RNAi技术突破：siRNA体内传递机制

小RNAs如何进入哺乳动物细胞？

一切开始于花：上个世纪90年代挪威的研究人员发现在矮牵牛（petunias）中有一种特殊的基因的额外拷贝可以抑制其活性，而不是如之前假想的增强其活性。几年之后这种基因研究发现其机制基于细胞中mRNA的降解，最终在90年代末期诺贝尔获得者Andrew Fire和Craig Mello建立了RNA干扰（RNA interference，RNAi）技术解决了这一问题：利用双链RNA特异有效关闭基因。科学家们利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，简称C. elegans）进行研究，但是之后Fire和Mello在利用RNAi传递进脊椎动物的时候出现了许多问题。尤其是小RNAs，即siRNAs（small interfering RNAs），在动物操作中十分困难。虽然利用不同的方法，比如高压喷射（high-pressure injections）或者胆固醇协力，可能可以成功传递siRNAs，但是其机制至今并不清楚。

来自苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)分子系统生物学研究院的教授Markus Stoffel，与Alnylam公司合作，成功阐明了哺乳动物中与脂肪酸结合的siRNA如何被吸收的机制。这一研究文章最早公布在《Nature Biotechnology》网站上，同时将以siRNA治疗可能性的内容出现在11月印刷版上，因为Sotffel表示siRNA能与不同的脂肪酸有效结合。

原文检索：
Published online: 16 September 2007 | doi:10.1038/nbt1339
Mechanisms and optimization of in vivo delivery of lipophilic siRNAs
[Abstract]

胆固醇转运子（transporters）扮演着重要角色

Stoffel和他的研究团队将目光转移到胆固醇修饰siRNA上，并不是因为基于这种复合物的这种方法特别有效，而是因为这种方法副作用小。所有的研究人员首先希望知道siRNA是否能被绑定到出来胆固醇以外的其它疏水亲脂性物质上，从而能同时减少肝脏的一个靶基因的活性。结果证明有几种这样的脂肪酸（fatty acids），但是到底血液中这些RNAs结合的所谓的疏水亲脂物质是什么呢？

苏黎世联邦理工学院的研究人员通过脂肪酸研究发现，这些结合的partners就是鼎鼎有名的胆固醇转运蛋白：高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)和低密度脂蛋白（ Low Density Lipoprotein，LDL），以及血液中随处可见的血清白蛋白（albumin）。如果没有这些脂蛋白离子，那么siRNAs就无法被吸收入组织中。

在另一项研究中，科学家证明如果siRNA-脂肪酸分子在实验之前已经牢固的结合到了HDL和LDL上，就能更加有效被吸收，Stoffel研究小组也发现一个siRNA-脂肪酸分子是结合到HDL上还是LDL上，会影响这种吸收的特异性，会传递到不同的组织：所有LDL复合物启动肝脏的反应，而HDL复合物则在肠或肾中起作用。 　

一个令人气愤的发现

后一个发现说明siRNA吸收需要HDL和LDL受体，研究人员通过失活这些受体证明这一假设，结果发现受体失活后，siRNA就不能被传递吸收。尽管获得了这些研究结果，但是Stoffel还是感到有一些气愤——他发现很难想象这些siRNA通过如HDL一般正常的吸收途径进入细胞，因为这一路线将会引入细胞自身的消化系统，其中的溶酶体会把siRNAs降解。那么这些siRNAs如何能避开这种降解呢？Stoffel认为siRNAs可能利用了一种不同的入口进入细胞，因此HDL和LDL受体只在停靠位（docking station）而不是入口处起作用。

但是这一不同的入口是什么呢？苏黎世联邦理工学院的研究人员想起了一个线虫细胞siNRA吸收必需的基因产物：Sid1，在哺乳动物中也有一个这一基因的同源异型体（homologue）。研究人员将这一基因失活，发现在哺乳动物中Sid1也是必需的。整个发现获得了一个完整siRNA机制，从开始与特异脂肪酸结合，到连接到疏水性蛋白上，传递至组织细胞中。
　

研究与治疗的前景

Stoffel认为通过他们的工作，能确定出siRNA吸收机制中最重要的元素，然而他也表示也有可能更多的分子在其中扮演了重要的角色。但是由于这是第一次深入研究这一机制，因此很有可能促进这一技术的快速发展。比如，Stoffel研究团队想要了解HDL和LDL是否能被合成蛋白或富集脂质粒子所替代，这样这一技术就可以用于基因治疗中。

而且siRNA doors的确定也开启了基础研究的新方法——也许可以用miRNAs替代siNRA，同样的机制对于miRNA抑制子而言也应该有效。由于越来越多的研究人员认为miRNA在基因调控中发挥了一个决定性的作用，因此miRNA的靶向及抑制也许通过这一研究结果能获得进一步的发现。