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为解决寡核苷酸疗法临床应用中稳定性差的问题，研究人员开展了新型核酸类似物 eTNA 的研究。结果显示，eTNA 能增强寡核苷酸抗 3'- 核酸外切酶降解的能力。该研究为核酸药物设计提供了新思路。
在生命科学和医学领域，寡核苷酸疗法近年来备受关注。它就像一把神奇的钥匙，试图开启治疗多种疾病的大门。寡核苷酸（如反义寡核苷酸 ASOs、小干扰 RNAssiRNAs 等）可以通过与特定的靶 RNA 结合，调控基因表达，从而为攻克各种疑难病症带来希望。然而，这把 “钥匙” 在实际应用中却遇到了重重阻碍。
其中最大的难题之一就是寡核苷酸的稳定性问题。未修饰的 DNA 和 RNA 寡核苷酸在体内外环境中极其脆弱，就像在狂风中摇曳的蜡烛，很容易被核酸酶降解，尤其是在血液等环境中，其半衰期极短。这不仅限制了它们在体内发挥作用的时间，还影响了药物的疗效。为了改善这一状况，科研人员尝试了多种化学修饰方法，虽然取得了一定进展，但仍面临诸多挑战。比如，某些修饰可能会影响寡核苷酸的三维结构，进而影响其与靶分子的结合能力或催化效率；而且，对于一些常用修饰的作用机制，科学家们还知之甚少。
在这样的背景下，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所等机构的研究人员决心探索新的解决方案，开展了关于新型核酸类似物 eTNA（threose nucleic acid 的差向异构体）的研究 。他们的研究成果发表在《Communications Chemistry》上，为寡核苷酸疗法的发展带来了新的曙光。
研究人员在本次研究中用到了多种关键技术方法。在化学合成方面，通过一系列复杂的化学反应合成了 eTNA 单体，并将其掺入寡核苷酸中。利用固相合成法制备了不同末端修饰的寡核苷酸。采用热熔融研究、核酸酶稳定性测定等实验方法，评估修饰对寡核苷酸稳定性的影响。运用分子动力学模拟和配体 - 蛋白质对接等计算方法，深入探究核酸外切酶抗性的分子机制。
下面来看看具体的研究结果：
- 结构特征：通过量子力学（QM）方法优化结构，计算四种胸腺嘧啶核苷酸的皱折角。发现 eTNA - T 的糖构象与其他核苷酸明显不同，其皱折角为 9.5°，呈 C3'-endo 构象，类似 RNA 中的核糖环，而 T 和 INV - T 采用 B 型 DNA 特征的 C2'-endo 构象，TNA - T 的皱折角为 33.4°1。
- 合成与稳定性：成功合成 eTNA 单体及相应的磷酰胺单体，并将其用于合成寡核苷酸。热熔融研究表明，eTNA 作为内部修饰会严重破坏双链稳定性，但作为末端修饰（如在 DNA 链末端作为悬挂核苷酸）可提高双链稳定性。核酸酶稳定性测定显示，eTNA - T 在 5'- 端或 3'- 端修饰均能显著提高寡核苷酸对核酸外切酶的抗性，在 50% 人血清中，eTNA - T 3'- 端修饰的寡核苷酸半衰期比未修饰的延长了许多，且优于 INV - T 和 TNA - T 修饰23。
- 分子机制：以蛇毒磷酸二酯酶（VPD）为模型酶，利用配体 - 蛋白质对接和分子动力学模拟构建结构模型。研究发现，3'- 末端修饰核苷酸的糖环构象和刚性影响其在 VPD 活性位点的结合姿势，进而影响与 VPD 的结合亲和力和催化反应。eTNA - T 和 TNA - T 的核碱基部分更靠近 N 口袋入口，溶剂暴露更多，π-π 堆积相互作用缺失，降低了结合亲和力；同时，其糖环构象阻碍了五配位三角双锥过渡态的形成，从而增强了对 3'- 核酸外切酶的抗性45。
研究结论和讨论部分指出，研究人员设计的 eTNA 结合了倒位核苷酸和 TNA 的结构特征，通过实验和计算分析，揭示了其对寡核苷酸结构和功能的影响以及抗核酸外切酶的分子机制。eTNA 作为一种新型 3'- 末端封端类似物，在提高寡核苷酸抗 3'- 核酸外切酶降解能力方面表现出色，为核酸药物尤其是适体和 DNA 酶的合理设计提供了重要依据，有助于开发更稳定、高效的核酸疗法，推动寡核苷酸疗法在临床治疗中的广泛应用。
