锁核酸在肝癌的基因诊断与治疗研究新进展(1)
【摘要】锁核酸(locked nucleic acid，LNA)是一种新颖的核苷酸衍生物，其作为一种反义治疗药物在分子生物学研究领域引起了广泛关注，有希望成为治疗各种疾病和肿瘤的新突破口。目前，LNA技术是分子生物学领域开展较为成熟的技术之一，因LNA具有极强的抗核酸酶能力、反义活性、水溶性好及体内无毒性等优点而倍受人们关注，特别在与DNA、RNA杂交具有强大的亲和力展现出令人鼓舞的前景。然而，LNA技术在肝癌的基因诊断与治疗研究领域仍然处于探索阶段，综述国内外有关LNA技术在肝癌的基因诊断与治疗领域的应用研究及其进展，总结LNA的结构、在肝癌的基因诊断与治疗研究领域的应用现状、存在的问题及前景，有望为进一步深入研究LNA技术在其他领域的应用提供参考。
【关键词】锁核酸;肝癌;基因诊断;基因治疗
中图分类号：R735.7 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.12.001
【Abstract】Locked nucleic acid(LNA) is a novel nucleotide derivative.As an antisense therapeutic drug，it has attracted wide attention in the field of molecular biology and expected to become a new breakthrough for the treatment of various diseases and tumors.At present，LNA technology is one of the more mature technologies in the field of molecular biology.Because of its strong antinuclease ability，antisense activity，good water solubility，and non-toxicity in vivo，LNA technology has attracted much attention.Especially in hybridization with DNA and RNA，it has shown promising prospects.However，LNA technology is still in the exploratory stage in the field of gene diagnosis and treatment of liver cancer.Through summarizing the domestic and foreign applied research and the progress of LNA technology in the field of gene diagnosis and treatment of liver cancer，the structure of LNA，its application status，existing problems and prospects in the field of gene diagnosis and therapeutic research for liver cancer，this paper may provide references for further in-depth study of LNA technology for other fields.
【Key words】locked nucleic acid;liver cancer;gene diagnosis;gene therapy
1994年，Rodriguez等在发酵副产物中发现锁核酸(laked nucleic acid，LNA)。四年后，Kumar等[1]对LNA进行了第一次合成与杂交试验，随后，Wang等[2～3]进一步报道了LNA相关结构与性能的实验。LNA的产生给生物学技术及基因的诊断与治疗领域带来了进一步的发展和突破，更有利于人们研究各种由于基因缺失或异常所引起的疾病，对研究先天性疾病或肿瘤也具有重要的意义，并且使某些现阶段无法治愈的疾病在基因水平基础上可在未来实现完全治愈的可能。因此，笔者对LNA的结构、安全性和在肝癌的基因诊断与治疗进展进行综述，以期为LNA技术应用研究提供参考。
1 锁核酸结构
LNA是近几年核酸研究领域的新热点，又称为桥核酸，是一种特殊的双环状核苷酸衍生物，结构中含有一个或多个2’-O，4’-C-亚甲基-β-D-呋喃核糖核酸单体，核糖中的2’-O位和4’-C位通过不同的缩水作用形成氧亚甲基桥、硫亚甲基桥或胺亚甲基桥，并连接成环形，这个环形桥锁定了呋喃糖C3’-内型的N构型，降低了核糖结构的柔韧性，并增加了磷酸盐骨架局部结构的稳定性。LNA稳定性不仅体现在本身的结构上，在与其他物质相结合的时候，可以在一定程度上增加两者复合物的稳定性。Pabon等[4]报道，LNA与c-myc基因或共济蛋白(Frataxin)序列相结合时，随着LNA所取代的位置和数目出现不同的变化：当 LNA占两者复合物的比例较低时，复合物的三链体结构不稳定，而在三链形成的3’末端的LNA含量升高，三链体形成速率和延伸可以得到提升，所形成的复合物的三链结构极其稳定。此外，LNA取代的双链嘧啶链中改变了双螺旋结构，其通过主沟槽调节影响了复合体空间结构，有利于形成三角形结构，从而使复合物更加稳定。
在20世纪90年代末，研究人员常用三唑键取代磷酸键的寡核苷酸以进行下一步实验，但是这种寡核苷酸在体内的抗核酸酶能力尚不理想，LNA是近些年核酸研究領域的新热点，与其他核苷酸类似物相比，LNA与DNA、RNA在结构上具有相同的磷酸盐骨架，故对DNA、RNA具有很好的识别能力和亲和力。因此，有人尝试将两个寡核苷酸组合在一起，以创造一个既稳定又成熟的寡核苷酸。Kumar等[5]报道三唑键取代磷酸键的寡核苷酸与LNA组合在一起形成新寡核苷酸时，在与RNA、DNA结合的过程中，发现新寡核苷酸展现出更高的特异性和更强的亲和力，并且明显优于仅含有三唑键取代磷酸键的寡核苷酸或LNA，这是因为三唑键取代磷酸键的寡核苷酸与LNA的组合可能改变了空间构象，使得此复合物与DNA、RNA的结合能够降低DNA、RNA的阴离子，且更具有亲和力和稳定性。不仅如此，与单独的三唑键取代磷酸键的寡核苷酸或LNA相对比，此复合物对核酸酶的酶解作用具有更强的抗性，并已证实此复合物对30种核酸外切酶也同样具备很强的抗性，因此，此复合物在治疗药物中的适当比例可以大大提高药物在体内稳定性[6]。与此同时，Sharma等[7]合成并研究了三唑连接的、LNA修饰的二核苷酸特性，并将它们结合到反义寡核苷酸和双链的siRNA中，他们发现此二核苷酸在寡核苷酸的3’或5’末端掺入时产生高结合亲和力，具有高活性和核酸酶抗性，其中已知的螺旋结构更具有灵活性，并且令人惊讶的是，含有三唑二聚体修饰的siRNA是该系列中最活跃的siRNA。, http://www.100md.com(彭彬 邓益斌)
【关键词】锁核酸;肝癌;基因诊断;基因治疗
中图分类号：R735.7 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.12.001
【Abstract】Locked nucleic acid(LNA) is a novel nucleotide derivative.As an antisense therapeutic drug，it has attracted wide attention in the field of molecular biology and expected to become a new breakthrough for the treatment of various diseases and tumors.At present，LNA technology is one of the more mature technologies in the field of molecular biology.Because of its strong antinuclease ability，antisense activity，good water solubility，and non-toxicity in vivo，LNA technology has attracted much attention.Especially in hybridization with DNA and RNA，it has shown promising prospects.However，LNA technology is still in the exploratory stage in the field of gene diagnosis and treatment of liver cancer.Through summarizing the domestic and foreign applied research and the progress of LNA technology in the field of gene diagnosis and treatment of liver cancer，the structure of LNA，its application status，existing problems and prospects in the field of gene diagnosis and therapeutic research for liver cancer，this paper may provide references for further in-depth study of LNA technology for other fields.
【Key words】locked nucleic acid;liver cancer;gene diagnosis;gene therapy
1994年，Rodriguez等在发酵副产物中发现锁核酸(laked nucleic acid，LNA)。四年后，Kumar等[1]对LNA进行了第一次合成与杂交试验，随后，Wang等[2～3]进一步报道了LNA相关结构与性能的实验。LNA的产生给生物学技术及基因的诊断与治疗领域带来了进一步的发展和突破，更有利于人们研究各种由于基因缺失或异常所引起的疾病，对研究先天性疾病或肿瘤也具有重要的意义，并且使某些现阶段无法治愈的疾病在基因水平基础上可在未来实现完全治愈的可能。因此，笔者对LNA的结构、安全性和在肝癌的基因诊断与治疗进展进行综述，以期为LNA技术应用研究提供参考。
1 锁核酸结构
LNA是近几年核酸研究领域的新热点，又称为桥核酸，是一种特殊的双环状核苷酸衍生物，结构中含有一个或多个2’-O，4’-C-亚甲基-β-D-呋喃核糖核酸单体，核糖中的2’-O位和4’-C位通过不同的缩水作用形成氧亚甲基桥、硫亚甲基桥或胺亚甲基桥，并连接成环形，这个环形桥锁定了呋喃糖C3’-内型的N构型，降低了核糖结构的柔韧性，并增加了磷酸盐骨架局部结构的稳定性。LNA稳定性不仅体现在本身的结构上，在与其他物质相结合的时候，可以在一定程度上增加两者复合物的稳定性。Pabon等[4]报道，LNA与c-myc基因或共济蛋白(Frataxin)序列相结合时，随着LNA所取代的位置和数目出现不同的变化：当 LNA占两者复合物的比例较低时，复合物的三链体结构不稳定，而在三链形成的3’末端的LNA含量升高，三链体形成速率和延伸可以得到提升，所形成的复合物的三链结构极其稳定。此外，LNA取代的双链嘧啶链中改变了双螺旋结构，其通过主沟槽调节影响了复合体空间结构，有利于形成三角形结构，从而使复合物更加稳定。
在20世纪90年代末，研究人员常用三唑键取代磷酸键的寡核苷酸以进行下一步实验，但是这种寡核苷酸在体内的抗核酸酶能力尚不理想，LNA是近些年核酸研究領域的新热点，与其他核苷酸类似物相比，LNA与DNA、RNA在结构上具有相同的磷酸盐骨架，故对DNA、RNA具有很好的识别能力和亲和力。因此，有人尝试将两个寡核苷酸组合在一起，以创造一个既稳定又成熟的寡核苷酸。Kumar等[5]报道三唑键取代磷酸键的寡核苷酸与LNA组合在一起形成新寡核苷酸时，在与RNA、DNA结合的过程中，发现新寡核苷酸展现出更高的特异性和更强的亲和力，并且明显优于仅含有三唑键取代磷酸键的寡核苷酸或LNA，这是因为三唑键取代磷酸键的寡核苷酸与LNA的组合可能改变了空间构象，使得此复合物与DNA、RNA的结合能够降低DNA、RNA的阴离子，且更具有亲和力和稳定性。不仅如此，与单独的三唑键取代磷酸键的寡核苷酸或LNA相对比，此复合物对核酸酶的酶解作用具有更强的抗性，并已证实此复合物对30种核酸外切酶也同样具备很强的抗性，因此，此复合物在治疗药物中的适当比例可以大大提高药物在体内稳定性[6]。与此同时，Sharma等[7]合成并研究了三唑连接的、LNA修饰的二核苷酸特性，并将它们结合到反义寡核苷酸和双链的siRNA中，他们发现此二核苷酸在寡核苷酸的3’或5’末端掺入时产生高结合亲和力，具有高活性和核酸酶抗性，其中已知的螺旋结构更具有灵活性，并且令人惊讶的是，含有三唑二聚体修饰的siRNA是该系列中最活跃的siRNA。, http://www.100md.com(彭彬 邓益斌)