RNA干扰研究进展

王兰兰

摘 要：RNA干扰（RNA interference， RNAi）是正常生物体内抑制特定基因表达的一种现象，通过双链RNA的介导特异性降解相应序列的mRNA，从而导致转录后水平的基因沉默。RNAi发生过程主要分为3个阶段：起始阶段、扩增阶段、效应阶段。其在抵抗病毒感染、抑制转座子活动、调控内源性基因表达等方面发挥重要作用。本文就RNAi的分子机制、作用特点及其应用研究方面的进展做相关介绍。

关键词：RNA干涉;基因沉默;双链RNA

RNA 干扰（RNA interference，RNAi） 是指与靶基因序列同源的双链RNA（ dsRNA） 所诱导的转录后基因沉默现象，是真核生物抵御病毒入侵、抑制转座子活动、调控基因表达的监控机制。基因的表达具有选择性，我们发现生物体内存在一套RNA 监视系统，能通过多种途径产生异常dsRNA，诱发RNAi，激活抑制基因，控制活跃基因，从而参与基因选择性表达。目前RNAi 技术因其操作简单、特异性强、高效性等特点，被廣泛应用于植物的抗病毒研究、药物靶基因的筛选、肿瘤治疗等领域[1]。现对RNAi的研究进展做综述。

1 RNA干涉的的发现

RNAi最早是在线虫C.elegans上发现的，人们发现水蛭、锥体虫、涡虫、果蝇等无脊椎动物RNAi都非常有效。开始，较长双链RNA只能引起少数胚胎细胞（如斑马鱼和小鼠胚胎）的RNAi现象。后来人工合成的21nt长度的RNA二合体在培养的哺乳动物细胞成功进行了RNAi。最近，利用载体表达的shRNA在许多培养的人源，猴源和鼠源的哺乳动物细胞的RNAi实验取得了成功。RNAi广泛存在于是生物界的现象。

2  RNA干涉的分子机制及作用特点

2.1 RNA干涉的分子机制

虽然遗传学和生物化学的方法都已用于探索RNA干涉的机制，但其真正的机理尚未明了。目前认为其可能机制可分为三步：

第一步：dsRNA的形成。dsRNA是诱导细胞RNAi的关键组分，外源DNA、RNA序列均可激发细胞产生相应的dsRNA，但产生的方式不同。RNA病毒在病毒或细胞中RNA依赖性RNA聚合酶的催化下，合成病毒的RNA序列互补链，并与之结合形成dsRNA;细胞通过“通读转录’，转座子的反向重复序列，直接产生双链RNA[2]。

第二步：siRNA的形成。形成的dsRNA要在细胞中大量扩增，当其在细胞中达到一定量的时候，会被一种特异的核酸内切酶识别并与之结合形成酶-dsRNA复合体。此后，在ATP的参与下，细胞中存在的另一种复合体—RNA诱导的沉默复合体，利用结合在其上的核酸内切酶活性切割靶mRNA分子中与dsRNA反义链互补的区域，形成了21-23个核昔酸的dsRNA，小片段称之为短干涉RNA[3]。

第三步：RNAi的形成。SiRNA还可作为一种特殊的引物，在RdRP酶的作用下以把mRNA为模板合成dsRNA分子，这些dsNRA分子又可被RISC切割形成新的siRNA，新的siRNA又可进人上述循环，这种过程称之为随机降解性聚合酶链式反应。新生的dsRNA反复合成和降解，不断产生新的siNRA，从而使靶mRNA渐进性减少，导致目的基因沉默，呈现RNiA现象。

2.2 RNA干涉的作用特点

RNAi途径主要存在于细胞浆中，与反义核酸，核酶相比，RNAi具有以下特点。①特异性。siRNA是严格按照碱基配对法则与靶mRNA结合的，故只引起同源mRNA的降解。②遗传性。dsRNA分子可扩散至生物体各个细胞，干扰效应可遗传给后代，研究表明，通过注射或者浸泡siRNA，在二代线虫中仍可观察到对靶基因的抑制作用。③位置效应。研究表明只有针对编码区的dsRNA才产生干扰效应，对内含子区域的dsRNA不产生干扰效应[4]。

3 RNA干涉的应用

3.1用于基因治疗

RNAi的作用具有高效率和高特异性的特点，它能使目标蛋白的mRNA发生特异性的降解。目前，人们已经证明在培养的哺乳动物细胞中，RNAi可用于抗病毒和抗肿瘤等的基因治疗Wilda等[5]，在K562细胞系用针对融合基因bcr-abl的dsRNA可以明显引起细胞凋亡。随着RNAi被成功应用于哺乳动物细胞，用于人类疾病的治疗已为期不远。

3.2新药物的研究与开发

蛋白质是细胞功能的执行者，各种疾病的发生和蛋白质功能的异常是分不开的。RNAi不仅可以使细胞产生特定基因表型，而且它还具有高效和特异的特点。因此，它在新药的开发与研究上具有广阔的前景。比如RNAi可以作为寻找新的药物靶标的工具[6]，可以高通量地对发现的药物靶基因做功能分析，可帮助了解药物作用的生化模式等。

3.3探索基因功能的工具

由于RNAi可以使特异基因mRNA发生降解，从而获得特定蛋白功能丧失或降低的突变株。因此，RNAi可以作为一种强有力的研究工具，用于后基因组的研究。线虫全基因组已于1998年测序完毕，RNAi的发现又为系统和高通量研究线虫全基因组功能提供了可能。目前已探索了几乎整个线虫的所有基因（约19 000个）。植物的全基因组探索也正在进行中。

展望

RNAi作为一种改变基因表达的方法已在许多生物中进行了尝试，取得了不同程度的成功。研究已发现在培养的人类细胞中确实存在RNAi现象，使人们看到了将RNAi作为遗传学工具用于哺乳类乃至人类进行研究的曙光[7]。虽然RNAi研究的历史很短，许多问题仍有待认识、解决，但随着对RNAi机制的深入理解，RNAi将在功能基因组学、发育生物学研究，以及疾病的基因治疗等方面发挥巨大的作用。

参 考 文 献

[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， 巢时斌， 彭剑雄. RNA干扰[J]. 中国细胞生物学学报， 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] 万志红， 王宇明. 基因功能研究新途径-RNA干扰[J]. 世界华人消化杂志， 2004， 12（4）：962-964.

[5] 万志红， 王宇明. 基因功能研究新途径-RNA干扰[J]. 世界华人消化杂志， 2004， 12（4）：962-964.

[6] 吴涛， 石宝晨， 陈润生. RNA干涉现象的发现与研究进展——2006年诺贝尔生理学或医学奖简介[J]. 生物化学与生物物理进展， 2006， 33（10）：915-917.

[7] 孙秀菊. RNA干涉：沉默基因的机制及应用研究新进展[J]. 国际遗传学杂志， 2002， 25（6）：313-316.