siRNA的化學修飾技術

siRNA是長度20到25個核甘酸的雙股RNA，透過轉染技術導入細胞後，能對特定基因產生具專一性的抑制效果。由於RNAi具有操作簡單、合成快速、抑制基因效果明顯等優點，因此是一種研究基因表達、癌症治療、抗病毒感染等領域常用的生物技術，近年來更有以siRNA為基礎的抗癌藥物上市，因此，siRNA的前景與應用非常的被看好。傳統未經過化學修飾的siRNA在細胞中的穩定性較差，容易被細胞內的酵素降解而降低目標基因的抑制作用，且未經化學修飾siRNA對於細胞的親和度也較不好，因此送入細胞中的成功率和效率也較低，最後是未經化學修飾的siRNA也較容易產生off-target的現象，而化學修飾的siRNA(chemically-modified siRNA)優點有：提升siRNA穩定度、容易送入細胞中、大幅提昇目標基因抑制效率、避免off-target、避免病毒載體引起的免疫反應等...，所以綜合上述特點，未經修飾的siRNA的應用性或是發展成藥物的可能性都比化學修飾的siRNA(chemically-modified siRNA)受限。

針對siRNA的化學修飾大致上可以分成下面四大類，在這篇文章中會幫大家做個簡單的介紹：

• 硫代修飾(thio modification)：RNA和RNA連結的化學鍵結為磷酸二酯鍵(phoshpodiester linkage)，這個鍵結就是細胞內酵素攻擊siRNA的位點，因此一般來說我們會針對這個位置進行化學修飾以避免siRNA被酵素攻擊降解，最常見的修飾方式為硫代修飾(thio modification)，硫代修飾(thio modification)就是把原本的 P-O 鍵節用硫原子取代而形成P-S 鍵結，這樣的修飾經過研究可以提升約600倍的siRNA穩定度，但是這種修飾方式對於siRNA的抑制效果也會有些微的影響。
• 核糖修飾：RNA在細胞水解過程中，3'的磷酯鍵會與RNA結構 2'-OH 作用形成環狀結構進而發生水解，最重要的是RNA結構 2'-OH 經過研究並不參與抑制作用，因此對於這個位置進行化學修飾既可以提升siRNA的穩定度又不會影響siRNA的抑制作用，所以是一個非常常用來進行化學修飾提升siRNA效能的方式和位置。效果最好的核醣修飾為甲氧修飾(2'-oMe modification)，且經研究指出針對5'進行甲氧修飾(2'-oMe modification)的效果又比對3'更好，siRNA的穩定度大幅的提升，更重的是經過甲氧修飾(2'-oMe modification)的siRNA抑制效果可以提升大約500倍。所以，甲氧修飾(2'-oMe modification)是一個目前非常主流的siRNA化學修飾法。(Czauderna F, Fechtner M, Dames S, et al. Structureal variations aand stabilizing modifications of synthetic siRNAs in mammalian cells. Nucleic Acids Res, 2003, 31(11) : 2 705-2 716.)
• 鹼基修飾：大家都知道siRNA是透過和mRNA互補形成的氫鍵產生抑制效果，因此經由針對鹼基的化學修飾可以增強siRNA和mRNA的互補能力而增強siRNA的抑制效果。最常見針對siRNA鹼基的修飾為在5'的位點加入溴或是碘來增強和目標基因的結合能力，並增加細胞中RISC對於siRNA-mRNA複合物的剪切作用。
• LNA(locked nucleic acid)修飾：LNA是一種寡核苷酸衍生物(oligonucleotide derivative)，LNA化學修飾主要目的是增強RNA與RNA間磷酸二酯鍵(phoshpodiester linkage)的穩定性，且因為經過LNA修飾後其結構會改變成對於DNA/RNA有相同的磷酸骨架，因此可以大大的提升siRNA對於DNA/RNA的識別能力與親和力，且經過LNA修飾後，siRNA的抗水解能力會大幅提、半衰期延長、增加siRNA-RNA複合體RISC的辨識程度等...，因此LNA可以說是一種非常優秀的修飾方式。

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