提要 合理的设计和特异性使反义分子抓住了人们的想象力。不过,它们比最初预测的难生产得多,至今尚无任何证据表明它们具有去除单一基因的功能,而且,还存在许多未预测的非反义效应。本文旨在综述反义策略中产生或破坏特异性的一些因素,讨论通过不同的标准判断治疗的复杂性及研究制剂的必要性。
反义分子是指与细胞内DNA或RNA序列相互补形成杂交体而阻断或减弱其转录和翻译过程的DNA或RNA片段。目前研究最多的反义分子主要有反义寡核苷酸(oligo deoxy nucleotides,ODNs)和核酶。科学家们试图应用这些分子抑制目标基因从而了解它们的功能,药物开发人员则试图找到以核苷酸为基础的治疗手段。但是,当核酸药物通过目前尚未了解到的机制,作用于其它分子,而不是它的靶部位这一“非反义”效应被发现以后,反义领域被掉转了方向。非反义效应并非完全有害,实际上,它们所提供的附加疗效对药物工业来说是大有益处的。不过,它们的不可预测性使得对核酸试剂的研究变得复杂起来。
一、设计合理的反义药物的障碍
有两个问题困扰着反义药物的发展,一个是核酸药物通过尚未了解的机制,作用于其它分子,而不是它的靶部位的“非反义”效应;另一个是靶RNA的内部结构及其与细胞蛋白质的相互作用而形成的物理障碍。
非反义效应使药物工业进退两难,其不可预测性使得对核酸药物的研究变得复杂起来。非反义效应并非完全有害,实际上它们的附加疗效对药物工业来说是大有益处的,某些非反义ODN已被用来作为佐剂提高免疫治疗及疫苗的效能。非反义效应的复合作用机制有可能生产出集许多复合疗法为一身的单一药物。对药物开发者来说,非反义效应也有不利的一面,它给基因寻觅者带来很大的困难。在对其作用机制一无所知的情况下,把对药物有益的非反义效应作为研究制剂来考虑时往往成为不利因素,将其用于分子生物学的研究将会是灾难性的。由于对其作用机制缺乏了解,使反义药物没计起来非常困难,也很难形成商业化,而且它们还可能成为毒性的来源。
靶RNA的内部结构及其与细胞蛋白质的相互作用使许多可能的结合部位不能与反义分子结合。当核酸药物通过Watson-Crick配对,与靶RNA的暴露区域互补且局限于此区域时,真正的反义效应才能得到增强,而不需要的反义效应才能降低,然而这种优化是很耗时的。目前有效的核酸药物必须在大批候选库中,通过流水线式的筛选才能得到。
二、对临床是否有益是检验核酸药物的最好标准
没有哪一种药物具有完全的选择性,通常具有生物活性的化合物有许多种效应,需要用剂量—效应曲线来对化合物进行初步的药理鉴定。象对所有其它药物进行研究时所做的那们,只有了解其临床用途,以及获得了它的剂量—效应曲线的定量信息和治疗参数以后,才能判断反义药物的价值。
核酸药物的治疗作用需要经过慎重的调节,与传统药物典型的2~3个幅度范围的剂量—效应曲线相比,反义药物的曲线只局限在很窄的浓度范围内。无论在体外或在体内,1/10的量就可将产生非反义效应的浓度与产生完全反义效应的浓度分开。极陡的剂量—效应曲线通常表明一个药物有多种的协同作用机制。这些治疗窗口很窄的药物可能非常有效而且极有价值,但在应用的安全性方面也较难处理。因为反义与非反义效应的比率在限定的浓度范围以外迅速下降,要获得一致的治疗结果是很有挑战性的。
三、反义药物实验标准
反义药物极强的诱惑力和媒介宣传总使得反义试剂涉及到的问题变得微乎其微。当一个反义分子引起生物学效应时,很难确定这一改变是因为该制剂特异地作用于靶RNA,这是由于一些非反义效应(包括其它的楄苷酸和蛋白质)在起作用。为区分反义和非反义效应通常采用的策略是应用一个与反义寡核苷酸顺序相比已改变了的寡核苷酸,不幸的是,不是所有的非反义效应都能检测到。有些例子中采用的标准非常松,已发表的反义文章的精确性的评估只有50%~5%。这些调查结果强调制定更严格的质量控制标准的必要性,而且应用纯的寡核苷酸制剂的必要性也得到强调。选择性地发表一些理想(阳性)的结果逐渐受到了压力。这表明我们在进行反义研究时应保持高度的警惕性,必须同时检测较多的对照ODN,对每一个“反义”分子都需要经过不厌其烦的验证。
四、反义技术与单一基因精确性之间的距离
针对单一基因的能力对药物来说是困难的。在研究领域中,特异性对一个有效的实验制剂来说虽不是最根本的,但确是一个关键的特性。随着选择性的剔除基因的手段逐渐得到改善并越来越容易操作的时候,从时间、经费及选择性等方面比较以后来考虑反义技术就显得非常重要了。
不幸的是,对反义诱导的副作用的量化性数据所知有限,大部分信息来源于反义复合物的影响仅涉及少数分子的测量,如目标靶RNA,持家基因和一些对照RNA。当一个反义分子符合以下这两种标准时,才能认为是特异的:①细胞的生存力没有大幅度的下降;②靶RNA与它所对应的蛋白水平与对照RNA相比下降得多。不过这种类型的实验在提供有关RNA和蛋白质的总体水平改变时显得很局限,它甚至不能给信号与全部的噪声比提供一个粗略的估计。这种方法的另一个缺点是不能提供有关反义分子与其蛋白质相互作用的直接信息,即使这种相互作用是反义分子产生效应的主要动力。
到目前为止,反义分子能否选择性击中单一基因还不能被证实。随着已测序的基因的增加,鉴定RNA是否有与反义分子互补的区域,以及评估反义疗法对其它无关分子的作用都是可行的。此外,还可以通过筛查mRNA库、cDNA差异展示技术或定量检测基因表达图谱的基因芯片杂交的方法来分析反义治疗带来的变化。如果这些方法可以检测出未预料到的变化,可以应用另一些技术将缺乏特异性的结果与反义反应的下游结果区分开。有关意外击中的数目以及其它基因表达的改变的相互作用本质的信息可以指导将来的药物开发。这种特异性,无论它到底是什么,一定会随着现行的策略的优化以及产生更少副作用衍生物的核酸化学的发展而大大提高。
五、特异性的理论局限性
虽然ODNs和核酶确定能击中它们的靶部位,但到目前为止,尚无任何