63231-63-0 / 核酸的應(yīng)用

概述^[1]

核酸是生物體內(nèi)的一類含有磷酸基團(tuán)的重要的大分子化合物。由于最初是從細(xì)胞核中分離出來的，又具有酸性，故稱為核酸。一切生物都含有核酸，即使比細(xì)菌還小的病毒也同樣含有核酸。所以凡是有生命的地方就有核酸存在。核酸具有非常重要的生物學(xué)意義，不僅與正常生命活動(dòng)如生長(zhǎng)繁殖、遺傳變異、細(xì)胞分化等有著密切關(guān)系，是遺傳信息的傳遞者，而且與生命的異常活動(dòng)如腫瘤的發(fā)生、輻射損傷、遺傳病變、代謝病、病毒感染等也息息相關(guān)。因此對(duì)于核酸的研究是現(xiàn)代生物化學(xué)、分子生物學(xué)與醫(yī)藥學(xué)發(fā)展的重要領(lǐng)域。

核酸在細(xì)胞內(nèi)通常以與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白的形式存在。天然的核酸分為兩大類，即核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)。由于核酸是遺傳信息的載體，因此核酸分子結(jié)構(gòu)的改變，必將導(dǎo)致生物功能的改變。如病毒的致病作用就是由于其核酸侵入機(jī)體細(xì)胞所至，惡性腫瘤、輻射損傷、遺傳病變、代謝病、放射病等都與核酸功能的變化密切相關(guān)。因此，核酸類衍生物可作為治療這些疾病的藥物。目前，抗癌、抗病毒藥物的作用機(jī)制與新藥合成研究都與核酸化學(xué)關(guān)系密切。

制備^[2]

市場(chǎng)上大多數(shù)商業(yè)核酸抽提試劑采用固相純化法。相比于傳統(tǒng)方法，固相抽提更快速和高效。它解決了許多液一液抽提存在的許多問題，如分離不完全等。固相系統(tǒng)抽提核酸依賴緩沖液的值和鹽濃度來吸附核酸，其吸附過程基于以下原理在離液條件下氫與親水基質(zhì)發(fā)生相互結(jié)合作用，在水溶液中則通過陰離子交換柱發(fā)生離子交換，以及通過親和力和大小排除機(jī)制。固相純化通常采用離心柱通過離心力作用運(yùn)行閻。固相抽提方法的固相支持物有硅膠、玻璃顆粒、硅藻土、陰離子交換載體等。固相抽提包括細(xì)胞裂解、核酸吸附、漂洗和洗脫四個(gè)關(guān)鍵性步驟。

首先需要通過特定的緩沖液調(diào)節(jié)柱狀態(tài)，使其固相表面或功能基團(tuán)轉(zhuǎn)換成某一特定化學(xué)形態(tài)然后將裂解緩沖液處理的樣本轉(zhuǎn)移到柱子上，在結(jié)合液的高值和高鹽濃度幫助下靶核酸被吸附到柱上蛋白質(zhì)等其它化合物也可與柱表面發(fā)生較強(qiáng)的結(jié)合，但通過含有競(jìng)爭(zhēng)性試劑漂洗緩沖液的漂洗過程可以被除掉最后以緩沖液或蒸餾水將純凈的靶核酸從柱子上釋放下來。在純化過程的漂洗和洗脫步驟中，通常要求快速離心、真空抽濾或者柱分離。目前已經(jīng)公開了一種混合床固相核酸抽提方法問。該混合床固相是由至少兩種不同的固相組成，固相可以是固體或半固體、滲透性或非滲透性的。每種固相可在不同溶液條件下結(jié)合靶核酸，在相似的洗脫條件下釋放核酸。

應(yīng)用^[3]

對(duì)于很多疾病的致病基因，體外合成的核酸藥物是一種不錯(cuò)的選擇。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)疾病相關(guān)的基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控和相關(guān)功能蛋白會(huì)有更多的了解，尤其是各種內(nèi)源性核酸對(duì)于基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的自有調(diào)控系統(tǒng)，有利于選擇關(guān)鍵的致病基因作為基因治療的靶標(biāo)和合適的基因治療方案，包括利用基因編輯技術(shù)實(shí)施置換或消除致病基因；利用反義核酸剪切或封閉其表達(dá)，或調(diào)控外顯子跳躍和剪接，達(dá)到下調(diào)或上調(diào)功能蛋白表達(dá)的目的；采用siRNA和核酶方法降解靶RNA；針對(duì)miRNA網(wǎng)絡(luò)來調(diào)控靶RNA的表達(dá)。所以，針對(duì)一種或一類疾病的相關(guān)基因突變，可以有多種候選方法，這是基因治療的一大優(yōu)點(diǎn)。

處于臨床前和臨床試驗(yàn)中的核酸藥物先后達(dá)到數(shù)百種之多，但因核酸結(jié)構(gòu)離成藥性要求相去甚遠(yuǎn)（極性大分子、帶多個(gè)負(fù)電荷、易于被核酸酶降解和被肝腎清除、免疫原性和轉(zhuǎn)運(yùn)困難等），在研發(fā)過程中遭遇了極大的挑戰(zhàn)。而化學(xué)修飾在核酸藥物的成藥性優(yōu)化策略中發(fā)揮了巨大作用，并已取得了相當(dāng)大的成效。在經(jīng)歷了第1代、第2代和第2.5代的進(jìn)步，獲得的一個(gè)重要經(jīng)驗(yàn)是一種化學(xué)修飾不可能解決所有問題，多個(gè)修飾的組合是最有效的解決途徑，也是目前所有核酸藥物所采取的修飾方式。當(dāng)然，核酸藥物的種類和作用機(jī)制對(duì)修飾的方式和位點(diǎn)的選擇具有重要意義。

經(jīng)過近40年的發(fā)展，從已成功用于臨床治療的反義藥物到充滿希望的siRNA藥物，核酸藥物在化學(xué)修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)載體、序列依賴性和非依賴性的藥學(xué)性質(zhì)、體內(nèi)外評(píng)價(jià)方法等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。為今后擴(kuò)大基因治療范圍，開發(fā)更多核酸藥物提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，期待中國(guó)大力開展核酸藥物的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，尤其是在核酸藥物的創(chuàng)新性優(yōu)化研究上，取得更多知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在未來核酸基因藥物的巨大應(yīng)用市場(chǎng)研發(fā)中占有一席之地。

主要參考資料

[1] 現(xiàn)代藥學(xué)名詞手冊(cè)

[2] 核酸提取方法進(jìn)展

[3] 核酸藥物的研究進(jìn)展