核酸的应用

概述^[1]

核酸是生物体内的一类含有磷酸基团的重要的大分子化合物。由于最初是从细胞核中分离出来的，又具有酸性，故称为核酸。一切生物都含有核酸，即使比细菌还小的病毒也同样含有核酸。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学意义，不仅与正常生命活动如生长繁殖、遗传变异、细胞分化等有着密切关系，是遗传信息的传递者，而且与生命的异常活动如肿瘤的发生、辐射损伤、遗传病变、代谢病、病毒感染等也息息相关。因此对于核酸的研究是现代生物化学、分子生物学与医药学发展的重要领域。

核酸在细胞内通常以与蛋白质结合成核蛋白的形式存在。天然的核酸分为两大类，即核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。由于核酸是遗传信息的载体，因此核酸分子结构的改变，必将导致生物功能的改变。如病毒的致病作用就是由于其核酸侵入机体细胞所至，恶性肿瘤、辐射损伤、遗传病变、代谢病、放射病等都与核酸功能的变化密切相关。因此，核酸类衍生物可作为治疗这些疾病的药物。目前，抗癌、抗病毒药物的作用机制与新药合成研究都与核酸化学关系密切。

制备^[2]

市场上大多数商业核酸抽提试剂采用固相纯化法。相比于传统方法，固相抽提更快速和高效。它解决了许多液一液抽提存在的许多问题，如分离不完全等。固相系统抽提核酸依赖缓冲液的值和盐浓度来吸附核酸，其吸附过程基于以下原理在离液条件下氢与亲水基质发生相互结合作用，在水溶液中则通过阴离子交换柱发生离子交换，以及通过亲和力和大小排除机制。固相纯化通常采用离心柱通过离心力作用运行阎。固相抽提方法的固相支持物有硅胶、玻璃颗粒、硅藻土、阴离子交换载体等。固相抽提包括细胞裂解、核酸吸附、漂洗和洗脱四个关键性步骤。

首先需要通过特定的缓冲液调节柱状态，使其固相表面或功能基团转换成某一特定化学形态然后将裂解缓冲液处理的样本转移到柱子上，在结合液的高值和高盐浓度帮助下靶核酸被吸附到柱上蛋白质等其它化合物也可与柱表面发生较强的结合，但通过含有竞争性试剂漂洗缓冲液的漂洗过程可以被除掉最后以缓冲液或蒸馏水将纯净的靶核酸从柱子上释放下来。在纯化过程的漂洗和洗脱步骤中，通常要求快速离心、真空抽滤或者柱分离。目前已经公开了一种混合床固相核酸抽提方法问。该混合床固相是由至少两种不同的固相组成，固相可以是固体或半固体、渗透性或非渗透性的。每种固相可在不同溶液条件下结合靶核酸，在相似的洗脱条件下释放核酸。

应用^[3]

对于很多疾病的致病基因，体外合成的核酸药物是一种不错的选择。随着分子生物学的发展，人们对疾病相关的基因网络调控和相关功能蛋白会有更多的了解，尤其是各种内源性核酸对于基因转录和表达的自有调控系统，有利于选择关键的致病基因作为基因治疗的靶标和合适的基因治疗方案，包括利用基因编辑技术实施置换或消除致病基因；利用反义核酸剪切或封闭其表达，或调控外显子跳跃和剪接，达到下调或上调功能蛋白表达的目的；采用siRNA和核酶方法降解靶RNA；针对miRNA网络来调控靶RNA的表达。所以，针对一种或一类疾病的相关基因突变，可以有多种候选方法，这是基因治疗的一大优点。

处于临床前和临床试验中的核酸药物先后达到数百种之多，但因核酸结构离成药性要求相去甚远（极性大分子、带多个负电荷、易于被核酸酶降解和被肝肾清除、免疫原性和转运困难等），在研发过程中遭遇了极大的挑战。而化学修饰在核酸药物的成药性优化策略中发挥了巨大作用，并已取得了相当大的成效。在经历了第1代、第2代和第2.5代的进步，获得的一个重要经验是一种化学修饰不可能解决所有问题，多个修饰的组合是最有效的解决途径，也是目前所有核酸药物所采取的修饰方式。当然，核酸药物的种类和作用机制对修饰的方式和位点的选择具有重要意义。

经过近40年的发展，从已成功用于临床治疗的反义药物到充满希望的siRNA药物，核酸药物在化学修饰、转运载体、序列依赖性和非依赖性的药学性质、体内外评价方法等方面积累了丰富的经验。为今后扩大基因治疗范围，开发更多核酸药物提供了理论基础和实践经验。因此，期待中国大力开展核酸药物的基础研究和应用开发，尤其是在核酸药物的创新性优化研究上，取得更多知识产权，在未来核酸基因药物的巨大应用市场研发中占有一席之地。

主要参考资料

[1] 现代药学名词手册

[2] 核酸提取方法进展

[3] 核酸药物的研究进展