siRNA、miRNA在内分泌代谢病领域中的研究及应用
小干扰RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)是两类序列特异性的转录后基因表达调控因子,是小RNA家族中最主要的成员,两者在结构特征、形成过程、作用机制等方面既有相似,亦有不同。它们通过RNA干扰(RNAi)所引发的转录后基因沉默(PTGS)可高效、特异性地调控靶基因的表达。RNAi是生物界普遍存在的一种进化上高度保守的现象,它是指由双链RNA所诱发的转录后水平上的具有序列特异性的基因沉默。siRNA、miRNA以及RNAi 的研究和应用,具有极为重要的理论和实际意义,美国学者Craig C和Andrew Z. Fire因在RNA干扰研究领域中的卓越贡献而获得2006年度诺贝尔奖。
miRNA的来源及作用机制
miRNA是一种内源性产生的单链小分子RNA,位于基因组非编码区,具有高度保守性、时序性和组织特异性。miRNA通常来源于长链RNA(约1000bp)的初始转录产物,即初始miRNA。初始miRNA分子在Drosha酶作用下形成带有茎环结构的前体miRNA。前体miRNA被转运到细胞质中,被Dicer酶酶切成小分子双链RNA,后者很快在解螺旋酶的作用下形成单链小RNA分子即成熟的miRNAs。成熟的miRNA与Argonaute蛋白家族成员结合形成RNA诱导的沉默复合体(RISC)。RISC中的miRNA 如果与靶mRNA不完全互补配对则引起靶基因在翻译水平上的抑制,如果完全互补配对则降解靶mRNA而发挥基因沉默作用。
, 百拇医药
siRNA的来源及作用机制
siRNA可来源于内源性或外源性的双链RNA(dsRNA),其引发的RNAi大致可分为启动、剪切、倍增三个阶段。首先dsRNA在Dicer 酶作用下被酶切成siRNA。siRNA生成后与Argonaute蛋白质家族成员结合生成RISC。RISC中的siRNA识别靶基因序列具有高度特异性,通过碱基互补配对与靶基因编码区或非编码区进行互补配对,如配对完全,则降解靶mRNA(较常见);如配对不完全,RISC则在翻译水平抑制靶基因的表达。在mRNA剪切过程中产生的片段可能作为新的siRNA 继续参与RNAi过程,从而使抑制作用倍增。
siRNA、miRNA在内分泌代谢病中的研究应用
miRNA在内分泌生理和疾病的发生、发展中扮演重要角色,以miRNA为靶点开发的药物有望应用于内分泌疾病的治疗。而以siRNA为基础的RNAi技术已广泛运用于内分泌相关基因功能及内分泌疾病致病基因等一系列研究。
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在内分泌领域,siRNA常被作为一种工具,通过其诱导的RNAi来研究特定基因在内分泌生理及疾病中的作用。运用RNAi技术已经对胰岛素信号转导、糖脂代谢等途径中相关基因的功能进行了研究,如Tang等用此技术识别出MAP4K4/NIK是PPAR-γ、脂肪形成、胰岛素反应性的己糖运输的负性调控因素,提示MAP4K4/NIK依赖的信号转导途径可以强力地抑制PPAR-γ反应性基因的表达、脂肪形成以及胰岛素刺激的葡萄糖转运。本课题组也用RNAi技术对亲脂素基因进行了研究,观察到亲脂素基因(Adipophiline)被干扰后,巨噬细胞中胆固醇流出减少,提示亲脂素基因参与了巨噬细胞中胆固醇流出的调节。
目前已将RNAi技术用于代谢性疾病包括糖尿病及其慢性并发症、肥胖症和脂代谢异常等研究。例如,Noh等用siRNA干扰转化生长因子β(TGF-β)后,高血糖所诱发的鼠肾小球系膜细胞中TGF-β的表达、血浆纤溶酶原激活剂抑制物-1(PAI-1)及I型胶原的表达均有所减少,提示针对TGF-β的siRNA可作为治疗糖尿病肾病的工具。
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与siRNA相反,miRNA是内源性产生的。在内分泌代谢病领域中,研究miRNA在内分泌生理、疾病中的作用是一个重点。目前研究发现,miRNA可能与胰岛β细胞的分泌功能、脂肪细胞分化、脂代谢和能量代谢等有关。例如,研究发现miR-375的过度表达可以抑制鼠胰岛β细胞中由葡萄糖所诱发的胰岛素分泌,相反,内源性miR-375的功能被抑制后则可以促进胰岛素的分泌,miR-375的靶基因被证实是Myotrophin,Myotrophin蛋白在葡萄糖刺激引起胰岛素分泌的最后一个环节中起重要作用。本课题组也对高糖、高脂作用下巨噬细胞中miRNA的表达进行了研究,初步结果提示miRNA可能介导高糖高脂影响巨噬细胞细胞因子表达。
目前已有针对miRNA表达异常而进行的内分泌代谢病的治疗研究。Krutzfeldt等将经过修饰的反义RNA(antagomirs)注入小鼠体内,发现体内肝脏等多种组织的miR-16、miR-122、miR-192和 miR-194的表达显著下调。以miR-122为对象对antagomirs沉默miRNA基因的生物学意义进行进一步研究发现,miR-122基因是肝脏特异性表达的基因,用antagomir-122处理过的小鼠血浆胆固醇水平降低40%,提示miRNA表达异常可作为治疗内分泌代谢病的一个靶点。
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临床应用、问题及前景
以RNAi为基础的治疗方法具有传统疗法无法比拟的优势,如治疗靶点精确、成本低等。已有医药公司将RNAi技术应用于临床疾病(包括糖尿病及其并发症)的治疗。虽然miRNA可作为潜在的治疗靶点,但由于目前对miRNA的认识有限,所以用于临床治疗研究的主要是siRNA(如糖尿病及其视网膜病变)。Sirna公司应用针对肝脏中与胰岛素抵抗有关的PTP-1B基因的siRNA药物治疗糖尿病,取得了令人鼓舞的结果。此外,Acuity公司已完成Bevasiranib治疗年龄相关性黄斑变性(AMD)的Ⅱ期临床试验,目前正进行Bevasiranib治疗糖尿病视网膜病变(黄斑水肿)的Ⅱ期临床试验。
RNAi在疾病治疗中的应用尚存在一些问题,最主要的障碍是如何研制有效的给药系统将siRNA分子准确传送到靶组织。在体外实验中所使用的siRNA转染方法也不一定适用于体内环境,因此转运成为RNAi 治疗的一个主要障碍。还有诸如安全性、治疗效能等问题都有待一一解决。
尽管以RNAi为基础的疾病治疗方法尚处于初级阶段,但最终将有可能成为一类崭新的治疗方法。因为所有细胞都存在RNAi机制,而且几乎所有基因都可成为潜在的治疗靶点。RNAi 治疗疾病具有特异性高、应用广泛等诸多优点,因此在内分泌代谢病治疗中的应用有着诱人的前景。, 百拇医药
miRNA的来源及作用机制
miRNA是一种内源性产生的单链小分子RNA,位于基因组非编码区,具有高度保守性、时序性和组织特异性。miRNA通常来源于长链RNA(约1000bp)的初始转录产物,即初始miRNA。初始miRNA分子在Drosha酶作用下形成带有茎环结构的前体miRNA。前体miRNA被转运到细胞质中,被Dicer酶酶切成小分子双链RNA,后者很快在解螺旋酶的作用下形成单链小RNA分子即成熟的miRNAs。成熟的miRNA与Argonaute蛋白家族成员结合形成RNA诱导的沉默复合体(RISC)。RISC中的miRNA 如果与靶mRNA不完全互补配对则引起靶基因在翻译水平上的抑制,如果完全互补配对则降解靶mRNA而发挥基因沉默作用。
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siRNA的来源及作用机制
siRNA可来源于内源性或外源性的双链RNA(dsRNA),其引发的RNAi大致可分为启动、剪切、倍增三个阶段。首先dsRNA在Dicer 酶作用下被酶切成siRNA。siRNA生成后与Argonaute蛋白质家族成员结合生成RISC。RISC中的siRNA识别靶基因序列具有高度特异性,通过碱基互补配对与靶基因编码区或非编码区进行互补配对,如配对完全,则降解靶mRNA(较常见);如配对不完全,RISC则在翻译水平抑制靶基因的表达。在mRNA剪切过程中产生的片段可能作为新的siRNA 继续参与RNAi过程,从而使抑制作用倍增。
siRNA、miRNA在内分泌代谢病中的研究应用
miRNA在内分泌生理和疾病的发生、发展中扮演重要角色,以miRNA为靶点开发的药物有望应用于内分泌疾病的治疗。而以siRNA为基础的RNAi技术已广泛运用于内分泌相关基因功能及内分泌疾病致病基因等一系列研究。
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在内分泌领域,siRNA常被作为一种工具,通过其诱导的RNAi来研究特定基因在内分泌生理及疾病中的作用。运用RNAi技术已经对胰岛素信号转导、糖脂代谢等途径中相关基因的功能进行了研究,如Tang等用此技术识别出MAP4K4/NIK是PPAR-γ、脂肪形成、胰岛素反应性的己糖运输的负性调控因素,提示MAP4K4/NIK依赖的信号转导途径可以强力地抑制PPAR-γ反应性基因的表达、脂肪形成以及胰岛素刺激的葡萄糖转运。本课题组也用RNAi技术对亲脂素基因进行了研究,观察到亲脂素基因(Adipophiline)被干扰后,巨噬细胞中胆固醇流出减少,提示亲脂素基因参与了巨噬细胞中胆固醇流出的调节。
目前已将RNAi技术用于代谢性疾病包括糖尿病及其慢性并发症、肥胖症和脂代谢异常等研究。例如,Noh等用siRNA干扰转化生长因子β(TGF-β)后,高血糖所诱发的鼠肾小球系膜细胞中TGF-β的表达、血浆纤溶酶原激活剂抑制物-1(PAI-1)及I型胶原的表达均有所减少,提示针对TGF-β的siRNA可作为治疗糖尿病肾病的工具。
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与siRNA相反,miRNA是内源性产生的。在内分泌代谢病领域中,研究miRNA在内分泌生理、疾病中的作用是一个重点。目前研究发现,miRNA可能与胰岛β细胞的分泌功能、脂肪细胞分化、脂代谢和能量代谢等有关。例如,研究发现miR-375的过度表达可以抑制鼠胰岛β细胞中由葡萄糖所诱发的胰岛素分泌,相反,内源性miR-375的功能被抑制后则可以促进胰岛素的分泌,miR-375的靶基因被证实是Myotrophin,Myotrophin蛋白在葡萄糖刺激引起胰岛素分泌的最后一个环节中起重要作用。本课题组也对高糖、高脂作用下巨噬细胞中miRNA的表达进行了研究,初步结果提示miRNA可能介导高糖高脂影响巨噬细胞细胞因子表达。
目前已有针对miRNA表达异常而进行的内分泌代谢病的治疗研究。Krutzfeldt等将经过修饰的反义RNA(antagomirs)注入小鼠体内,发现体内肝脏等多种组织的miR-16、miR-122、miR-192和 miR-194的表达显著下调。以miR-122为对象对antagomirs沉默miRNA基因的生物学意义进行进一步研究发现,miR-122基因是肝脏特异性表达的基因,用antagomir-122处理过的小鼠血浆胆固醇水平降低40%,提示miRNA表达异常可作为治疗内分泌代谢病的一个靶点。
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临床应用、问题及前景
以RNAi为基础的治疗方法具有传统疗法无法比拟的优势,如治疗靶点精确、成本低等。已有医药公司将RNAi技术应用于临床疾病(包括糖尿病及其并发症)的治疗。虽然miRNA可作为潜在的治疗靶点,但由于目前对miRNA的认识有限,所以用于临床治疗研究的主要是siRNA(如糖尿病及其视网膜病变)。Sirna公司应用针对肝脏中与胰岛素抵抗有关的PTP-1B基因的siRNA药物治疗糖尿病,取得了令人鼓舞的结果。此外,Acuity公司已完成Bevasiranib治疗年龄相关性黄斑变性(AMD)的Ⅱ期临床试验,目前正进行Bevasiranib治疗糖尿病视网膜病变(黄斑水肿)的Ⅱ期临床试验。
RNAi在疾病治疗中的应用尚存在一些问题,最主要的障碍是如何研制有效的给药系统将siRNA分子准确传送到靶组织。在体外实验中所使用的siRNA转染方法也不一定适用于体内环境,因此转运成为RNAi 治疗的一个主要障碍。还有诸如安全性、治疗效能等问题都有待一一解决。
尽管以RNAi为基础的疾病治疗方法尚处于初级阶段,但最终将有可能成为一类崭新的治疗方法。因为所有细胞都存在RNAi机制,而且几乎所有基因都可成为潜在的治疗靶点。RNAi 治疗疾病具有特异性高、应用广泛等诸多优点,因此在内分泌代谢病治疗中的应用有着诱人的前景。, 百拇医药