全球各实验室如何进行RNAi实验？

对于那些之前在研究基因功能方面受到挫折的研究人员而言，体内RNA干扰（RNA interference，RNAi）技术的出现就好像是救兵一般，令人欣喜。理论上体内RNAi能进行更加细致的敲除，从而研究人员能获得时间和空间调控的基因敲除效果。

但是这并不意味着体内RNAi是一件容易完成的实验，实际上RNAi实验操作声名狼藉，即使是细胞培养这一步，都面临着许多困难。就像来自整合DNA技术（Integrated DNA Technologies）的Mark Behlke说的一样，“在体内，问题其实是一样的，不同的只是要更加困难十倍”。研究人员需要将RNA导向他们的靶器官，和靶细胞，有效的转染细胞，并且还要解决好毒性和脱靶的问题。

值得留意的是也有一些小技巧能解决一些问题，比如说，对于人工合成的小干扰RNAs，可以利用一些阳离子脂质体来中和RNA的负电荷，从而使得这些RNA更容易通过细胞膜，或者进行化学修饰，保护RNA不受到核酸酶，免疫阻隔和其它一些脱靶效应的影响，还有就是合成27mers的RNA，帮助提高效率。

另外近期一些研究证明，利用短发夹结构编码siRNA，通过病毒载体传送，也许是一种更为有效的敲除方法。但shRNA表达可变，并且效应时程长，不适合一些实验应用的需要。所以我们还需要更为普及的传送方法，比如纳米粒子，PEG修饰脂质体（pegylated liposomes），但这些还在研制当中的载体也存在许多问题，需要与化学或者制药学方面的研究人员合作，正如Behlke所说，“你能阅读它们，但是得不到。”

对于第一次进行体内RNAi实验的研究人员来说，这些都是问题，ABI的Steven Suchyta说，“并没有什么捷径可以让你轻松过关，可以借鉴的只是经验”，以下就是一些经验之谈。

（1）肿瘤敲除

使用者：德国埃朗根大学（University of Erlangen）肝病学与肿瘤学教授Matthias Ocker

项目：抗细胞凋亡基因Bcl-2，以及其它与胰腺癌，肝癌相关基因的敲除

问题：将siRNA传递到全身肿瘤

方法：Ocker的实验室将培养的肿瘤细胞作为异种移植注射到小鼠中，待这些肿瘤生长之后，研究人员以低剂量（体重100 mg/kg），低体积（每天100ml）将未修饰siRNA腹腔注射生理盐水（in saline）注入小鼠，对靶基因进行系统敲除。

Ocker表示，“我们也发现使用的载体对于敲除效率十分重要，生理盐水或者PBS都不错，但无菌水效果却不好。”

优点：系统递送能靶向包含了散布的初级肿瘤和转移肿瘤的癌症

缺点：没有传送载体靶向特异性的细胞类型，降低了效率。

底线：Ocker表示，“针对癌症，你需要一种系统性的方法”，“目前存在个大问题——我们现在缺乏一种有利于胰腺癌细胞特异性吸收的很好的携带或者靶向的工具”。要解决这个问题需要一段时间，来自哈佛医学院的Judy Lieberman最近发现包含有抗体片段的融合蛋白能识别特异性受体，从而包厢乳腺癌细胞。

（2）特级靶向

使用者：德州大学医学院麻醉学副教授Helen Lee Hellmich

项目：研究神经细胞一氧化氮合酶（nitric oxide synthase），以及在大鼠海马大脑创伤后增加的其它基因的治疗效果

问题：如何在正确的时间靶向正确的器官

方法：Hellmich等人利用芯片技术识别出在受伤后几天（而不是几个小时）增加的基因。Hellmich首先将siRNA克隆进了一个腺病毒载体——能持续表达4个星期，比起其它病毒提供了更短的敲除。为了得到更多的临床相关结果，Hellmich她又将siRNA转入了一个阳离子脂质体，立体定位注射（stereotactic injection）进海马CA3区域，经过时段监控，siRNAs获得了更好的调节瞬时传递（tuned temporal delivery）效果。由于Hellmich在RNAi修补（RNAi tinkering）方面缺少经验，因此他采用了商业产品来完成。“我从厂家购买了这个产品，希望获得最好的结果。”

优点：比较于敲除小鼠，siRNA能获得更好预期的表型；公司能提供一些现成的产品

缺点：递送外科靶向困难；对于每一个基因，过程需要重新优化

底线：鞘内注射（Intrathecal injection），这是一种靶向大脑的常见方法，但对于靶向大脑特定区域并不合适。Hellmich的方法能进行体内50%—60%的敲除，她说，“这也许是足够的，如果一个基因对于生存而言不是必需的，那么你就仅仅敲除了那些正调控的基因”，最终这些领域都需要更好的递送系统，那些可以购买到的产品目前“也许并不是最优的，但五年来我一直使用这些产品。”

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（3）病毒入侵者（Viral Invaders）

使用者：南阿拉巴马州立大学微生物学和免疫学教授Sailen Barik

项目：敲除编码呼吸融合病毒 (Respiratory Syncytial Virus，RSV) 功能亚基的基因，抑制病毒在小鼠体内繁殖

问题：在确保草案全面试实施的同时，用化学修饰法和27mer链拧动以油脂为基础的传递

方法：鼻内递送绑定阳离子脂质转染试剂递的siRNAs。Barik说：“对于呼吸病毒来说，这是最好的途径，因为其基本上停留在肺中，不会扩散到其他部位。”裸siRNA依然有效，但效率低。接着，研究人员对其进行化学修饰，但在决定对siRNA修饰的位点时却饰遇到了挑战，之前有作用的试剂在修饰后有时会无效。他们还尝试了27mer链，Barik说结果没有明显改善。

优点：肺提供了一个有效的传递途径

缺点：改变一个参数意味着需要重新优化草案

底线：整合的许多诀窍都需要修补，已公布的草案不一定能够提供多大帮助。“我认为现在应该将病毒的化学修饰与27mer结合起来，检测它们在动物体内的效果，”Barik说，化学修饰通常有效，“但需要计算出适合所用系统的位点。”更何况，将递送试剂与化学修饰结合起来会“抛弃全部的递送关系。”

（4）载体敲除（Vector Knockdown）

使用者：斯坦福大学研究生Daniel Paskowitz

项目：敲除成体大鼠视网膜中的基因，研究视网膜病变

问题：维持遗传表达的稳定性

途径：Paskowitz利用腺相关病毒（adeno-associated viral ，AAV）载体将shRNA递送到视网膜中。Paskowitz说DNA能够以一种比siRNA更稳定的方式被递送到细胞内。尽管大多数AAV载体的表达需要2－4周，但利用一种许多实验室发展的强启动子将表达时间缩短到几天内。

优点：shRNA提供更稳定的组织靶向性；使用者可以转换不同的编码RNAs，最优化病毒递送草案；有细胞特异性的病毒可用于靶向

缺点：敲除效果不稳定；克隆病毒载体比直接的siRNA需要的时间长；许多病毒载体需要时间表达

底线：“不是所有的shRNA都是相同的，”Paskowitz说，“预测哪个有效、哪个无效，仍然是一个不完整的科学。”不同病毒有不同的表达时长，但在视网膜中，AAV递送的基因表达基本上是持久的。虽然Paskowitz实验中使用的器官容易获得，但病毒递送仍比大多数siRNA方法灵活。某些AAV特异感染光感受器，其它的有些会转向色素细胞，而且该方法理论上可以靶向截然不同的细胞类型。

（5）全面敲除取代（Full-on Knockout Replacement）

使用者：哈佛大学医学院非肥胖型糖尿病小鼠中心管理员John Stockton

项目：制造可遗传的基因敲除，如与I型糖尿病有关的CELA4

问题：几个插入位点之间的干扰和表达结果不稳定

方法：“与普通转染过程相似，”Stockton说，“但这里，因为有几个插入位点，表达变得更加不稳定。” Stockton与其同事通过显微注射，利用慢病毒载体将小发卡RNAi递送到小鼠胚胎，然后将这些胚胎移植到pregnancy-primed雌鼠。雌鼠所分娩的后代体内，靶基因被部分敲除。

优点：可遗传的、永久的基因效果；比制造敲除快3倍；适用范围广，除小鼠外还可用于鸟、鱼、大鼠、家畜

缺点：不完全敲除；表达率不稳定；慢病毒需要的生物安全等级为2，操作要小心

底线：编码RNAi的病毒载体赋予了传统敲除的近似速度。目前只能部份阻断靶基因的功能，然而，该技术不仅更快而且更有效。成功率接近30%，比核内注射（pronuclear injection）的效率高，Stockton认为，10％－40％的细胞构建成功，可变性就会在后代中稳定下来。