RNA干扰解释

RNA干扰是基因块上最新的孩子……

通过允许科学家选择性地关闭基因，它有望以其治疗潜力和广泛的应用点燃科学界，包括不能让你哭的洋葱和治疗退行性疾病的新方法。但它是如何工作的呢?

这一过程源于美国生物学家克雷格·梅洛和安德鲁·费尔在20世纪90年代进行的一系列重要实验。他们给蠕虫注射了一小段RNA，这是一种叫做unc-22的肌肉基因的遗传镜像。结果是蠕虫会抽搐，就像另一个完全去除unc-22基因的蠕虫家族一样。这告诉Mello和Fire，他们注射的RNA一定关闭或“沉默”了被注射动物的肌肉基因。

在他们最初的蠕虫研究的基础上，两位科学家慢慢地拼凑出了这种“rna干扰”过程背后的分子机制，揭示了他们所做的似乎将成为分子生物学家工具箱中最强大的工具之一。

进化保护机制

RNA干扰的基础可以追溯到20世纪50年代，当时科学家首次发现RNA也可以以双链形式(dsRNA)存在，有点像它的亲戚DNA。当细胞被某些病原体(如HIV等病毒)感染时，dsRNAs可以自然地出现，也可以通过跳跃被称为转座子的遗传物质片段来破坏细胞的DNA。为了应对这些威胁，细胞已经进化出一种机制来降解任何发生的dsrna，以阻止有害物质的复制。

dsRNA的破坏是由一种名为Dicer的酶来完成的，这种酶与另一种名为Argonaute的酶一起起作用(Argonaute是一种随机命名的酶，因为它与一种章鱼家族相似，而章鱼家族又以希腊神话中由杰森率领的阿尔戈号上寻找金羊毛的水手命名)。

这些酶一起启动干扰过程，通过定位dsRNA并将其切割，这样它所代表的基因就不能被翻译成蛋白质序列，有效地“沉默”了基因。从真菌和植物到蠕虫、老鼠和人类，各种各样的生物都在经历着同样的过程。

利用RNAi

但是我们怎样才能把它变成我们的优势呢?基本的想法是重复Mello和Fire对他们的蠕虫所做的，关闭与某些疾病相关的麻烦基因。RNAi基因可以通过修饰的病毒传递到脆弱的细胞中，或者直接作为裸RNA注射到特定的细胞中。

虽然听起来很困难，但研究人员已经在将这一概念变为现实方面取得了重大进展。2006年，Williams等人发表了一项研究，他们探索了使用RNAi来阻止精子与卵子受精。他们利用这项技术沉默了一种编码精子结合蛋白的基因，这种蛋白通常存在于人类或老鼠的卵子表面。由此产生的卵子缺乏这种蛋白质，无法与精子相互作用，因此无法受精。由于目前的避孕方法包括控制女性荷尔蒙或在子宫内放置铜装置，这两种方法都会给一些人带来问题，这种暂时关闭对受精至关重要的基因的替代方法作为未来的避孕策略是非常有吸引力的。

“眼泪因素”

新西兰作物和食品研究有限公司的研究人员使用了同样的技术来抑制一种关键基因，这种基因负责切片洋葱的催泪效果。

催泪因子是一种叫做顺-丙硫- s -氧化物的硫化合物，它会刺激眼睛前部，导致催泪量增加。它是通过一种化学途径产生的，包括几个步骤，由酶催化，将洋葱中的刺激性化学物质，称为氨基酸硫化物，转化为活跃的哭泣化学物质。

切洋葱肉可以将这些酶，包括一种叫蒜化酶和另一种叫泪因子合成酶，从通常被隔离在洋葱细胞内的特殊隔间中释放出来。

新西兰团队用RNAi瞄准的就是这一步。他们插入了一小段遗传物质这是催泪因子合成酶基因的镜像。当这个镜像与基因配对时，两者形成一个dsRNA片段，细胞会降解，阻止基因的表达。

现在，洋葱并没有将硫化合物转化为撕裂剂，而是将它们转移到另一种代谢途径，产生有味道的分子。因此，它们刺激的是味蕾而不是泪腺。

该项目的负责人科林·伊迪博士对这种“无泪洋葱”的潜力充满信心。他说:“它们是一种用途广泛、营养丰富的蔬菜，洋葱是许多国家膳食纤维的主要来源之一，如果我们能设法让更多的人烹饪和食用新鲜洋葱，那么这一定是一个积极的结果。”谁会不同意呢?

神经退行性疾病

但比洋葱不会让你哭更重要的是使用RNAi治疗某些人类遗传疾病的前景。爱荷华大学的研究员Beverly Davidson和她的团队最近表明，像亨廷顿氏病这样的疾病可能适用于基于RNA干扰的治疗(Nature Medicine doi:10.1038/nm1076)。

爱荷华州的研究小组对患有脊髓小脑性共济失调的退行性疾病的老鼠进行了研究，成功地在五周大的老鼠身上沉默了罪魁祸首基因，这样它编码的有毒蛋白质就不会产生，从而预防了退行性疾病。经过六个月的基因治疗，与未治疗的小鼠相比，研究中的小鼠表现出正常的运动，没有出现脑损伤的迹象，而未治疗的小鼠都出现了症状。

尽管这项研究取得了积极的结果，正如戴维森指出的那样，这是“活体动物大脑中有针对性的基因沉默的第一个例子，[表明]这种方法最终可能对人类治疗有用”，但人们仍然对这种治疗方法未来可能取得的成功持怀疑态度。

首先，与亨廷顿氏症有关的基因在大脑的不同部位活跃，而在这项研究中检测的基因则不同。用戴维森研究中使用的病毒载体获取亨廷顿氏基因可不是一件小事。然而，在其他情况下，许多被靶向的基因主要在胚胎发育期间活跃，因此在以后的生活中沉默它们，副作用最小，似乎是可行的。

德国马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)的研究人员、基因沉默领域的领军人物托马斯·图施(Thomas Tuschl)警告说，尽管如此，年龄可能会成为一个问题。戴维森的研究小组已经表明，如果在症状明显之前及早开始治疗，他们可以预防这种疾病。他们还没有证明治疗一只10周大的患病动物是否会改善症状。对于大多数医疗应用来说，患者在被诊断时已经有了症状。”

然而，这项研究并不是研究RNA干扰和基因沉默如何在未来改善医学治疗的一个孤立的例子。可能性似乎无穷无尽，至少治疗方法似乎发展迅速。这一领域既令人兴奋，又取得了长足的进步，我们可以在不久的将来而不是遥远的将来获得基因治疗的好处。