核酸药物的研究与应用_李淑娟
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收稿日期： 2012 － 12 － 24 ； 修回日期： 2013 － 01 － 11
闭某些基因表达， 使之低表达或不表达， 这种技术即为 反义核酸技术， 该技术是一种新的药物开发方法， 利用 反义核酸技术研制的药物称为反义核酸药物， 包括反 义 RNA 和 反 义 DNA，通 常 是 指 反 义 寡 核 苷 酸 （ ASODN） 。反义核酸药物与传统药物的性质和作用 对象明显不同， 表现为： 新的化学本质 — 核酸； 新的药 — —mRNA 和 双 链 DNA； 新 的 受 体 结 合 方 物 受 体— — —WatsonCrick 和 Hoogsteen 杂交； 新的药物受体 式— 结合后反应等 。 此外， 与传统药物主要是直接作用于 致病蛋白本身相比， 反义核酸药物作为直接作用于致 具有合成方便 、 序列设计简 病编码基因的治疗药物， 单、 容易修饰 、 选择性高 、 亲和力高等特点， 可用于多种 疾病的治疗， 主要用于癌症和病毒感染 。 目前， 反义核 酸药物已在治疗癌症（ 如神经母细胞瘤 、 膀胱癌 、 多发 骨髓瘤 、 乳腺癌 、 胃癌、 宫颈癌 、 胰腺癌等） 、 抗病毒（ 如 HIV、 HBV 等） 、 精神疾病 、 自身免疫病（ 如牛皮癣 、 多发
实验研究 质体介导转染舌鳞癌细胞系 Tca8113 细胞， 表明 FasL ASODN 对 Tca8113 细胞的增殖有一定的抑 制作用， 能够促进其凋亡， 因此 FasL 的 ASODN 有望成 为舌鳞癌潜在的基因治疗方法 。 孙兆翎
［6 ］
端粒酶 RNA 的 HDV 核酶基因， 构建了该核酶的真核 表达质粒并将其导入肝癌 7402 细胞 、 结肠癌 HCT116 细胞和正常人 L02 肝细胞中， 用于检测该核酶对人端 HDV 核酶在 粒酶 RNA 的体内外切割效力 。结果表明， 体外 能 有 效 切 割 端 粒 酶 RNA， 最大切割效率为 70. 4% ； 在细胞内能明显抑制端粒酶活性， 抑制细胞生 长， 促进细胞凋亡， 该核酶有望成为有效的端粒酶抑制 在抑制肿瘤生长中发挥作用 。 剂， 脱氧核酶是利用体外分子进化技术合成的一种具 有催化功能的单链 DNA 片段， 具有高效的催化活性和 结构识别能力 。 脱氧核酶具有切割 RNA、 切割 DNA、 激酶、 连接酶等活性， 其中以对 RNA 切割活性的脱氧 核酶更引人注意， 它不仅能催化 RNA 特定部位的切割 mRNA 而且能从 水平对基因进行灭活， 从而调控 反应， 蛋白的表达 。 方平
X 基因的序列设计针对起始密码的脱 根据 HBV-
X 基因的表达， 氧核酶来阻断 HBV发现该脱氧核酶对 HBVX 基因在肝癌细胞中的表达有一定抑制作用， 从 而降低肝细胞癌的死亡率， 提高慢性 HBV 感染者的生 存质量， 具有很大的社会效益及经济效益 。 王炜琴
［14 ］
等利用小发卡状 RNA 单独及联合脱氧核酶抑制鼻咽 癌细胞中 EB 病毒潜伏膜蛋白 1 （ LMP1 ） 基因的表达， 发现小发卡状 RNA 联合脱氧核酶能够提高抑制 EBVLMP1 基因表达的效率， 该研究将 RNA 干扰和脱氧核 酶技术联合应用， 为探讨联合基因治疗在鼻咽癌治疗 中的可行性提供了实验基础 。 1. 3 RNA 干扰剂 RNA 干扰（ RNAi ） 是指双链 RNA 导入细胞后诱导
生 物 学 杂 志 Vol. 30 No. 4 2013 Aug， JOURNAL OF BIOLOGY
第 30 卷第 4 期 2013 年 8 月
doi∶10． 3969 / j. issn. 2095 － 1736． 2013. 04. 081
第 30 卷第 4 期 2013 年 8 月
性硬化症、 风湿性关节炎） 、 眼科疾病 （ 如眼膜损伤修 白内障 、 青光眼 、 增生性视网膜玻璃体病变） ， 心血 复、 管疾病（ 如高血压、 冠心病 、 心脏移植后并发症 、 心力衰 竭） 中取得了一定的疗效
［1 － 4 ］
物学功能， 是近年来倍受关注的基因治疗方法 。 与反 义 RNA 相比， 核酶不仅具有封闭 mRNA 的功能， 而且 具有切割 mRNA 的功能 。目前对于核酶治疗癌症的研 ［10 ］ 究较多。Zhiguo Rao 等通过脂质体法将抗 HPV16 － E6 核酶 、 空载体质粒分别导入宫颈癌 CaSki 细胞， 对照 发现转染核酶的 CaSki 细胞 E6 基因的表达明显减少， 对化疗药物顺铂敏感性增加了 2128 倍， 细胞凋亡率明 显增加， 结果证实抗 HPV16 － E6 核 酶 增 加 了 宫 颈 癌 CaSki 细胞对化疗药物顺铂的敏感性， 从而为宫颈癌的
［11 ］ 治疗奠定了基础 。Yingying Lu 等设计并合成了针对
。 许多研究表明 Fas 配
转录激活因子 3 （ STAT3 ） 及血管内皮生长 体（ FasL） 、 因此以 因子（ VEGF） 等过表达与肿瘤生长和转移有关， 这些蛋白为靶点的药物已成为肿瘤治疗的研究热点 。 方丽
［5 ］
等设计合成针对 FasL 的 ASODN， 并用阳离子脂
［13 ］
殖活化受体 α （ PPARα ） 设计的反义寡核苷酸有较好 的抗 HBV 活性， 同时也验证确定了 PPARα 可能成为 抗 HBV 药物的新型作用靶点 。 福米韦生（ Vitravene ） 是全球第一个通过 FDA 批 准上市的反义核酸药物， 该药主治艾滋病患者中十分 常见的巨细胞病毒视网膜炎 。 Vitravene 的上市， 预示 着反义核酸技术在药物领域已经结出果实， 是药物发 展的一个里程碑， 从而促进更多的反义核酸药物上市， 如抗艾滋病病毒新药 enfuvirtide （ Fuzeon ） 、 专治重症肌 无力的 EN101 （ Monarsen ） 、 治疗晚期胶质瘤和胰腺癌 的 AP12009 （ Trabedersen ） 等， 还有一些反义核酸药 物 如治疗慢性淋巴细胞白血病的 oblimersen sodium （ Genasense） 、 治疗家族性高胆固醇血症的 mipomersen sodium（ ISIS301012 、 KYNAMRO ） 、 抗 哮 喘 药 物 EPI － 2010 等处于注册前期或临床试验中 。 1. 2 核酶和脱氧核酶 它能通过 核酶是一类具有催化功能的 RNA 分子， 碱基配对特异性地切割底物， 降解 mRNA， 使其失去生
The research and application of nucleic acid drugs
LI Shujuan1 ，TANG Yitong2
（ 1． Xi ’ an Innovation College，Yan’ an University，Xi ’ an 710100 ； 2． Medical College，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053 ，China）
Abstract： Nucleic acid drugs are a variety of drugs with specific base sequence，including oligonucleotide drugs，aptamer drugs and nucleic acid vaccines． At present，the nucleic acid drugs have been widely used in basic research，clinical diagnosis and treatment of diseases，such as tumors，infectious diseases，blood diseases and neurodegenerative diseases． In this paper，the research progress of the nucleic acid drugs in disease diagnosis and therapy was mainly introduced． Keywords： nucleic acid drug； oligonucleotide drug； aptamer drug； nucleic acid vaccine
2012］ 3 号） ； 湖北文理学院博士启动基金 基金项目： 襄樊市科学技术局计划项目（ 襄科计［ Email： lily49808062@ sina． com。 作者简介： 李淑娟（ 1978 － ） ， 女， 汉， 讲师， 硕士， 研究方向： 生物制药，
81
生 物 学 杂 志 Vol. 30 No. 4 2013 Aug， JOURNAL OF BIOLOGY
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自从 1868 年瑞士青年科学家米歇尔在人体细胞 有关核酸研究的进展日新月异， 针对 中发现核酸以来， ［1 ］ 疾病诊断 、 治疗和预防的核酸药物也应运而生 。 由 作用效率高 、 免疫原性低 、 应用范围广 于其特异性强 、 等特点， 正日益显示出重要作用， 具有潜在临床应用前 景 。目前， 已经上市或进入临床试验的核酸药物根据 化学结构和药物机理可分为三类， 分别是寡聚核苷酸 药物 、 核酸适配体药物和核酸疫苗 。 1 寡聚核苷酸药物 寡聚核苷酸药物包括反义核酸 、 核酶、 脱氧核酶以 及 RNA 干扰剂等 。 这类药物可以在细胞中专一性地 降低目标基因表达水平， 通常分子量较小， 能够较容易 透过细胞膜。 1. 1 反义核酸 反义核酸是人工合成或天然存在的抑制或封闭基 因表达的 RNA 或 DNA 分子 。利用反义核酸特异地封
［9 ］
等针对突变性 p53 （ mp53 ） 设计
等通过实验确定了基于过氧化物酶体增
p53DZ9 、 p53DZ11 了脱氧 核 酶 " 10 － 23 " DZ （ p53DZ7 、 及硫代修饰物 p53DZ11 － s） ， 经脂质体转染进 HT29 结 p53DZ11 － s 在 细胞 肠癌细胞株， 研究发现 p53DZ11 、 外均能有效切割 mp53RNA， 在 HT29 细胞内 p53DZ11 － s 也能抑制 mp53 － mRNA 及 mp53 蛋白的表 达， 为 p53 突变类型的肿瘤基因治疗提供了一个选择 。 沈雁 冰
核酸药物的研究与应用
1 2 李淑娟 ，唐一通
（ 1. 延安大学西安创新学院， 西安 710100 ； 2. 湖北文理学院医学系， 襄阳 441053 ）
摘 要： 核酸药物是具有特定碱基序列的药物， 包括寡聚 核 苷 酸 药 物、 核 酸 适 配 体药 物和 核 酸 疫 苗。目 前核 酸 药 物
已被广泛用于基础研究， 疾病的临床诊断和治疗， 如肿瘤、 感染性疾病、 血液病及神经退行性疾病等。主要介绍 核 酸 药物在疾病诊断和治疗中的研究进展。 关键词： 核酸药物； 寡聚核苷酸药物； 核酸适配体药物； 核酸疫苗 中图分类号： R915 ； R914 文献标识码： A 文章编号： 2095 － 1736 （ 2013 ） 04 － 0081 － 05
［12 ］
等研究 了
STAT3 的 ASODN 对人宫颈癌 HeLa 细胞定植和侵袭功 能的影响， 结果表明 STAT3 基因的特异 ASODN 可通 过下调 STAT3 基因表达抑制细胞的定植和侵袭， 从而 为治疗宫颈癌提供了实验依据 。 雷水生
［7 ］
等探讨 了
ASODN 对培养的血管瘤内皮细胞中 VEGF 表达的 影 响， 发现 VEGF 的 ASODN 转染可有效抑制血管瘤内皮 细胞 VEGF mRNA 表达， 降低 VEGF 分泌， 从而抑制血 ［8 ］ 。 管瘤内皮细胞的生长 邱梅园 等将靶向血小板源性 生长因子受体（ PDGFRα ） 基因的 ASODN 转染至人视 网膜色素上皮细胞（ hRPE ） ， 实验证明 ASODN 通过抑 α 基因表达可显著抑制 hRPE 细胞的增殖， 制 PDGFRPDGFR并能诱导其凋亡， 因此， α 的 ASODN 有可能成 为治疗或预防增殖性玻璃体视网膜病变发生的新 靶 点。吴小桃
闭某些基因表达， 使之低表达或不表达， 这种技术即为 反义核酸技术， 该技术是一种新的药物开发方法， 利用 反义核酸技术研制的药物称为反义核酸药物， 包括反 义 RNA 和 反 义 DNA，通 常 是 指 反 义 寡 核 苷 酸 （ ASODN） 。反义核酸药物与传统药物的性质和作用 对象明显不同， 表现为： 新的化学本质 — 核酸； 新的药 — —mRNA 和 双 链 DNA； 新 的 受 体 结 合 方 物 受 体— — —WatsonCrick 和 Hoogsteen 杂交； 新的药物受体 式— 结合后反应等 。 此外， 与传统药物主要是直接作用于 致病蛋白本身相比， 反义核酸药物作为直接作用于致 具有合成方便 、 序列设计简 病编码基因的治疗药物， 单、 容易修饰 、 选择性高 、 亲和力高等特点， 可用于多种 疾病的治疗， 主要用于癌症和病毒感染 。 目前， 反义核 酸药物已在治疗癌症（ 如神经母细胞瘤 、 膀胱癌 、 多发 骨髓瘤 、 乳腺癌 、 胃癌、 宫颈癌 、 胰腺癌等） 、 抗病毒（ 如 HIV、 HBV 等） 、 精神疾病 、 自身免疫病（ 如牛皮癣 、 多发
实验研究 质体介导转染舌鳞癌细胞系 Tca8113 细胞， 表明 FasL ASODN 对 Tca8113 细胞的增殖有一定的抑 制作用， 能够促进其凋亡， 因此 FasL 的 ASODN 有望成 为舌鳞癌潜在的基因治疗方法 。 孙兆翎
［6 ］
端粒酶 RNA 的 HDV 核酶基因， 构建了该核酶的真核 表达质粒并将其导入肝癌 7402 细胞 、 结肠癌 HCT116 细胞和正常人 L02 肝细胞中， 用于检测该核酶对人端 HDV 核酶在 粒酶 RNA 的体内外切割效力 。结果表明， 体外 能 有 效 切 割 端 粒 酶 RNA， 最大切割效率为 70. 4% ； 在细胞内能明显抑制端粒酶活性， 抑制细胞生 长， 促进细胞凋亡， 该核酶有望成为有效的端粒酶抑制 在抑制肿瘤生长中发挥作用 。 剂， 脱氧核酶是利用体外分子进化技术合成的一种具 有催化功能的单链 DNA 片段， 具有高效的催化活性和 结构识别能力 。 脱氧核酶具有切割 RNA、 切割 DNA、 激酶、 连接酶等活性， 其中以对 RNA 切割活性的脱氧 核酶更引人注意， 它不仅能催化 RNA 特定部位的切割 mRNA 而且能从 水平对基因进行灭活， 从而调控 反应， 蛋白的表达 。 方平
X 基因的序列设计针对起始密码的脱 根据 HBV-
X 基因的表达， 氧核酶来阻断 HBV发现该脱氧核酶对 HBVX 基因在肝癌细胞中的表达有一定抑制作用， 从 而降低肝细胞癌的死亡率， 提高慢性 HBV 感染者的生 存质量， 具有很大的社会效益及经济效益 。 王炜琴
［14 ］
等利用小发卡状 RNA 单独及联合脱氧核酶抑制鼻咽 癌细胞中 EB 病毒潜伏膜蛋白 1 （ LMP1 ） 基因的表达， 发现小发卡状 RNA 联合脱氧核酶能够提高抑制 EBVLMP1 基因表达的效率， 该研究将 RNA 干扰和脱氧核 酶技术联合应用， 为探讨联合基因治疗在鼻咽癌治疗 中的可行性提供了实验基础 。 1. 3 RNA 干扰剂 RNA 干扰（ RNAi ） 是指双链 RNA 导入细胞后诱导
生 物 学 杂 志 Vol. 30 No. 4 2013 Aug， JOURNAL OF BIOLOGY
第 30 卷第 4 期 2013 年 8 月
doi∶10． 3969 / j. issn. 2095 － 1736． 2013. 04. 081
第 30 卷第 4 期 2013 年 8 月
性硬化症、 风湿性关节炎） 、 眼科疾病 （ 如眼膜损伤修 白内障 、 青光眼 、 增生性视网膜玻璃体病变） ， 心血 复、 管疾病（ 如高血压、 冠心病 、 心脏移植后并发症 、 心力衰 竭） 中取得了一定的疗效
［1 － 4 ］
物学功能， 是近年来倍受关注的基因治疗方法 。 与反 义 RNA 相比， 核酶不仅具有封闭 mRNA 的功能， 而且 具有切割 mRNA 的功能 。目前对于核酶治疗癌症的研 ［10 ］ 究较多。Zhiguo Rao 等通过脂质体法将抗 HPV16 － E6 核酶 、 空载体质粒分别导入宫颈癌 CaSki 细胞， 对照 发现转染核酶的 CaSki 细胞 E6 基因的表达明显减少， 对化疗药物顺铂敏感性增加了 2128 倍， 细胞凋亡率明 显增加， 结果证实抗 HPV16 － E6 核 酶 增 加 了 宫 颈 癌 CaSki 细胞对化疗药物顺铂的敏感性， 从而为宫颈癌的
［11 ］ 治疗奠定了基础 。Yingying Lu 等设计并合成了针对
。 许多研究表明 Fas 配
转录激活因子 3 （ STAT3 ） 及血管内皮生长 体（ FasL） 、 因此以 因子（ VEGF） 等过表达与肿瘤生长和转移有关， 这些蛋白为靶点的药物已成为肿瘤治疗的研究热点 。 方丽
［5 ］
等设计合成针对 FasL 的 ASODN， 并用阳离子脂
［13 ］
殖活化受体 α （ PPARα ） 设计的反义寡核苷酸有较好 的抗 HBV 活性， 同时也验证确定了 PPARα 可能成为 抗 HBV 药物的新型作用靶点 。 福米韦生（ Vitravene ） 是全球第一个通过 FDA 批 准上市的反义核酸药物， 该药主治艾滋病患者中十分 常见的巨细胞病毒视网膜炎 。 Vitravene 的上市， 预示 着反义核酸技术在药物领域已经结出果实， 是药物发 展的一个里程碑， 从而促进更多的反义核酸药物上市， 如抗艾滋病病毒新药 enfuvirtide （ Fuzeon ） 、 专治重症肌 无力的 EN101 （ Monarsen ） 、 治疗晚期胶质瘤和胰腺癌 的 AP12009 （ Trabedersen ） 等， 还有一些反义核酸药 物 如治疗慢性淋巴细胞白血病的 oblimersen sodium （ Genasense） 、 治疗家族性高胆固醇血症的 mipomersen sodium（ ISIS301012 、 KYNAMRO ） 、 抗 哮 喘 药 物 EPI － 2010 等处于注册前期或临床试验中 。 1. 2 核酶和脱氧核酶 它能通过 核酶是一类具有催化功能的 RNA 分子， 碱基配对特异性地切割底物， 降解 mRNA， 使其失去生
The research and application of nucleic acid drugs
LI Shujuan1 ，TANG Yitong2
（ 1． Xi ’ an Innovation College，Yan’ an University，Xi ’ an 710100 ； 2． Medical College，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053 ，China）
Abstract： Nucleic acid drugs are a variety of drugs with specific base sequence，including oligonucleotide drugs，aptamer drugs and nucleic acid vaccines． At present，the nucleic acid drugs have been widely used in basic research，clinical diagnosis and treatment of diseases，such as tumors，infectious diseases，blood diseases and neurodegenerative diseases． In this paper，the research progress of the nucleic acid drugs in disease diagnosis and therapy was mainly introduced． Keywords： nucleic acid drug； oligonucleotide drug； aptamer drug； nucleic acid vaccine
2012］ 3 号） ； 湖北文理学院博士启动基金 基金项目： 襄樊市科学技术局计划项目（ 襄科计［ Email： lily49808062@ sina． com。 作者简介： 李淑娟（ 1978 － ） ， 女， 汉， 讲师， 硕士， 研究方向： 生物制药，
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生 物 学 杂 志 Vol. 30 No. 4 2013 Aug， JOURNAL OF BIOLOGY
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自从 1868 年瑞士青年科学家米歇尔在人体细胞 有关核酸研究的进展日新月异， 针对 中发现核酸以来， ［1 ］ 疾病诊断 、 治疗和预防的核酸药物也应运而生 。 由 作用效率高 、 免疫原性低 、 应用范围广 于其特异性强 、 等特点， 正日益显示出重要作用， 具有潜在临床应用前 景 。目前， 已经上市或进入临床试验的核酸药物根据 化学结构和药物机理可分为三类， 分别是寡聚核苷酸 药物 、 核酸适配体药物和核酸疫苗 。 1 寡聚核苷酸药物 寡聚核苷酸药物包括反义核酸 、 核酶、 脱氧核酶以 及 RNA 干扰剂等 。 这类药物可以在细胞中专一性地 降低目标基因表达水平， 通常分子量较小， 能够较容易 透过细胞膜。 1. 1 反义核酸 反义核酸是人工合成或天然存在的抑制或封闭基 因表达的 RNA 或 DNA 分子 。利用反义核酸特异地封
［9 ］
等针对突变性 p53 （ mp53 ） 设计
等通过实验确定了基于过氧化物酶体增
p53DZ9 、 p53DZ11 了脱氧 核 酶 " 10 － 23 " DZ （ p53DZ7 、 及硫代修饰物 p53DZ11 － s） ， 经脂质体转染进 HT29 结 p53DZ11 － s 在 细胞 肠癌细胞株， 研究发现 p53DZ11 、 外均能有效切割 mp53RNA， 在 HT29 细胞内 p53DZ11 － s 也能抑制 mp53 － mRNA 及 mp53 蛋白的表 达， 为 p53 突变类型的肿瘤基因治疗提供了一个选择 。 沈雁 冰
核酸药物的研究与应用
1 2 李淑娟 ，唐一通
（ 1. 延安大学西安创新学院， 西安 710100 ； 2. 湖北文理学院医学系， 襄阳 441053 ）
摘 要： 核酸药物是具有特定碱基序列的药物， 包括寡聚 核 苷 酸 药 物、 核 酸 适 配 体药 物和 核 酸 疫 苗。目 前核 酸 药 物
已被广泛用于基础研究， 疾病的临床诊断和治疗， 如肿瘤、 感染性疾病、 血液病及神经退行性疾病等。主要介绍 核 酸 药物在疾病诊断和治疗中的研究进展。 关键词： 核酸药物； 寡聚核苷酸药物； 核酸适配体药物； 核酸疫苗 中图分类号： R915 ； R914 文献标识码： A 文章编号： 2095 － 1736 （ 2013 ） 04 － 0081 － 05
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等研究 了
STAT3 的 ASODN 对人宫颈癌 HeLa 细胞定植和侵袭功 能的影响， 结果表明 STAT3 基因的特异 ASODN 可通 过下调 STAT3 基因表达抑制细胞的定植和侵袭， 从而 为治疗宫颈癌提供了实验依据 。 雷水生
［7 ］
等探讨 了
ASODN 对培养的血管瘤内皮细胞中 VEGF 表达的 影 响， 发现 VEGF 的 ASODN 转染可有效抑制血管瘤内皮 细胞 VEGF mRNA 表达， 降低 VEGF 分泌， 从而抑制血 ［8 ］ 。 管瘤内皮细胞的生长 邱梅园 等将靶向血小板源性 生长因子受体（ PDGFRα ） 基因的 ASODN 转染至人视 网膜色素上皮细胞（ hRPE ） ， 实验证明 ASODN 通过抑 α 基因表达可显著抑制 hRPE 细胞的增殖， 制 PDGFRPDGFR并能诱导其凋亡， 因此， α 的 ASODN 有可能成 为治疗或预防增殖性玻璃体视网膜病变发生的新 靶 点。吴小桃