小干扰RNA
小干扰RNA(Small Interfering RNA, siRNA)系一种长度通常为 20-25 个核苷酸的双链 RNA 分子,是天然RNA干扰(RNAi)机制的核心效应因子。siRNA 通过碱基互补配对原则,特异性引导RISC复合物降解目标 mRNA,从而在转录后水平精准沉默致病基因的表达。作为核酸药物的重要分支,siRNA 以其极高的催化效率与靶向精确度,为解决“不可成药”靶点提供了革命性的治疗手段。
分子机制:RNA 干扰的级联反应
siRNA 介导的基因沉默是一个高度受控的生化过程,主要涉及以下关键步骤:
- RISC 装载与激活: 双链 siRNA 进入细胞质后被导入RNA诱导沉默复合物(RISC)。其中,“乘客链”(Passenger strand)被切除降解,而“引导链”(Guide strand)被保留并锚定在 Ago2 蛋白上。
- 靶向识别: 引导链通过碱基互补配对精准锁定目标 mRNA。
- 内切酶切割: Ago2 蛋白行使内切核酸酶活性,在对应位点切割 mRNA,导致其发生降解并彻底终止蛋白质翻译。由于 RISC 可在胞内循环作用,siRNA 具有极佳的单分子催化效能。
关键技术:化学修饰与递送策略
siRNA 的药物化需克服易降解、免疫原性及跨膜障碍,现阶段已形成成熟的技术架构:
- 骨架与碱基修饰: 引入 **2'-F** 或 **2'-OMe** 修饰以提升对核酸酶的抗性;通过**硫代磷酸酯**(PS)修饰增强血浆蛋白结合能力,延长体内半衰期。
- GalNAc 偶联技术: 针对肝脏靶向的“金标准”。通过配体与肝细胞表面的 ASGPR 受体结合,实现无载体辅助的高效内吞。
- LNP递送系统: 利用脂质纳米颗粒包裹 siRNA,主要用于肝外组织(如肿瘤间质)的靶向探索。
siRNA 与 ASO 药物之效能对比
| 特性维度 | 反义寡核苷酸 (ASO) | 小干扰 RNA (siRNA) |
|---|---|---|
| 分子形态 | 单链 DNA/RNA 类似物 | 双链 RNA |
| 作用酶 | RNase H | RISC (Ago2) |
| 催化效率 | 较低(1:1 消耗) | 极高(循环催化) |
参考文献
[1] Fire A, Mello C C, et al. (1998). Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature.
[学术点评]:诺贝尔奖级奠基文献,首次发现双链 RNA 诱导的基因沉默现象,开启了 RNAi 研究纪元。
[2] Whitehead K A, et al. (2009). Knocking down barriers: advances in siRNA delivery. Nature Reviews Drug Discovery.
[学术点评]:系统梳理了 siRNA 递送所面临的生理屏障及早期载体设计原则,系该领域的经典综述。
[3] Khvorova A, Watts J K. (2017). The chemical evolution of oligonucleotide therapies of clinical utility. Nature Biotechnology.
[学术点评]:详述了核苷酸化学修饰如何显著提升 siRNA 的稳定度与安全性,是药物工程化的核心参考。
[4] Springer A D, Dowdy S F. (2018). GalNAc-siRNA Conjugates: Making the Gene Therapy Promise a Reality. Nucleic Acid Therapeutics.
[学术点评]:深度解析了 GalNAc 技术在实现肝脏靶向递送中的药理学机制与临床转化价值。