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Clinical Medical Research,临床医学研究(2)2020,4 ISSN:2705-0475(Print);2705-0939(Online)
1 基因沉默原理及进展 1.1 基因沉默
基因表达是一个通过 DNA 的转录、翻译，产生在生物学上 有特异性功能的蛋白质或 RNA 分子的过程。基因表达受到许多 因子的调控，一般把这一调控的过程称为基因表达调控。基因沉 默（gene silencing）是通过双链 RNA 诱导的识别和清除细胞中非 正常 RNA 的一种基因表达调控的机制。基因沉默的直接结果是 部分基因不表达或表达减少。从染色体的水平上来说，它可以近 似地被看做是形成异染色质（折叠压缩程度高,处于聚缩状态的染 色质）的过程。
在真核生物中，由于染色质存在于细胞核内，DNA的转录和 翻译被核膜分别隔离在两个不同的区域，核内 RNA 的合成与转 运，细胞质基质中 RNA 的剪接与加工等都能成为基因表达调控 的对象。基因沉默正是对 RNA 的剪接与加工的过程。根据基因 调控发生的先后次序，我们可以将基因沉默分为两类：即转录水 平调控（transcriptional regulation）和转录后水平调控（post-tran- scriptional regulation）。转录水平的基因沉默是DNA水平基因调控 的结果，主要是由转录的开始的 DNA 构型变化或导入基因中含 有异染色质使得细胞中 DNA 不再发生转录所导致的。
1.2RNAi 技术
转录后水平的基因沉默是 RNA 水平基因调控的结果，它比 转 录 水 平 调 控 的 基 因 沉 默 应 用 更 加 广 泛 。 特 别 是 共 抑 制
（cosuppression，也被叫做RNA 干扰，RNA interference,RNAi）现 象尤其受到生物学家们的热爱。转录后水平的基因沉默的特点是 信使 RNA 只要合成就立刻被 RNA 介导降解或被相应的反义 RNA或蛋白质封闭，最终没有了翻译蛋白质的能力。小干扰RNA
（Small interfering RNA；siRNA）即短干扰 RNA（short interfer- ing RNA）也称沉默 RNA（silencing RNA），是一个长度约为21- 23nt 的双链小分子 RNA，也是介导降解 mRNA 从而使个体产生 RNA 沉默（RNAi）的主要参与者之一，它在调节基因的表达过 程中带有专一性的方式。s i R N A 被发现后，国际上关于应用 siRNA 介导 RNAi 技术的研究取得了飞跃式的突破，这一技术不 仅被美国《Science》评为 2001 年的十大科学研究进展之一，还在 2002 年十大科学研究进展中排在第一位。
2 RNAi 在植物改良领域的应用 2.1 进展
RNAi 技术在研究上的重大进展使它目前被大面积地应用于
基于 RNA 干扰技术的基因治疗
黄天琦
北京化工大学生命科学与技术学院，中国·北京 昌平 016040
【摘 要】人类很多难以治愈的疾病都是由基因表达异常引起的，因此从致病基因的层面上对疾病进行防控治疗非常有必要。基因沉默 现象作为一种机体自带的表达调控手段，自从在转基因植物中被发现，接着在线虫、果蝇及更高等的动物中被报道后便在动植物医学领域上得到 了广泛的研究和运用，同时它也是现今分子生物学研究的热点之一。文章主要从基因沉默的定义、分类、产生的原理、国内外研究最新进展与其 在动植物及人类医学应用等角度进行阐述，旨在为基因治疗的发展和进一步应用提供一些帮助。
【关键词】基因表达调控；基因沉默；R N A 干扰；s i R N A ( Q 7 8 6 )
植物改良育种、动物病虫害防治、基因功能的探索、肿瘤的临床 治疗等众多领域。因为基因沉默现象最早发现于矮牵牛花这一植 物种群中，所以 RNAi 技术在植物改良领域已经得到了颇为丰富 的收获，研发出了众多具有优良性状的农作物。
在植物中，RNAi 被发现是一种抵御病毒、转座子和重复基 因组等核酸入侵的防御机制，siRNA在植物防御微生物或食草动 物的危害中也具有重要作用[1]。此前，在植物品种改善方面，防 治农作物病虫害主要依靠的是转基因技术这一新方向。但研究发 现，如果大量种植转基因作物会导致人为“自然”选择的发生，反 而使病虫的抗性逐代积累,这促使着我们寻找另一种无污染且效率 高的防治植物病毒和昆虫侵害的办法。因此，RNAi 技术得到广 泛研究后，常与转基因技术共同应用于生产实践,通过不同的载体 形式或工作方法来研发农业优良产品。
2.2 独特优点
同时，与转基因技术相比，RNAi技术具有其独特的优点。例 如，应用 RNAi 技术的过程中不会出现基因重复和染色体数目的 异变现象，且 RNAi 技术几乎能够靶向任何基因，为物种提供抵 抗大部分细菌的抗性，包括抗虫、抗病毒、抗真菌、抗线虫、抗 寄生性杂草等特性。RNAi 技术应用于植物品种改良能够有效杀 灭害虫、降低培育成本、增加产率、减少环境的负担，有助于生 产过程的可持续发展。
2.3 基因修饰
随着分子生物学的发展，RNAi技术还可以利用RNA介导的 DNA 甲基化技术（RdDM）对基因组进行表观遗传修饰，给植物 改良和育种方面带来了更多的发展空间。而 RNAi 技术与合成生 物学的共同作用可以实现针对植物某个具体发育过程的代谢调节 更准确的控制，从而达到明确改良品种的目的。值得注意的是，虽 然 RNAi 技术在生物安全性方面的研究已经取得了相当的成果，
但其作用的相关机理仍未得到明确，RNAi 技术在作物改良中的 可能性等待着进一步的探索[2]。
3 RNAi 在动物及人类治疗方面的应用 3.1 动物抗病虫
RNAi 技术不仅能够应用于植物防病虫害领域，实际上科学 工作者们也在进行着对动物抗病虫的研究，其中运用到的siRNA 主要通过注射、浸泡或转染等手段导入到动物（尤其是水生动物）
的细胞内。但在动物领域的研究过程中同样也存在着许多问题，
如 RNAi 技术效率较低、会出现脱靶现象、安全性不能得到确定
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等。对于脱靶，我们可以通过同一个基因选择多个靶位点，靶位 点选择在不易突变的区域，用软件预测是否含有脱靶效应，选择 合适的siRNA浓度，利用化学修饰或用特殊物质封装siRNA分子 等方法来解决，但如何更大程度甚至完全消除安全性方面的副作 用，还有待于进一步研究[3]。
3.2 重大疾病治疗
因为RNAi技术的应用可以专一高效地消除某一基因的表达，
研究者们在探索人类基因功能、传染性疾病及恶性肿瘤的治疗方 法时同样也对 RNAi 技术加以重视。然而，肿瘤的产生和生长有 着众多繁琐的步骤,肿瘤内部成分随着时间不断变化的性质也使得 其难以得到精确测量,且肿瘤中存在的多重生理屏障会干扰外源基 因的传递，导致 siRNA 在体内导入时存在稳定性差、内涵体逃逸 能力弱以及 RNA 沉默效率低等问题[4]。此外,肿瘤的产生生长还 伴随着频繁的基因突变,使用仅仅具有一种功能的小干扰RNA很 难做到对肿瘤生长的彻底抑制。
因此，需要制造一个内含大量外部刺激因子,如离子、磁场、
超声、光等用于设计多重刺激-响应型的纳米载体来增强对肿瘤 生长过程的抑制效果。同时，对siRNA进行多级逐步导入,增加跨 过肿瘤多重生理屏障的可能性。如上文所言,siRNA药物的在医药 领域的应用前景极有可能由今后一段时间内能否在载体的研发问 题上有所改进所决定。Chakraborty C 等人的研究表明，RNAi 技 术可以调控几乎所有已知基因的表达,因此RNAi药物的应用范围 非常广,可以靶向人类几乎所有重大疾病。[5 ]因此可以说，一旦 siRNA 药物的载体研发有所进展,以RNA沉默治疗的药物就会迅 速出现在治疗恶性肿瘤以及诸多传染性疾病等人类绝大多数难以 治愈疾病的药物市场中。
4 基因沉默的最新发现
最近，研究人员们在利用简单的粟酒裂殖酵母细胞进行细胞 分裂的研究时，发现缺乏RNAi的酵母细胞突变体不能够进入、维 持或退出静止状态（即不处在分裂期的状态），且缺乏RNAi的酵 母只有处在分裂状态时才能存活[6]。我们知道，细胞在想要停止 分裂分化时，需要通过对基因的表观遗传修饰（不改变基因序列）
才能改变细胞状态，从而进入静止期。这一研究表明正是RNA沉 默诱导产生了细胞特定基因的表观遗传修饰，使其得以退出分裂 状态。而在没有RNA干扰机制或RNA干扰机制无法工作的静止 细胞中，被正常RNA干扰机制沉默了的异染色质会出现活性，最 终使细胞功能发生紊乱，导致细胞的不正常衰亡。
要知道在自然界中，99％的细胞都是处于静止状态的。因此 控制着99％细胞稳定在静止期的基因沉默对细胞生物学及宏观生 命体研究的重要性显而易见。随着对现代生物工程技术研究的不 断进步，基因沉默技术作为一种未完全得到开发的基因表达调控 技术，在不久的将来必然会迎来从实验室临床测试过渡到市场真 正投放使用的阶段，其应用市场包括但不限于人体对病毒免疫机 理的发现、传染病病原防控与恶性疾病治疗等方面。可以预见，基 因沉默技术在充满未知与风险的后基因组时代将会拥有广阔的发 展前景，它也将为动植物改良培育产业以及人类医学进步的历程 上带来新的产业技术变革。
参考文献：
[1]Eamens A,Wang MB,Smith NA,Waterhouse PM.RNA silencing in plants:
yesterday,today,and tomorrow.Plant Physiol,2008,147(2):456 — 468.
[2]黄春蒙,朱鹏宇,王智,王晨光,杜智欣,魏霜,张永江,付伟.基于RNAi技术 的转基因植物研究进展[J].生物技术进展,2020,10(01):1-9.
[3]宋华丽,孙效迎,孔祥会,李莉,裴超.RNA干扰技术在水产动物抗病毒和 抗寄生虫研究中的应用研究进展[J].生物技术通报,2020,36(02):193-205.
[4]黄林卓,蔡佩娥,尹东,许小丁.肿瘤微环境响应的纳米载体用于siRNA 体内递送研究进展[J/OL].中国科学:生命科学:1-21[2020-09-18].
[5]颜炳学,米玉倩,崔庆为,仝舟,Anoliefo Ijeoma Janefrancis,高山.RNA干 扰药物——下一代治疗药物?[J].科学通报,2020,65(07):540-546.
[6]Michael J.Gutbrod,Robert A.Martienssen.Conserved chromosomal func- tions of RNA interference.Science.2020,21(5):311-331.
作者简介：
黄天琦（2000.05 —），女，汉族，浙江杭州，本科在读，北京化 工大学，研究方向：微生物学与基因工程。
