Nat Materials: 新型RNAi传递系统

Nat Materials: 让RNAi技术迸发新活力

在过去的10年里，科学家们一直致力于利用RNAi技术开展靶向癌症治疗研究。然而，长期以来面临的一个重大挑战就是：缺乏一种有效传递RNA的系统。现在Hammond和她的同事们开发出了一种新型的传递系统，利用这一系统可将RNA紧密装入到微球体中，保护这些RNA在到达目的地之前都不会被降解。

　　

生物通报道  RNA 干扰（RNA interference，RNAi）是指通过反义RNA与正链RNA形成双链RNA特异性抑制靶基因的转录后表达的现象，它通过人为地引入与内源性靶基因具有相同序列的双链 RNA，诱导内源靶基因的mRNA降解，改变染色质的结构，达到关闭相应序列基因表达或使其沉默的目的。

RNA干扰（RNAi）技术的出现让科学家们掌握了一种人为控制基因表达的手段，也因此RNAi发现者获得了2006年诺奖。这一技术改变了许多领域研究的面貌，癌症疾病的研究就是其中之一。在过去的10年里，科学家们一直致力于利用RNAi技术开展靶向癌症治疗研究。然而，长期以来面临的一个重大挑战就是：缺乏一种有效传递RNA的系统。
 
大多数时候，短干扰RNA(siRNA)——一种在RNAi通道中的起中心作用的小RNA分子——会被机体内防御RNA病毒感染的酶快速降解。

“尝试设计出能够导入siRNA的传送系统无异于一场战斗，尤其是我们希望其能靶向身体的特定部位，”麻省理工学院工程学教授Paula Hammond说。

现在Hammond和她的同事们开发出了一种新型的传递系统，利用这一系统可将RNA紧密装入到微球体中，保护这些RNA在到达目的地之前都不会被降解。研究人员证实新系统敲除特异基因表达的效力与当前常用的传递方法相当，所需要的微粒量却小得多。研究人员在2月26日的《自然材料》（Nature Materials）杂志上详细地描述了这一系统。

Hammond说：“这一系统不仅为治疗癌症提供了新途径，而且还适用于由‘异常基因’导致的其他慢性疾病。RNAi为治疗包括癌症、神经性障碍和免疫疾病等在内多种疾病带来了巨大的希望。”

长期以来，科学家们都致力于开发多种途径，希望能人为重现RNAi靶向特异基因这一过程。其中一种方法就是将siRNA装入到由脂质或无机材料构成的纳米颗粒中。尽管取得了一些成功，然而其中一个重大的障碍就是无法紧密压缩这些短链RNA，因此很难将大量的siRNA装载到那些载体上。

为了解决这一难题，Hammond研究小组采用了一种称为滚环转录的RNA合成新技术，合成出了一条由21个核苷酸重复串联形成的极长链RNA。RNA长链合成的过程中，可以同时折叠，自组装到微小的、紧密的球体中。多达50万拷贝的RNA序列可以被压缩到直径仅为2微米的球体里。在球体组装完成后，研究人员再在其表面包裹一层带正电的聚合物，帮助球体进一步压缩，并进入到细胞中。在微球进入到细胞后，再利用Dicer酶将长链的RNA裂解成siRNA核苷酸片段。

肯塔基大学NIH纳米医学研发中心主任表示该研究最让人感到兴奋的是Hammond开发了一种RNA微粒自组装技术，这使得这些微粒能够缩小到接近50纳米，从而使进入细胞的效率大大增高。

在这篇文章中，研究人员还利用这一系统敲除小鼠中的特异性基因成功地抑制了肿瘤细胞的生长，其基因敲除效力与常规的纳米传递系统相当，然而纳米数量却减少到了1/1000.

研究人员表示在后续的研究中，他们将进一步改善这一系统用于特异性靶向肿瘤细胞或其他疾病细胞。他们同时也在开展DNA传递系统研究，以期未来有潜力应用到基因治疗中去。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Self-assembled RNA interference microsponges for efficient siRNA delivery

The encapsulation and delivery of short interfering RNA (siRNA) has been realized using lipid nanoparticles1, 2, cationic complexes3, 4, inorganic nanoparticles5, 6, 7, 8, RNA nanoparticles9, 10 and dendrimers11. Still, the instability of RNA and the relatively ineffectual encapsulation process of siRNA remain critical issues towards the clinical translation of RNA as a therapeutic1, 12, 13. Here we report the synthesis of a delivery vehicle that combines carrier and cargo: RNA interference (RNAi) polymers that self-assemble into nanoscale pleated sheets of hairpin RNA, which in turn form sponge-like microspheres. The RNAi-microsponges consist entirely of cleavable RNA strands, and are processed by the cell’s RNA machinery to convert the stable hairpin RNA to siRNA only after cellular uptake, thus inherently providing protection for siRNA during delivery and transport to the cytoplasm. More than half a million copies of siRNA can be delivered to a cell with the uptake of a single RNAi-microsponge. The approach could lead to novel therapeutic routes for siRNA delivery.