小干擾RNA在體內(nèi)的遞送和其對自身免疫性疾病治療的研究進(jìn)展①

李 瓊 綜述 王永福 審校

(包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，包頭014010)

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小干擾RNA在體內(nèi)的遞送和其對自身免疫性疾病治療的研究進(jìn)展①

李 瓊 綜述 王永福 審校

(包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，包頭014010)

RNA干擾(RNA interference,RNAi)發(fā)生于大多數(shù)真核細(xì)胞中負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)節(jié)，其作用機(jī)制是通過導(dǎo)入雙鏈RNA(double strands RNA,dsRNA)有效降解與其互補(bǔ)的信使RNA(messenger RNA，mRNA)導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默[1]。由小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)介導(dǎo)的基因沉默有兩方面的應(yīng)用：①作為一種工具發(fā)現(xiàn)、確定疾病發(fā)病機(jī)制，②作為創(chuàng)新療法應(yīng)用于疾病治療。自身免疫性疾病(Autoimmune diseases,AID)是指機(jī)體對自身抗原發(fā)生免疫反應(yīng)而導(dǎo)致自身組織損害所引起的疾病，主要包括干燥綜合征、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、系統(tǒng)性硬化癥等。目前RNAi已經(jīng)用于癌癥[2]、HIV[3]、呼吸系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和自身免疫性疾病[4]的治療。但國內(nèi)對于siRNA在自身免疫性疾病治療中的研究甚少。

1 RNAi技術(shù)

1.1 RNAi在體內(nèi)的作用 siRNA設(shè)計是實(shí)現(xiàn)RNA干擾的有效途徑，siRNA可以通過機(jī)械方式直接遞送到細(xì)胞質(zhì)，如基因槍、電穿孔等可將siRNA遞送進(jìn)入細(xì)胞[5]，但未受保護(hù)的siRNA分子是高度不穩(wěn)定的，容易在血漿中降解，僅有五分鐘的半衰期[6]，而且?guī)ж?fù)電荷的裸siRNA在體內(nèi)給藥后不能隨意穿過細(xì)胞膜。由于物理技術(shù)使用范圍局限，而且還有創(chuàng)傷性。這使其臨床應(yīng)用受到很大限制。因而需要一個遞送系統(tǒng)有效保護(hù)和運(yùn)輸siRNA至靶細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中[7]，對siRNA進(jìn)行化學(xué)修飾或借助非病毒載體和病毒載體進(jìn)行體內(nèi)遞送可延長siRNA在體內(nèi)的半衰期，而且不改變基因沉默的效率。

1.2 siRNA在體內(nèi)的遞送 siRNA的遞送方法有很多種，國外對此進(jìn)行了大量的研究，但常見的遞送方法有兩種：①化學(xué)修飾的siRNA直接遞送，②借助載體進(jìn)行遞送，載體遞送分非病毒載體和病毒載體，而病毒載體又分為腺病毒載體和慢病毒載體。

1.2.1 化學(xué)修飾的siRNA直接遞送 Soutschek等[8]第一個證明化學(xué)修飾的siRNA全身給藥后能夠沉默內(nèi)源基因。目前siRNA化學(xué)修飾主要包括骨架修飾、糖修飾、核酸堿基修飾、5′或3′末端修飾等。2′-O-甲基修飾siRNA正義鏈可增強(qiáng)其抗降解的能力，同時提高siRNA穩(wěn)定性[9]。鄧軍霞等[10]設(shè)計靶向5′UTR的siRNA，通過化學(xué)修飾，研究其對乳鼠EV71感染的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：靶向 5′UTR 的化學(xué)修飾 siRNAs 降低了感染乳鼠小腸組織中EV71 RNA的轉(zhuǎn)錄水平，改善了感染癥狀，提高了生存率。

1.2.2 非病毒載體遞送的方法 常用的非病毒載體包括：脂質(zhì)體復(fù)合物、陽離子聚合物、無機(jī)物材料如納米金、納米碳管等，以及細(xì)胞穿膜肽等[11]。

Zhang等[12]和Li等[13]用碳酸鈣制備了脂質(zhì)體制劑，這種制劑若暴露于酸性環(huán)境中，就會導(dǎo)致其腫脹和破裂，從而將siRNA釋放入細(xì)胞質(zhì)中。Sato等[14]合成了pH敏感的陽離子脂質(zhì)(YSK05)遞送siRNA，由于YSK05含有N-甲基哌啶環(huán)，其在酸性內(nèi)體中變成質(zhì)子，使用這種陽離子脂質(zhì)體遞送polo樣激酶1(PLK1)siRNA可導(dǎo)致人類腎細(xì)胞癌模型靶mRNA和蛋白質(zhì)減少50%。

由于聚乙烯亞胺(PEI)在體外有著高轉(zhuǎn)染效率，也被用于遞送siRNA。研究表明，無論是在體內(nèi)還是體外，PEG修飾的PEI-siRNA靶向CDv6已被成功地遞送至胃癌細(xì)胞[15]。survivin基因是細(xì)胞凋亡抑制蛋白IAP家族的一員，在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，下調(diào)survivin基因的表達(dá)成為治療癌癥的有效方法。Yang等[16]用TAT肽修飾的殼聚糖載體TAT-G-CS遞送特異性靶向survivin基因的siRNA到乳腺癌的小鼠模型，抑制了腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。Han等[17]制備了精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)肽標(biāo)記的殼聚糖納米粒子遞送PLXDC1 siRNA治療卵巢癌小鼠，明顯抑制了腫瘤的生長。

無機(jī)材料中，納米金(AuNP)是最常用的，因其可制作成不同的尺寸且易于表面修飾等特殊的物理化學(xué)性質(zhì)。Conde等[18]使用靶向腫瘤細(xì)胞的RGD/siRNA-AuNPs治療肺癌小鼠模型，結(jié)果顯著下調(diào)c-myc基因的表達(dá)，抑制腫瘤生長，延長了肺癌小鼠存活率。Lu等[19]通過中空的AuNP遞送腫瘤特異性核轉(zhuǎn)錄因子B(NF-κB)P65 siRNA治療人HeLa宮頸癌模型。

1.2.3 病毒載體遞送的方法 常用的病毒載體有腺病毒(Adenovirus，AAV)、慢病毒(Lentiviral，LV)和逆轉(zhuǎn)錄病毒[20]。很多體內(nèi)研究主要使用腺病毒和慢病毒載體表達(dá)短發(fā)夾RNA(Short hairpin RNA，shRNAs)來評估RNAi治療疾病的有效性。AAV和LV載體是具有不同衣殼或被膜蛋白質(zhì)的假型載體。這兩個載體的主要區(qū)別是它們以何種程度整合入宿主基因組中，腺病毒載體為病毒基因組游離于宿主基因組外，瞬時表達(dá)外源基因，而慢病毒載體為病毒基因組整合于宿主基因組中，長時間、穩(wěn)定表達(dá)外源基因[21]。

首次示范使用RNAi和病毒載體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)染來治療動物疾病模型的是Beverly Davidson實(shí)驗(yàn)室[22,23]。脊髓小腦性共濟(jì)失調(diào)1型(SCA-1)是共濟(jì)失調(diào)蛋白-1基因多聚谷氨酰胺通道膨脹的神經(jīng)變性疾病的一種，AAV載體表達(dá)靶向人共濟(jì)失調(diào)蛋白-1基因的shRNA，用來治療SCA-1小鼠，可以恢復(fù)SCA-1小鼠的小腦形態(tài)，改善運(yùn)動協(xié)調(diào)性。畢楊等[24]設(shè)計特異性針對大鼠維甲酸受體β(RARβ)基因的siRNA序列，用腺病毒載體將其遞送到全反式維甲酸處理的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中，檢測其對RARβ的表達(dá)的影響。Xia等[25]構(gòu)建Ad5/F35-APE1 siRNA重組腺病毒結(jié)合血卟啉衍生物(HPD)，體外研究其對人肺腺癌細(xì)胞系A(chǔ)549的作用，MTT、流式細(xì)胞術(shù)、ELISA和免疫印跡結(jié)果均可見：A549細(xì)胞的增殖被抑制，細(xì)胞凋亡數(shù)增加，APE1蛋白質(zhì)的表達(dá)顯著降低。

White等[21]用慢病毒將PrpshRNA 遞送朊病毒病的小鼠海馬體，結(jié)果顯示海馬朊病毒mRNA表達(dá)減少80%，而且也減輕了小鼠海綿狀變性、延長了生存時間。與癌旁區(qū)和人肺成纖維細(xì)胞HLF細(xì)胞相比，ZEB-1在肺腺癌組織和A549、H1299細(xì)胞系中呈高表達(dá)水平，Liu等[26]使用慢病毒將ZEB-1 siRNA遞送到肺腺癌細(xì)胞中，研究ZEB1基因的表達(dá)和肺腺癌細(xì)胞增殖能力的關(guān)系，結(jié)果證明ZEB1-siRNA能降低肺腺癌細(xì)胞的增殖，進(jìn)一步研究表明其可以顯著降低小鼠腫瘤的生長。Lian等[27]為了探索PTP4A3基因的表達(dá)對肺癌細(xì)胞生長的作用，用慢病毒遞送特異性靶向PTP4A3基因的siRNA到人肺癌H1299細(xì)胞，結(jié)果細(xì)胞中PTP4A3 mRNA和蛋白質(zhì)水平均下降。

2 RNAi治療在自身免疫性疾病中的應(yīng)用

目前，siRNA在自身免疫性疾病的治療仍停留在實(shí)驗(yàn)階段。自身免疫性疾病是多因素疾病，表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)異常和關(guān)節(jié)受累。siRNA對自身免疫性疾病的治療效果，取決于靶向疾病的特征，以及是否需要系統(tǒng)或局部地恢復(fù)受累關(guān)節(jié)。

2.1 干燥綜合征 干燥綜合征(Sjogren′s syndr-ome，SS)是一種主要累及外分泌腺體的慢性炎癥性自身免疫病，其特征是淋巴細(xì)胞浸潤唾液腺和淚腺，造成嚴(yán)重口干和眼干的癥狀，部分原因是腺體中的腺泡細(xì)胞凋亡。目前，干燥綜合征患者的治療主要是使用糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑。Pauley等[28]將靶向胱天蛋白酶-3基因的siRNA分子連接到碳酰膽堿，通過毒蕈堿受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑攝取siRNA，實(shí)現(xiàn)siRNA的特異性傳遞，同時，該研究發(fā)現(xiàn)siRNA和碳酰膽堿在共軛后保持其各自的功能，胱天蛋白酶-3基因的siRNA分子和碳酰膽堿的結(jié)合物轉(zhuǎn)染HSG細(xì)胞后胱天蛋白酶-3基因/蛋白的表達(dá)顯著降低，這表明該結(jié)合物通過毒蕈堿受體的內(nèi)吞作用被細(xì)胞攝取。更重要的是，此結(jié)合物還可抑制HSG細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子。因此，用這一策略來阻止干燥綜合征患者腺泡細(xì)胞的凋亡，讓其保持分泌功能，從而改善病人的生活質(zhì)量是可行的。很多研究者認(rèn)為，α-胞襯蛋白與SS的發(fā)病相關(guān)。劉媛等[29]針對α-胞襯蛋白構(gòu)建了siRNA真核表達(dá)載體，觀察其對原發(fā)性干燥綜合征模型小鼠的治療效果，結(jié)果顯示，與對照組和空載體組相比，α-胞襯蛋白 mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)均明顯降低，小鼠血清中IL-17水平顯著下降，而且小鼠淚腺和肺臟炎性細(xì)胞浸潤程度減輕，從而抑制了疾病的進(jìn)展。

2.2 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheu-matoid arthritis，RA)是一種以侵蝕性關(guān)節(jié)炎為主要表現(xiàn)的全身性自身免疫性疾病，表現(xiàn)為以雙手和腕關(guān)節(jié)等小關(guān)節(jié)受累為主的對稱性、持續(xù)性多關(guān)節(jié)炎。Apparailly等[30]使用RNAi技術(shù)沉默目標(biāo)基因，siRNA特異性靶向促炎因子(TNF,IL-1β,IL-6、 IL-18)、細(xì)胞溶質(zhì)磷脂酶A2α和參與信號通路的激酶(如：NR2C2,也稱為TAK1)[31，32]，可使目標(biāo)基因沉默，關(guān)節(jié)炎特征減少。已經(jīng)有siRNA靶向滑膜細(xì)胞體外治療RA的研究。RA關(guān)節(jié)退化的機(jī)制之一是滑膜細(xì)胞異常耐凋亡，產(chǎn)生高水平的炎性細(xì)胞因子和金屬蛋白酶[33]。細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)是死亡受體的共同的屬性，其中大部分屬于腫瘤壞死因子(TNF)家族。然而，某些種類的TRAIL受體，如TRAIL4，具有抗凋亡活性。2007年，Terzioglu等[34]用靶向TRAIL4的siRNA聯(lián)合促凋亡TRAILS轉(zhuǎn)染試劑可阻止抗滑膜細(xì)胞的凋亡。這些受體的表達(dá)平衡可能是一個新的基因治療策略。

有研究闡述了siRNA在治療RA中的潛在用途。2005年，Schiffelers等[35]使用局部電穿孔法將siRNA遞送到關(guān)節(jié)炎小鼠的關(guān)節(jié)中。由此表明，靶向TNFα siRNA的治療抑制了膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(Collagen-induced arthritis，CIA)小鼠的關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)。2006年，Khoury等[36]使用陽離子脂質(zhì)體通過尾靜脈將TNF-α的siRNA注射到膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示，小鼠TNF-α的表達(dá)減少50%～70%，關(guān)節(jié)炎癥狀幾乎完全消失。

但是這種全身給藥的方法使siRNA被腦、肺等多個器官攝取。一個日本研究小組拓展了這項工作，通過wraposome遞送TNF-α的siRNA到膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎小鼠的關(guān)節(jié)中[27]，結(jié)果顯示關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度降低，關(guān)節(jié)中TNF-α表達(dá)下降，而且在發(fā)炎的滑膜中，siRNA主要是結(jié)合巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞[37,38]。由此說明siRNA可有效抑制炎癥分子的表達(dá)，進(jìn)一步達(dá)到治療RA的目的。

Chen等[39]在膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎小鼠中使用慢病毒載體遞送靶向TLR7的shRNA，結(jié)果也顯示關(guān)節(jié)炎癥狀的嚴(yán)重程度下降，關(guān)節(jié)中的炎癥因子表達(dá)水平減少。

通過關(guān)節(jié)內(nèi)電轉(zhuǎn)移靶向CD81的siRNA也能改善CIA大鼠，CD81是一種細(xì)胞表面分子，能上調(diào)RA患者關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞、影響細(xì)胞黏附、形態(tài)學(xué)、活化和增殖[40]。反復(fù)敲除關(guān)節(jié)組織中的CD81能抑制滑膜增生，進(jìn)而抑制關(guān)節(jié)軟骨的退化和骨侵蝕。雖然這些研究有一定程度的臨床療效，但是反復(fù)電轉(zhuǎn)移siRNA到炎癥關(guān)節(jié)需要減少持久的局部或全身炎癥反應(yīng)。

因?yàn)殛P(guān)節(jié)是在一個封閉的環(huán)境中，所以單個受累關(guān)節(jié)的局部給藥，對于修復(fù)軟骨破壞是有利的。從理論上講，在受累關(guān)節(jié)內(nèi)直接注射siRNA，作用部位能達(dá)到高濃度，而且全身低毒性反應(yīng)。關(guān)節(jié)內(nèi)遞送口服生物利用度低的RNA-based藥物也是特別令人感興趣的。但是，siRNA注入關(guān)節(jié)后可被迅速清除。因此，需要研究制備可以在關(guān)節(jié)腔內(nèi)持續(xù)數(shù)周或數(shù)月釋放適用量siRNA的制劑。有人提出水凝膠或PLGA微球劑型可以控制寡核苷酸實(shí)現(xiàn)這樣的連續(xù)釋放[41-46]。

2.3 系統(tǒng)性紅斑狼瘡 系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)，是自身免疫介導(dǎo)的，以免疫性炎癥為突出表現(xiàn)的彌漫性結(jié)締組織病。隨著人類基因組計劃研究的不斷進(jìn)展，系統(tǒng)性紅斑狼瘡的多個基因易感位點(diǎn)已被發(fā)現(xiàn)。多項研究表明定位于16q12的OAZ(Olf1 /EBF associated zinc finger protein)基因與SLE疾病活性和特異性自身抗體相關(guān)，SLE患者外周血Olf1 /EBF相關(guān)鋅指蛋白(OAZ)信號通路的基因呈高表達(dá)并伴有自身抗體產(chǎn)生。2010年，F(xiàn)eng等[47]研究發(fā)現(xiàn)在抗DS-DNA、抗SM抗體陽性的患者中，OAZ的表達(dá)顯著升高，將OAZ與特異性siRNA共培養(yǎng)3 d后，使用qPCR測定OAZ mRNA水平，和對照組相比減少(74.6 ± 6.4)%，而且與SLE活動性相關(guān)的因子總IgG，抗核抗體(ANA)、IFN-γ、IL-10、IL-12和IL-21均有所降低。有研究報道了siRNA阻斷分化抑制因子3(ID3)對SLE患者抗核抗體產(chǎn)生的影響，結(jié)果證明，ID3-siRNA可影響SLE患者外周血單個核細(xì)胞(Peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中相關(guān)基因的表達(dá)，ID3沉默效率達(dá)80%，ANA、IL-6濃度顯著低于對照組。同年，Zhou等[48]構(gòu)建了編碼B細(xì)胞誘導(dǎo)成熟蛋白l Blimp-1-siRNA的腺病毒，并注射到BWF1狼瘡鼠。結(jié)果表明，施用Ad-siRNA/Blimp-1顯著降低了基因Blimp-1的表達(dá)，抑制了B細(xì)胞在體內(nèi)分化成漿細(xì)胞，阻止了anti-dsDNA抗體的產(chǎn)生，減輕了狼瘡小鼠的癥狀，延長了狼瘡小鼠的壽命。

2.4 系統(tǒng)性硬化癥 系統(tǒng)性硬化癥(systemic sclerosis，SSc)是一種以皮膚變硬和增厚為主要特征的結(jié)締組織病。研究表明，TGF-β1是用于治療和預(yù)防系統(tǒng)性硬化癥的潛在靶點(diǎn)。因?yàn)樵摷?xì)胞因子在多種疾病纖維化的病理生理中起重要作用，靶向此分子的RNAi可能阻止纖維化發(fā)展，改善已有的癥狀。 Ishibuchi等[49]評估了靶向結(jié)締組織生長因子(Connective Tissue Growth Factor，CTGF)的siRNA對健康和SSc患者細(xì)胞外基質(zhì)代謝的影響，結(jié)果證實(shí)，CTGF特異性siRNA降低了人類成纖維細(xì)胞中CTGF、Ⅰ型膠原的水平，增加了MMP-1的水平，但CTGF-siRNA 降低了健康者M(jìn)MP-1的水平，而且持續(xù)抑制了成纖維細(xì)胞的增殖，改善了SSc患者的生活質(zhì)量。2013年，Liu等[50]體外培養(yǎng)取自皮損硬皮病人和健康成人的成纖維細(xì)胞，通過免疫細(xì)胞化學(xué)測定α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的表達(dá)，兩組成纖維細(xì)胞均用PDGF-AA、TGF-β1以及PDGF-AA和TGF-β1共刺激，然后分別用RT-PCR和Western blot 檢測PDGFR-α和α-SMA mRNA以及蛋白質(zhì)的表達(dá)，結(jié)果顯示，相比于對照組，三組刺激均顯著上調(diào)SSc患者成纖維細(xì)胞中PDGFR-α和α-SMA mRNA以及蛋白質(zhì)的表達(dá)，用靶向PDGFR-α的siRNA處理后，PDGFR-α的表達(dá)水平降低，且阻止了成纖維細(xì)胞橫向分化成肌成纖維細(xì)胞。

3 總結(jié)

經(jīng)FDA認(rèn)證的DMAPAP制劑能靶向遞送siRNA到炎癥部位的單核細(xì)胞中，這種策略是目前臨床上最有應(yīng)用前景的。事實(shí)上，這種載體全身給藥治療炎癥效果是最佳的，因?yàn)樗寡h(huán)單核細(xì)胞內(nèi)的促炎基因沉默，并且可以永久的滲入炎癥組織，從而治療全身每一個發(fā)炎的關(guān)節(jié)。雖然RNAi療法有顯著進(jìn)步，但仍需要大量的研究來完善體內(nèi)siRNA的設(shè)計和遞送。隨著時間的推移，RNAi療法將被證明是下一個治療自身免疫性疾病的“Superdrug”。

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[收稿2015-04-25 修回2015-05-15]

(編輯 許四平)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.04.033

①本文為國家自然科學(xué)基金(81360463)，內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃項目(20120403)和包頭市醫(yī)藥衛(wèi)生基金項目(2009S1001-34)。

李 瓊(1988年-),女,在讀碩士,主要從事干燥綜合征的發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)及其基因治療的研究,E-mail：793314420@qq.com。

及指導(dǎo)教師：王永福(1968年-)，男，博士，主任醫(yī)師，教授，主要從事風(fēng)濕免疫疾病發(fā)病機(jī)制及臨床診治方法的研究，E-mail：wyf5168@hotmail.com。

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1000-484X(2016)04-0595-05