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核酸是生物體內的一類含有磷酸基團的重要的大分子化合物。由于最初是從細胞核中分離出來的,又具有酸性,故稱為核酸。一切生物都含有核酸,即使比細菌還小的病毒也同樣含有核酸。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學意義,不僅與正常生命活動如生長繁殖、遺傳變異、細胞分化等有著密切關系,是遺傳信息的傳遞者,而且與生命的異常活動如腫瘤的發生、輻射損傷、遺傳病變、代謝病、病毒感染等也息息相關。因此對于核酸的研究是現代生物化學、分子生物學與醫藥學發展的重要領域。
核酸在細胞內通常以與蛋白質結合成核蛋白的形式存在。天然的核酸分為兩大類,即核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)。由于核酸是遺傳信息的載體,因此核酸分子結構的改變,必將導致生物功能的改變。如病毒的致病作用就是由于其核酸侵入機體細胞所至,惡性腫瘤、輻射損傷、遺傳病變、代謝病、放射病等都與核酸功能的變化密切相關。因此,核酸類衍生物可作為治療這些疾病的藥物。目前,抗癌、抗病毒藥物的作用機制與新藥合成研究都與核酸化學關系密切。
市場上大多數商業核酸抽提試劑采用固相純化法。相比于傳統方法,固相抽提更快速和高效。它解決了許多液一液抽提存在的許多問題,如分離不完全等。固相系統抽提核酸依賴緩沖液的值和鹽濃度來吸附核酸,其吸附過程基于以下原理在離液條件下氫與親水基質發生相互結合作用,在水溶液中則通過陰離子交換柱發生離子交換,以及通過親和力和大小排除機制。固相純化通常采用離心柱通過離心力作用運行閻。固相抽提方法的固相支持物有硅膠、玻璃顆粒、硅藻土、陰離子交換載體等。固相抽提包括細胞裂解、核酸吸附、漂洗和洗脫四個關鍵性步驟。
首先需要通過特定的緩沖液調節柱狀態,使其固相表面或功能基團轉換成某一特定化學形態然后將裂解緩沖液處理的樣本轉移到柱子上,在結合液的高值和高鹽濃度幫助下靶核酸被吸附到柱上蛋白質等其它化合物也可與柱表面發生較強的結合,但通過含有競爭性試劑漂洗緩沖液的漂洗過程可以被除掉最后以緩沖液或蒸餾水將純凈的靶核酸從柱子上釋放下來。在純化過程的漂洗和洗脫步驟中,通常要求快速離心、真空抽濾或者柱分離。目前已經公開了一種混合床固相核酸抽提方法問。該混合床固相是由至少兩種不同的固相組成,固相可以是固體或半固體、滲透性或非滲透性的。每種固相可在不同溶液條件下結合靶核酸,在相似的洗脫條件下釋放核酸。
對于很多疾病的致病基因,體外合成的核酸藥物是一種不錯的選擇。隨著分子生物學的發展,人們對疾病相關的基因網絡調控和相關功能蛋白會有更多的了解,尤其是各種內源性核酸對于基因轉錄和表達的自有調控系統,有利于選擇關鍵的致病基因作為基因治療的靶標和合適的基因治療方案,包括利用基因編輯技術實施置換或消除致病基因;利用反義核酸剪切或封閉其表達,或調控外顯子跳躍和剪接,達到下調或上調功能蛋白表達的目的;采用siRNA和核酶方法降解靶RNA;針對miRNA網絡來調控靶RNA的表達。所以,針對一種或一類疾病的相關基因突變,可以有多種候選方法,這是基因治療的一大優點。
處于臨床前和臨床試驗中的核酸藥物先后達到數百種之多,但因核酸結構離成藥性要求相去甚遠(極性大分子、帶多個負電荷、易于被核酸酶降解和被肝腎清除、免疫原性和轉運困難等),在研發過程中遭遇了極大的挑戰。而化學修飾在核酸藥物的成藥性優化策略中發揮了巨大作用,并已取得了相當大的成效。在經歷了第1代、第2代和第2.5代的進步,獲得的一個重要經驗是一種化學修飾不可能解決所有問題,多個修飾的組合是最有效的解決途徑,也是目前所有核酸藥物所采取的修飾方式。當然,核酸藥物的種類和作用機制對修飾的方式和位點的選擇具有重要意義。
經過近40年的發展,從已成功用于臨床治療的反義藥物到充滿希望的siRNA藥物,核酸藥物在化學修飾、轉運載體、序列依賴性和非依賴性的藥學性質、體內外評價方法等方面積累了豐富的經驗。為今后擴大基因治療范圍,開發更多核酸藥物提供了理論基礎和實踐經驗。因此,期待中國大力開展核酸藥物的基礎研究和應用開發,尤其是在核酸藥物的創新性優化研究上,取得更多知識產權,在未來核酸基因藥物的巨大應用市場研發中占有一席之地。
[1] 現代藥學名詞手冊
[2] 核酸提取方法進展
[3] 核酸藥物的研究進展