导读
RNA参与疾病发展的关键过程，并已成为强大的治疗靶点和诊断生物标志物。然而，有效地将治疗性RNA输送到靶位置并准确检测RNA标志物仍然是具有挑战性的。近年来，核酸纳米组装体在诊断和治疗中的应用越来越受到重视。由于核酸的柔韧性和可变形性，可以制备出不同形状和结构的纳米组件。通过杂交，核酸纳米组件，包括DNA和RNA纳米结构，可以应用于增强RNA治疗和诊断。本文简要介绍了不同的核酸纳米组装体的结构、性质及其在RNA治疗和诊断中的应用，并对其发展前景进行了展望。
论文ID
题目：Nucleic acid nanoassembly-enhanced RNA therapeutics and diagnosis
译名：核酸纳米组装增强的RNA治疗与诊断
期刊：Acta Pharmaceutica Sinica B
IF：14.91
发表时间：2023.3
通讯作者单位: 成都中医药大学
DOI号：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.10.019
主要内容
由于在疾病的发生和发展中发挥了众多作用，RNA已成为治疗和诊断的有前途的候选分子。RNA疗法是最好的治疗策略之一，因为它以特定序列的方式针对致病基因，使各种危及生命的疾病能够进行更精确和个性化的治疗。通过将特定的核酸序列引入所需的组织，可以下调、增强或纠正基因表达。小干扰RNA(SiRNA)、微RNA(MiRNA)和反义寡核苷酸(ASO)是基因抑制的代表性分子，而信使RNA(MRNA)和CRISPR(簇状规则间隔短回文重复序列)/Cas(CRISPR相关蛋白)系统通常用于增加或纠正靶基因的表达。目前，少数基于RNA的疗法得到了美国食品和药物管理局(FDA)和/或欧洲药品管理局(EMA)的批准，旨在通过使用siRNA或ASOS进行基因修饰来治疗各种疾病。
除了RNA治疗外，非编码RNA(NcRNAs)，包括环状RNA(CircRNA)、miRNA和长非编码RNA(LncRNA)，已被认为是有希望的诊断生物标志物。在这些ncRNAs中，miRNAs能够结合到RNA诱导沉默复合体(RISC)中，随后下调或降解mRNA，从而影响许多蛋白质编码基因的输出。几种miRNAs已被用作多种疾病的监测指标，如癌症和冠状动脉疾病。
核酸纳米组装--增强型核糖核酸治疗
结构核酸纳米组装
DNA纳米组装在早期形成为DNA连接和晶格。常用的Y形DNA被构建为几种DNA结构的组成部分，如DNA树状大分子、DNA条形码和DNA水凝胶。DNA折纸技术，指的是一个长的单链DNA支架(通常是噬菌体M13)，与数百个互补的短链DNA(通常是20e60bp)配对，通过编程折叠成一定形状和不同尺寸的纳米组件，如正方形、长方形、星形、圆盘、三角形、笑脸和线框。有研究人员用这项技术折叠了中国的地图，这也是第一个用DNA折纸构建的不对称纳米图案。由于DNA折纸具有许多单链DNA的交叉结构，其弹性模量大约是单个DNA的几倍，这显著增加了内部结构的稳定性和韧性，为其在各个领域的应用奠定了坚实的基础。早期DNA折纸合成的结构比较简单，但经过科学家们的不断努力，DNA折纸在短短十几年内得到了快速发展。已经组装了许多具有2D、3D甚至曲面的复杂结构。严、刘、韩和他的同事提出了一种方法，通过DNA折纸折叠技术在3D空间中构建具有复杂曲面的DNA纳米结构。然而，制造和操纵越来越长的脚手架链来建造更大的DNA折纸结构仍然具有挑战性。Ong等人。提出了一种替代战略，涉及组装DNA砖而不需要脚手架。每块砖由四个短的结合结构域组成，这些结构域排列成互锁。他们还组装了一个可用于3D雕刻的长方体，从而能够创造出像泰迪熊一样的形状。
三维DNA多面体
核酸纳米组装体的性质和优势
核酸已被广泛探索以开发各种精致的纳米组装。与其他药物输送系统不同，核酸纳米组装体表现出良好的可编程性、生物相容性和生物降解性。可编程性允许精确设计具有可控形状、大小和功能的核酸纳米组件。当特定的靶向配体功能化时，核酸纳米结构显示出有效的细胞内化和对某些分子和膜信号的识别。此外，使用核酸纳米组件作为治疗药物的载体，可以实现多功能有效载荷、可控的药理学特征和高检测率。这些优点使其成为生物医学研究和临床诊断的理想载体和探针。在这一部分中，我们总结和讨论了核酸纳米组装的基本性质和优势。
总结
有效地将治疗性基因输送到靶组织仍然是实现有效的以基因为基础的药物的重要障碍。随着近十年来纳米技术的快速发展，独特的基因传递系统已经成为可能。脂质体经常被用来运送DNA或RNA等核货物，以达到治疗的目的。有报道称，带相反电荷的阳离子脂质体作为基因载体优于中性或阴离子脂质体。然而，阳离子脂质体表现出剂量依赖性毒性。由于具有良好的生物相容性、可降解性和可控性，具有多种功能的核酸纳米组装材料在生物医学领域具有巨大的应用潜力。可以在以下领域开展进一步的研究，以拓宽核酸纳米组装研究的深度和广度。
在载体表面修饰具有长循环特性的官能团，如聚乙二醇(PEGO)，这是其他药物传递系统中经常使用的，可能是改善药物动力学的有效方法。一些靶向配体，如抗体、适配子和多肽，可以偶联到纳米结构的表面，这可能有助于特定组织的积累。此外，早期的探索发现，一些核酸纳米组件主要通过内吞机制进入细胞。对于所有基于核酸的材料来说，情况可能并不都是一样的。各种因素，如纳米组件的形状和表面修饰对生物系统的影响仍不清楚。要了解它们的作用机制，还需要进一步的研究和探索。
此外，RNA或DNA分子作为外源物质的免疫原性一直是药物递送和基因治疗中不可忽视的问题。最近有报道称，外源性DNA作为佐剂通过STING通路协助激活先天免疫反应，这表明使用DNA纳米组合作为RNA载体可能会带来难以忽视的免疫原性。对于RNA分子，通过将2ʹ- o-甲基或20-甲氧基取代2ʹ- oh，或将某些核苷酸替换为锁定和解锁的核酸或乙二醇核酸进行结构修饰，可以有效抑制免疫刺激效应驱动的先天免疫激活，降低脱靶诱导的毒性，增强特异性。同样，未来的应用研究需要考虑核酸纳米组件的序列设计，以尽量减少可能的风险。另一方面，癌症疫苗治疗的一个重大挑战是如何有效地传递抗抗原和佐剂以刺激肿瘤特异性t细胞反应。虽然核酸纳米组件可能是非免疫原性的，但它们的结构仍然可以设计为强免疫原性。将免疫原性分子(如fda批准的免疫佐剂CpG DNA)偶联在核酸纳米组合上可能具有显著的免疫原性作用，并可进一步用于癌症免疫治疗。
此外,随着对ncRNA的形式和功能的越来越多的了解,它们有很大的可能被用作诊断和预后的生物标志物。近年来,其他ncrna(如lncRNA和circRNA)的生物功能也得到了很好的探索。例如,lncrna通过表观遗传调控基因表达参与细胞过程。一些研究表明，CircRNA可能调节转录和协调基因表达。研究表明，许多疾病的发生和发展，如癌症、心血管和神经疾病，都与CircRNA的组织特异性调控有关。由于将核酸自组装结构应用于检测lncRNA和CircRNA的报道很少，因此这方面的研究将在未来引起更多的关注。
最后基于核酸纳米组装的RNA传递研究仍处于实验室阶段。核酸纳米组装体的组装效率和纯度制约了其规模化生产。进一步的研究可以简化合成步骤，降低成本，保证给药系统的统一质量，从而推动基于核酸纳米结构的RNA治疗系统从实验室向工业化发展。我们相信，世界各地的研究人员很快就会找到这些棘手问题的答案，核酸纳米组装在疾病治疗领域有更多的应用。
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https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.10.019
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