反义药物 课件制作：徐雪菘

24.1反义技术简介 24.2反义核酸类药物的特点 24.3反义核酸类药物的作用机理及应用 24.4反义核酸类药物的通用生产方法与技术 24.5典型反义核酸类药物生产技术及工艺 24.6反义类药物的发展前景与展望

何谓“反义” 靶是有“正义”的链 反义核酸与靶结合，为了区分，把补充进的链定义为“反义”

24.1反义技术简介 反义技术（antisense technology）就是采用反义核酸分子抑制、封闭或破坏靶基因的技术。 反义核酸是指与具有遗传信息的“正义”（POSITIVE SENSE）核酸链互补的核酸序列，与靶基因具有互补序列的DNA或RNA片段，可通过碱基互补配对原则原理与特定靶基因或MRNA形成杂交链，从而阻断基因转录和翻译。它包括反义RNA、反义DNA及核酶（RIBOZYME），可通过人工合成和从生物中提取获得它们。 24.1反义技术简介 反义技术（antisense technology）就是采用反义核酸分子抑制、封闭或破坏靶基因的技术。

发展史 History

时间/年 事件 人或机构 1953 首次提出“反义”定义 Watson 1957 三螺旋核酸概念的提出 Davies 1969 第一代反义核酸药物（福米韦生，Fomivirsen）诞生 Isis制药公司 1978 首次应用合成的寡核苷酸成功的抑制基因的表达 Zamenick和Stephenson 1980 ColE1 DNA复制研究中发现反义调节机制 Itoh和Tomizawa 1981 第二代反义核酸药物 Hybridon公司 1984 首次提出反义核酸可用于下调原核生物与真核生物基因的表达 Coleman等 1987 首次报道反义链下调一种细菌基因的表达 Rothstein 1988 首次报道反义基因下调一种植物基因的表达 Van der Krol 一段27bp的三链结构寡核苷酸序列特异性抑制c-myc的转录 Cooey 1990 首次报道正义基因下调植物基因的表达 Napoli和Van der Krol 1997 反义P120抑制MIA Pa Ca-2细胞 Freeman

反义技术的两种技术路线 将表达与体内基因或mRNA互补序列的基因转入体内，使细胞表达与目标基因互补的mRNA，从而阻断目标基因的表达 以第二种为主来介绍

反义基因药物输送系统 脂质体、脂质复合物 受体介导的转移技术 以聚合物微球为载体的输送系统 树枝状高聚物

脂质体、脂质复合物 脂质体是由磷脂双脂质层包裹液体成分构成 阳离子脂质体和ASODN形成阳离子脂质复合物与带有负电荷的细胞膜亲和，通过胞饮进入细胞内

受受体介导DNA转运技术的启发实现DNA和RNA的转运 受体介导的转移技术: 受受体介导DNA转运技术的启发实现DNA和RNA的转运

例:脱唾液酸血清类粘蛋白(ASGP)受体 （PL）共价结合，得到ASGP—PL复合物 结合反义RNA，成为ASGP—PL—反义RNA复合物

该复合物能被肝细胞表面ASGP受体识别，吞噬，然后释放，发挥作用

受体介导的转移技术： 有以下两个优点： 1. 专一性强 2. 抗降解能力强

以聚合物微球为载体的输送系统 目前研究最多的聚合物微球是聚丙交酯及乳酸一羟乙酸（LA-GA） 以丙交酯和乙交酯为单体形成的共聚物，降解属于水解反应，产物均为人体正常代谢物，降解时间取决于两种单体的配比和聚合物的分子量，构成的结合复合体具有潜在的转运反义核苷酸和核酶的作用

树枝状高聚物 转运带负电荷的ASODN，并形成稳定的复合物

第一种ASODN药物---Vitravene 98年，第一种ASODN药物由FDA批准使用 用于治疗一种由CMV（巨细胞病毒）引起的眼部传染病---巨细胞病毒性视网膜炎 流行于艾滋病人中

巨细胞病毒性视网膜炎 把药物注射到玻璃体中，然后被视网膜中的受染细胞吸收，进入细胞的ASODN与病毒的mRNA结合

24.2反义核酸类药物的特点 根据核酸杂交原理来设计，针对特定靶序列 人工合成DNA或RNA小分子 由7到30个核苷酸组成

功能： 有选择地结合目标，影响转录或翻译，促进结合产物的降解 功能： 有选择地结合目标，影响转录或翻译，促进结合产物的降解 分类： 反义DNA，反义RNA（核酶）

反义核酸类药物的特点： 高度特异性 高效低毒 最优化药物设计 经济方便

24.3反义核酸类药物的作用机理及应用 反义寡聚核苷酸 & 反义寡聚脱氧核苷酸

Antisense oligonucleotides 反义寡聚核苷酸 Antisense oligonucleotides

反义RNA作用机理 反义寡脱氧核苷酸 DNA转录 前体-mRNA 抑制mRNA翻译： mRNA a：RNA与核糖体作用的空间位阻； 蛋白质 DNA转录 前体-mRNA 抑制mRNA翻译： a：RNA与核糖体作用的空间位阻； b：阻碍mRNA从核内到细胞质的通道； c：与目标序列结合； d：RNase H酶裂解目标mRNA mRNA 翻译 蛋白质

根据反义RNA的作用机制分为 Ⅰ类反义RNA直接作用于靶mRNA的S D序列和(或)部分编码区，直接抑制翻译，或与靶mRNA结合形成双链RNA，从而易被RNA酶Ⅲ 降解； Ⅱ类反义RNA与mRNA的非编码区结合，引起mRNA构象变化，抑制翻译； Ⅲ类反义RNA则直接抑制靶mRNA的转录 。

反义寡聚核苷酸（І类） 与mRNA特异性结合，阻断翻译过程

反义RNA的应用（一） 利用反义RNA的原癌基因失活疗法： 阻止或抑制原癌基因的过度表达及抑制癌基因突变体mRNA成熟

原癌基因 调控细胞生长，增殖与分化 正常情况下，表达受严格控制 一旦调节失控，基因产物（生长因子，生长因子受体，胞内外传递信号等癌蛋白）分泌过剩，细胞恶性增生，致癌

治疗方法 根据已知癌基因的核苷酸序列合成反义RNA 相应的反义寡聚核苷酸与肿瘤癌基因活化表达的mRNA的起始翻译位点结合成RNA/RNA双链体 双链体阻止启动子与核糖体结合，或核糖体沿mRNA上移，抑制翻译

反义RNA的应用（二） 抗HIV-l的作用 ：从翻译水平封闭基因表达，并干扰mRNA的剪切、加工而实现抗病毒作用

tat为HIV-l重要的调节基因，编码反式激活因子 Tat蛋白 在逆转录病毒启动子LTR之后连接反义tat与多聚TAR的构建物(LTR-25TAR-AS-TAT) ，具有反义tat及TAR诱饵的双重作用

由于LTR启动子受Tat蛋白的反式激活，使tat在HIV-l感染的细胞中得以高表达 将这种外源基因导入Molt-3 T细胞系、CEM-SS T细胞系及健康人外周血单个核细胞(PBMCs)，对实验及临床分离病毒株均有抑制作用

gag是HIV-1的结构基因，编码p24等病毒结构蛋白 Veres等构建了逆转录病毒载体，在细胞内表达互补于gag区不同长度的反义RNA(225-1225nt) 在CEM-SS T细胞及外周血CD4细胞均有抑制HIV-l复制的作用 长片段反义RNA的抗HIV-l作用更好，可能由于它能与不同种的HIV-l RNA结合而限制了病毒的逃逸

新技术 新思路 设计出具核酶活性的反义RNA，既能与mRNA互补结合阻止mRNA的反义，又带有锤头状结构基因，能对靶序列（mRNA）特异性切割，可反复使用

Antisense oligodeoxyribonucleotides ASODN 反义寡聚脱氧核苷酸 Antisense oligodeoxyribonucleotides ASODN

一段与mRNA或DNA特异性结合并阻断其基因表达的人工合成的DNA分子 能通过封闭或抑制肿瘤细胞和病毒的关键编码基因来特异性抑制肿瘤细胞增殖和病毒的复制

作用机理 1 . 在DNA结合蛋白（如甲基化酶、激活子、限制性内切酶等）的识别位点处，通过与靶基因结合形成三螺旋DNA，并且位点专一性地干扰DNA和蛋白的结合、激活子的转录起始或转录延伸等，进而阻止基因转录和复制

作用机理 2 . 对ASODN进行化学改性（需要铜离子和还原剂的存在），如在ASODN的3′-末端连接上化学切割试剂，可实现对靶基因的诱导切割等不可逆的反应，从而导致靶基因的失活

三螺旋DNA 从转录水平进行抑制，尽可能完全抑制特定基因的表达 以DNA双螺旋分子的专一性序列为靶物，通过与该序列形成三螺旋DNA来阻止基因转录

TFO TFO----能与靶DNA高度序列特异性结合形成三链结构的脱氧寡聚核苷酸 靶序列----真核生物基因的启动子内含的同聚嘌呤&同聚嘧啶序列

三螺旋DNA 三螺旋DNA的组成结构单元是三碱基体， 两种三碱基体的基本类型： 嘧啶-嘌呤-嘧啶型三碱基体，如AT和G+·GC； 嘌呤-嘌呤-嘧啶三碱基体，如G·GC和A·AT

作用机制 合成的同聚嘌呤或同聚嘧啶脱氧寡核苷酸在一定条件下可以与双螺旋DNA分子的同聚嘌呤&同聚嘧啶区段结合形成局部的分子间三链DNA ODN通常结合到双螺旋中同聚嘌呤(A和G)链上,其中每个碱基与双螺旋靶区中的嘌呤碱基形成两个氢键

需考虑的问题： TFO可能与非专一性位点结合导致正常的转录和翻译受干扰 富含G的TFO 的三链结构会被某些生理浓度的单价阳离子，尤其是K+所抑制

总结 DNA mRNA 蛋白质 转录 加工 翻译 反义DNA 反义RNA

24.4反义核酸类药物的通用生产方法及技术 化学合成法或酶法合成 只要人工设计合成12个碱基以上基因序列的反义DNA或反义RNA 化学修饰以提高其稳定性

24.5 典例

该反义核酸由三种反义寡核苷酸等质量构成，序列如下： ①c-myc反义核苷5’-CAC CGA GGG GTC GAT GCA CT3’. ②c-myb反义核苷5’-AGG TAG CAG CTT CAG GGG AC3’. ③bcr-abl反义核苷5’-CTG AAG GGC TTC TTC CTT AT3’.

①应用美国Applied Biosystems公司出品的ABI392全自动DNA合成仪自动合成，合成条件严格按照该机的操作手册进行，所得粗产品，收集于4ml的玻璃瓶中。 ②合成粗产品用真空离心方法（42℃）使氢氧化铵挥发，并用酒精萃取两次，干燥后溶于10mmol/L Tris-HCl、0.4mmol/L EDTA(pH7.6)的混合溶液中。

③使用FPLC离子交换色谱柱，型号为MonoQHR5/5PH12.5(Pharmacia)，进行提纯，去除离子和盐。 ④提纯后的产品在冷冻干燥器内降温和去水，冷冻干燥得到的反义核苷酸为白色粉末，于0-20℃储存。

24.6反义类药物的发展前景与展望 反义核酸的摄入方式、细胞内分布特点和作用机制仍然未完全清楚 反义核酸的稳定性、细胞摄入率仍有待提高

反义基因治疗技术在肿瘤治疗和病毒控制中显示出了诱人的应用前景，但自身的稳定性、给药途径及与非靶DNA或mRNA杂交而出现对机体毒副作用等问题尚未最终解决，故其研究尚处于试验阶段

结语 加强反义技术在肿瘤、抗病毒、抗心血管病方面的研究，以期获得防治人类重大疾病方面的实际应用。 相信有朝一日，不仅反义核酸类药物会普及使用，还会有更多的反义类药物（如反义蛋白类药物等）投放市场

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