着巨大的潜力。同时，RNA药物在后续发展中也面临着如何提高RNA稳定性、细胞摄取率等挑战。尽管化学修饰可以提高RNA稳定性和改善免疫原型，但过多的化学修饰会减弱RNA与靶基因的活性，降低药物活性。如果利用新型tRNA支架（OnRS），通过生物发酵的方式，则能够大规模生产RNA，“产品”的活性高、成本低并带有天然修饰，安全性更高。因此，利用改良tRNA支架（OnRS）生产重组小RNA，有望建立产业化生产小RNA的生物合成平台，极大地降低科学研究中所使用的小RNA类试剂的成本，为RNA类新药的开发提供强有力的技术支持。
作者简介：
裴佳伟、田野、骞爱荣西北工业大学生命学院，研究方向为抗病毒核酸药物研发
原标题：《RNA疗法的过去、现在和未来》
