第二军医大学南京军医学院组胚教研室(南京210099) 盛春宁 骆 云 高 魏
核酶(R ibozyme) 是一类独特的RNA 分子, 具有自我剪切和催化性质, 人们已
成功地设计、合成了核酶, 将其应用于抗病毒、抗肿瘤研究, 并取得了很大的进展
。现将核酶在这一方面的研究应用作一简要概述。
核酶在肿瘤治疗中的作用
1 核酶与癌基因 核酶独特的切割目的基因的方式有可能阻断癌基因的
表达, 从而逆转肿瘤细胞恶性增殖, 并诱导其分化和凋亡。早在1992 年, Kasham
i 等采用核酶技术应用于人膀胱癌细胞系中, 发现该肿瘤细胞的致病性和转移性
均降低[1 ]。近几年, 国内一些机构也先后开展了这方面的工作。范毓东等研究发
现切割bcl22mRNA 核酶能明显降低胆管癌细胞内bcl22 的表达水平及其在裸鼠体内
的致癌性, 并能够诱导其出现自发性凋亡[2、3 ]; 张积仁等转染抗HPV 16E62rib
ozyme 的CasKi2R细胞出现一定程度的生长抑制, 且对放射治疗的敏感性增加[4、
5 ]; 张传山等研究发现bcl22 核酶通过封闭bcl22 的表达, 可促进人肝癌细胞株
SMMC27721 细胞凋亡[6 ]。
2 核酶与多药耐药性 多药耐药性(M ult idrug resistance, MDR) 是
肿瘤化疗失败的主要原因。尽管某些药物可提高耐药细胞的敏感性逆转MDR, 然而
临床上应用这些药物来逆转MDR 的主要困难是机体难以耐受有效治疗浓度。但核酶
的发现和发展为逆转MDR 的基础研究和临床应用开辟了新的领域。Kobayash i 等
[7 ]设计合成出针对mdrl 和第196 位密码子的核酶。Ho lm 等设计合成出针对md
rl 第880 位密码子的核酶, 并将其核酶基因转入培养细胞内, 结果均检测到P2gp
表达下降, 耐药细胞重新获得对化疗药物的敏感性。国内王福生等逆转录病毒载
体高效介导的抗MDRL 核酶的基因转移能够完全逆转肿瘤细胞中P2gp 依赖的MDR [
8 ]。陈良安等“针对多药基因mdrl 的核酶可明显降解drlmRNA 抑制Pgp 的表达”
具有强大的逆转肺腺癌细胞多药耐药的作用[9 ]。袁亚维等设计能特异切割drlmR
NA 的锤头状核酶, 发现抗mdrl2 ribozyme 能较好的切割mRNA [10 ]。
3 核酶和端粒酶 在高等生物细胞中, 除了精原细胞和少数造血细胞存
在端粒酶活性外, 其余体细胞的端粒酶均处于失活状态。而当细胞恶变时, 端粒酶
则被激活, 使端粒酶长度不随细胞分裂而丢失, 从而使细胞逃避老化死亡, 保持无
限复制与增殖。现在, 人们已经开始应用核酶技术通过抑制端粒酶活性, 从而抑制
肿瘤细胞的增殖。屈艺等设计的核酶导入Hela 细胞后端粒酶活性降至原来的1?8～
1?10, 细胞生长速度明显变慢, 传导19、20代时出现95% 凋亡[11 ]。张传山等研
究表明, bcl22 核酶可促进SMMC7721 细胞发生凋亡, 并降低细胞端粒酶活性, 提
示bcl22 表达水平的增多对端粒酶活性有一定的影响[12 ]。越来越多的研究表明
, 核酶可望成为有效的端粒酶抑制剂, 并在肿瘤基因治疗中发挥作用。
核酶在抗病毒中的应用
1 抗H IV 病毒 20 世纪90 年代初, 人们发现核酶可以有效地在细胞中
抑制H IV 21 的繁殖, 从那时起开始了基因治疗研究, 目前核酶治疗H IV 21 感染
已进入人类临床阶段。M edinaM F 等用一特殊接头酶将一种锤头状核酶和人类转
运RNA ( tRNA ) 3 赖氨酸的反密码子环相连; 核酶的作用点为H IV 21 env 基因
编码区, 并通过逆转录病毒载体将tRNA 转导入人CD4+ T 细胞系, 结果表明, 核酶
对H IV 21 的复制有很强的抑制作用[13 ]。Klebba C等人设计的核酶经逆转录病
毒载体转导入感染H IV 21 的
人CD4+ T 细胞和Hut 78 细胞, 结果也表明核酶对上述两种细胞所感染的H IV 21
有很强的抑制作用[14 ]。目前, 已有多项应用核酶技术的H IV 基因治疗方案获
准进入临床I 期实验, 并取得了可喜的成果。Wong 2Steal F 等用核酶转录入H I
V 21 感染者自体淋巴细胞切割H IV 21 RNA , 初期实验结果表明: 经过核酶转导
的T 细胞在感染H IV 21的病人体内是安全的, 转导核酶的T 细胞在病人体内可
以生存很长时间。
2 抗乙肝病毒 既然核酶可专一型地切割RNA 分子, 应用核酶技术阻断乙肝
病毒复制和基因表达就成为可能。W eizsacker 等[15 ]早在1992 年证明了核酶抗
HBV的有效性。Ruzi 等[16 ]成功地构建了能有效切割HBV 前基因组RNA。W elch[
17 ]等设计的发荚核酶克隆于逆转录病毒转入肝细胞后, 83%的乙肝病毒复制受到
抑制, 同时乙肝病毒表面抗原聚合酶和X 抗原的表达也相应降低。核酶能特异地切
割HBV 前基因组RNA , 使其丧失模板活性, 如针对HBcA g mRNA 设计的核酶, 可有
限的剪切HBV mRNA; 针对HBV 前C?C 区基因的锤头状核酶, 经体外转录后可定点切
割靶RNA。沈建奇等设计的针对HBC C 基因的三个切点的核酶研究也表明, 核酶可
有效0 0 1 1 陕西医学杂志2003 年12 月第32 卷第12 期抑制细胞内乙型肝炎病毒
基因的表达[18～ 20 ]。孔玉英等设计的锤头状核酶Rzc 在HepG 2. 2. 15 细胞内
显示抗癌能力[21, 22 ]。鉴于此, 作者认为核酶介导的抗HBV 基因治疗具有可行
性。
存在问题与展望
核酶技术作为一种很有希望的基因治疗手段, 尽管20 年来有巨大的发展, 但
还有许多问题尚待解决, 如体外筛选高活性的核酶, 加强对发荚状、斧头状核酶的
研究,建立高效的体内表达系统, 增强核酶在细胞内的切割效率、寻求更有效的载
体等。这些问题的解决, 无疑将使核酶应用于临床的时间进一步缩短。虽然核酶抗
病毒、抗肿瘤作用目前多处于实验研究阶段, 但已经露出了希望的曙光。随着全球
科技工作者的进一步努力, 核酶抗病毒、抗肿瘤的治疗一定会有光辉的前景。
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