[科普中国]-小干扰RNA

小干扰RNA（Small interfering RNA；siRNA）有时称为短干扰RNA（short interfering RNA）或沉默RNA（silencing RNA），是一个长20到25个核苷酸的双股RNA，在生物学上有许多不同的用途。目前已知siRNA主要参与RNA干扰（RNAi）现象，以带有专一性的方式调节基因的表达。此外，也参与一些与RNAi相关的反应途径，例如抗病毒机制或是染色质结构的改变。不过这些复杂机制的反应途径目前尚未明了。

简介小干扰RNA（siRNA），有时称为短干扰RNA或沉默RNA，是一类双链RNA分子，长度为20-25个碱基对，类似于miRNA，并且在RNA干扰（RNAi）途径内操作。它干扰了表达与互补的核苷酸序列的特定基因的转录后降解的mRNA，从而防止翻译。

发现siRNA最早是由英国的大卫·包孔博（David Baulcombe）团队发现，是植物中的转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing；PTGS）现象的一部分，其研究结果发表于《科学》。2001年，汤玛士·涂许尔（Thomas Tuschl）团队发现合成的siRNA，可诱导哺乳动物体内的RNAi作用，结果发表于《科学》。这项发现引发了利用可控制的RNAi，来进行生物医学研究与药物开发的方法。

结构siRNA具有明确定义的结构：具有磷酸化5'末端的短（通常20至24bp）双链RNA（dsRNA）和具有两个突出核苷酸的羟基化3'末端。该切酶酶催化生产的siRNA由长的dsRNA和小发夹RNA。siRNA也可以通过转染引入细胞。由于原则上任何基因都可以被具有互补序列的合成siRNA敲低，因此siRNA是在后基因组时代验证基因功能和药物靶向的重要工具。

siRNA通常是一段长21个核苷酸的双股RNA（dsRNA），其两股分别在RNA的两端超出另一端2个核苷酸，图示如下：

每一股各有一个5'磷酸基末端与一个3'羟基末端。此结构是利用一种称为dicer的酶处理而得，这种酶可以将较长的双股RNA或小发夹RNA（small hairpin RNA）切成siRNA。此外，siRNA也可经由多种不同转染（transfection）技术导入细胞内，并对特定基因产生具专一性的敲弱（knockdown）效果。因此可利用经过适当剪裁的siRNA之互补性，来对已知序列的基因进行标定，这种现象使siRNA成为研究基因功能与药物目标的一项重要工具。

siRNA机制1.长dsRNA（可来自发夹，互补RNA和RNA依赖性RNA聚合酶）被称为Dicer的内切核糖核酸酶切割。Dicer切割长dsRNA以形成短干扰RNA或siRNA;这使得分子能够形成RNA诱导的沉默复合物（RISC）。

2.一旦siRNA进入细胞，它就会被整合到其他蛋白质中以形成RISC。

3.一旦siRNA是RISC复合物的一部分，siRNA就展开以形成单链siRNA。

4.由于其在5'末端的碱基配对而在热力学上较不稳定的链被选择作为RISC复合物的一部分。

5.作为RISC复合物一部分的单链siRNA现在可以扫描并找到互补的mRNA

6.一旦单链siRNA（RISC复合物的一部分）与其靶mRNA结合，它就会诱导mRNA切割。

7.现在切割mRNA并被细胞识别为异常。这导致mRNA的降解，并且反过来不将mRNA翻译成氨基酸然后转化为蛋白质。从而沉默编码该mRNA的基因。

siRNA也类似于miRNA，然而，miRNA来自较短的茎环RNA产物，通常通过抑制翻译来沉默基因，并且具有更广泛的作用特异性，而siRNA通常通过在翻译前切割mRNA而起作用，并且具有100%的互补性，因此目标特异性非常严格。1

使用siRNA或其生物合成前体进行RNAi诱导通过转染外源siRNA进行的基因敲低通常是不令人满意的，因为该效应仅是短暂的，特别是在快速分裂的细胞中。这可以通过产生siRNA的表达载体来克服。修饰siRNA序列以在两条链之间引入短环。得到的转录物是短发夹RNA（shRNA），其可以通过Dicer以其通常的方式加工成功能性siRNA。典型的转录盒使用RNA聚合酶III启动子（例如，U6或H1）来指导小核RNA（snRNA）的转录（U6参与基因剪接; H1是RNase）人RNase P）的成分。理论上，所得的siRNA转录物然后由Dicer处理。

通过使用细胞挤压也可以提高基因敲低效率。

RNAi中siRNA的活性很大程度上取决于其与RNA诱导的沉默复合物（RISC）的结合能力。双链体siRNA与RISC的结合之后是用内切核酸酶解开和切割有义链。然后剩余的反义链-RISC复合物可以与靶mRNA结合以启动转录沉默。

RNA激活已经发现dsRNA还可以激活基因表达，这种机制被称为“小RNA诱导的基因激活”或RNAa。已经显示靶向基因启动子的dsRNA诱导相关基因的有效转录激活。使用合成的dsRNA在人细胞中证明RNAa，称为“小活化RNA”（saRNA）。目前尚不清楚RNAa是否在其他生物体中是保守的。

转录后基因沉默siRNA诱导的转录后基因沉默始于RNA诱导的沉默复合物（RISC）的组装。该复合物通过切割编码靶基因的mRNA分子来沉默某些基因表达。为了开始该过程，两条siRNA链中的一条（引导链）将被装载到RISC中，而另一条链即过客链被降解。某些Dicer酶可能负责将引导链加载到RISC中。然后，siRNA扫描并指导RISC到mRNA分子上完全互补的序列。认为mRNA分子的切割由RISC的Argonaute蛋白的Piwi结构域催化。然后通过切割与siRNA残基10和11配对的靶核苷酸之间的磷酸二酯键精确切割mRNA分子，从5'端开始计数。这种切割导致mRNA片段被细胞核酸外切酶进一步降解。5'片段通过外来体从其3'末端降解，而3'片段从其5'末端通过5'-3'外切核糖核酸酶1（XRN1）降解。切割后靶mRNA链与RISC的解离允许更多的mRNA被沉默。这种解离过程很可能是由ATP水解驱动的外在因素促进的。

有时不会发生靶mRNA分子的切割。在一些情况下，磷酸二酯骨架的核酸内切裂解可以通过切割位点附近的siRNA和靶mRNA的错配来抑制。其他时候，即使靶mRNA和siRNA完全配对，RISC的Argonaute蛋白也缺乏内切核酸酶活性。在这种情况下，基因表达将被miRNA诱导机制沉默。

Ping-Pong方法的简化版本，涉及蛋白质Aubergine（Aub）和Argonaute-3（Ago3）切割piRNA的3'和5'末端。

Piwi相互作用的RNA负责转座子的沉默，而不是siRNAs。

挑战：避免非特异性影响因为RNAi与许多其他途径相交，所以偶尔通过实验性引入siRNA触发非特异性作用也就不足为奇了。当哺乳动物细胞遇到诸如siRNA的双链RNA时，它可能将其误认为是病毒副产物并产生免疫应答。此外，由于结构相关的微小RNA主要通过与靶mRNA的不完全互补碱基对相互作用调节基因表达，因此siRNA的引入可能导致非预期的脱靶。

先天免疫由于先天免疫应答的激活，引入过多的siRNA可导致非特异性事件。迄今为止的大多数证据表明，这可能是由于dsRNA传感器PKR的激活，尽管也可能涉及视黄酸诱导基因I（RIG-I）。还描述了通过toll样受体7（TLR7）诱导细胞因子。减少非特异性作用的一种有希望的方法是将siRNA转化为microRNA。微小RNA天然存在，并且通过利用该内源途径，应该可以在相对低浓度的所得siRNA中实现类似的基因敲低。这应该最小化非特异性影响。

偏离目标脱靶是使用siRNA作为基因敲低工具的另一个挑战。在这里，具有不完全互补性的基因被siRNA无意中下调（实际上，siRNA充当miRNA），导致数据解释和潜在毒性的问题。然而，这可以通过设计适当的对照实验来部分地解决，并且目前正在开发siRNA设计算法以产生不具有脱靶的siRNA。然后可以使用例如通过微阵列技术的全基因组表达分析来验证这一点并进一步改进算法。来自Khvorova博士实验室的2006年论文涉及siRNA中与位置2向前的6或7个碱基对长的延伸，与脱靶基因中的3'UTR区域匹配。

适应性免疫反应纯RNA可能是较差的免疫原，但很容易产生针对RNA-蛋白复合物的抗体。许多自身免疫疾病都会看到这些类型的抗体。目前还没有关于针对蛋白质结合的siRNA的抗体的报道。用于siRNA递送的一些方法使聚乙二醇（PEG）与寡核苷酸邻接，从而减少排泄并改善循环半衰期。然而，最近由于对RNA的PEG部分的严重过敏反应，Regado Biosciences不得不停止针对因子IX的聚乙二醇化RNA适体的大型III期试验。该反应在某些情况下导致死亡，并且当涉及PEG化寡核苷酸时引起对siRNA递送的显着关注。2

本词条内容贡献者为:

成玉林 - 副教授 - 重庆大学