人们想象，运用有关敌人的全部知识而设计的一种武器——一种特制的武器以针对性地消灭那个敌人。科学家正在研究这样的武器来治疗癌症和杀死病毒。他们称其为“逆转”或“反义”遗传学。

这种反义对策系采用一段对生（互补）的编码使另一段遗传编码失去作用。反义遗传学研究人员根据异性相吸的原理来达到其目的，在这种情形时，二段编码互相抵消，实际上，一个反义分子应该执行的任务仅仅是与一个特定的RNA（核糖核酸）靶顺序结合，使其失去功能，而并不接触该细胞遗传机构的其余部分。

随着科学家对基因触发癌症及其他疾病方面的了解渐深，他们对反义遗传学最终将提供高度特异性治疗的信心日益增强。研究人员已经正在应用这种方法来消除各种动植物基因的活性。在此研究中，他们不断发现“好”和“坏”这两种基因指令各种生物特征的途径。

每一个遗传顺序，无论是DNA或RNA都有一个对生的顺序，因为其化学编码的4种组分按特定的锁 - 匙嵌合关系互补合股成对配合。所谓的4种基本组分分别以字母A、T、G、C（腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶）表示。A和T组成一对互补对，C和G则组成另一对互补对。

这种对生结合在一起的是细胞核中的2股双螺旋的DNA（脱氧核糖核酸）。只有一股DNA（“有意义”股）将真正发出它的遗传信息。反义股则作为一个沉默的反对股。

另一方面，RNA只有一个有意义股——因此易受反义顺序的攻击。虽然DNA和RNA都携带有4种特征编码的某种构型，但是DNA是基因的真正材料，而RNA则在表达这些基因编码的信息过程中发挥必不可少的作用，这种编码转移过程始于双股DNA尚未绕成螺旋形时，其有意义股的作用是作为复制单股的信使RNA。信使RNA能把这种编码与DNA分开，并从细胞核携带到细胞的其他部位，然后利用这种遗传信息来装配蛋白质。

信使RNA仅作为单股起作用，但是科学家可以添加一个互补的DNA或RNA顺序作为反义股。添加的顺序可用与DNA双螺旋结合同样强的力量与信使RNA结合在一起，由此产生一个怪异的双股RNA或DNA-RNA杂合物。在这种情形下，信使RNA就不能执行其传递遗传编码的任务。

正在研究反义遗传学的研究人员探索了两条不同的途径。分子生物学家正在利用细胞自身的DNA，诱发它们产生自身的反义分子。科学家进行这项工作的方法是采取复制的细胞DNA股，加以改变，然后把已改变的整个DNA股重新置入细胞核内，在那儿与细胞的规则DNA合并。这种附加的DNA能编码产生反义RNA，这种RNA的作用是拮抗靶顺序，能与正常RNA的顺序结合。这条遗传工程途径给予细胞一个微型反义工厂，连续不断地生产出反义RNA。

在另一条径，目前生化学家正在实验室合成能与已知DNA顺序相匹配的小段反义DNA。与遗传工程师添加到细胞的整股DNA不同，这些短的片段仅由单股合成的DNA组成，它们不能进入细胞核或伪装成正常DNA。

作为生物学家的反义RNA，这些单股DNA能达到同样的目的。研究人员发现，细胞能接纳小段的合成DNA，而这些DNA段能够识别、结合信使RNA上的靶顺序，并消除其功能。生化学家可以应用这种小段DNA把反义“打入”许多细胞中，他们认为这些分子有希望作为未来的药物。

虽然有时对对方的研究工作互相怀疑，但是生物学家和生化学家正开始有了共同的想法。“异途正在开始同归”，麻省舒兹伯利武斯特实验生物学基金会的赞姆斯尼克（Zamecnik）说，他在70年代末的首次反义实验中做过部分研究工作。

赞姆斯尼克那时就开始了合成小段DNA的生化对策，虽然他缺少使当今科学家受益匪浅的合成装置。他发表的首次反义攻击病毒的成功试验，是把小段合成的反义DNA加入细胞培养中，以阻滞鲁斯氏肉瘤（小鸡癌）病毒的RNA。“这并非我们如此喜爱小鸡，”他说，“而是因为我们已经知道这种病毒的遗传顺序”。

近几年来，这条“合成片段”途径的研究进展缓慢。与此同时，西雅图弗霜德哈钦森癌症研究中心的生物学家温特罗布（Weintraub）沿着遗传工程途径迈出了最初的几步。在80年代中期，他开始应用反义RNA来抑制小白鼠细胞产生参与DNA合成的胸苷激酶。他研制的DNA添加给细胞后，制造出来的反义RNA能互补在正常情况下编码胸苷激酶的信使RNA，从而阻滞此酶的合成。

为了把基因修饰成制造反义RNA，以互补正常生产的RNA，生物学家吸取构成DNA双螺旋结构对等一半的天然反义股的优越性。他们开始拷贝一个双股DNA组成起源基因，从而能执行逆转作用，于是有意义股复制有意义RNA为反义股复制反义RNA所取代。

要完成这一项工作，生物学家的依据是基因有正反两个方向，这种方向是由编码组份联接起来的“主链”的定向作用所决定。DNA梯形的两股绕合起来，因此对一股来说是正向的，而对另一股来说则是反向的，就像公路交通的对开车道一样。为了装配一段RNA，双股将不在，特定的顺序（称为启动基因）上绕合。从启动基因朝正方向伸展的一股作为有意义股，装配RNA。另一股则作为反义股。

为了开启双螺旋配对股的作用，研究人尽把启动基因剪切成顺序的起端，然后接上该段DNA，于是有意义股便向反方向伸展，反义股则向正方向伸展。如果一切进行顺利，那么反义股就会担负起活性作用。

一些生物学家采用这种遗传工程方法已经阻止多种动植物基因的表达，例如，1985年，哈佛大学的梅尔顿（Melton）应用反义RNA改变蛙的发育。再如，1988年，日本伊势原东海大学的一个研究组重复了使小白鼠不断颤抖的突变作用。这种颤抖性病变通常是由于一种保护神经的蛋白质编码基因受损引起的，日本研究人员在基因正常的小白鼠身上模拟的这种突变作用，是通过添加一种能制造反义RNA的基因，进而阻滞这种神经保护性蛋白质的产生。

1987年，加州大学圣迭哥分校的克内克特（Knecht）和卢米斯（Loomis）应用一种粘菌中的反义基因来研究细胞的特性和运动，这种粘菌具有异乎寻常的能力，无论是作为单细胞生物的集合体，还是饥饿时作为在特殊的功能方面具有一些细胞特性的多细胞生物，都能够生存，核校研究人员应用反义RNA阻滞肌球蛋白（一种参与肌肉收缩的重要蛋白）的合成。肌球蛋白缺乏细胞仍能运动和聚集，但是在一起却不能形成同类的多细胞动物，这表明肌球蛋白在细胞分化过程中具有至关重要的作用。“反义可以在动物中造成暂时的突变而不改变存在的基因。”克内克特说。

去年夏季，英格兰拉夫伯勒诺丁汉大学和美国卡尔基因公司（设在加州戴维斯的一家生物技术公司）的研究人员对反义RNA的实际应用进行了一些工作，以研究如何生产更好的番茄。他们成功地运用反义RNA阻滞使番茄成熟后继续变软进而腐烂的基因，为了避免供上市的番茄在运输途中腐烂，大多数种植的番茄在青的时候就采摘下来。而反义番茄可以自然成熟，从田园到超级市场的旅途中仍持保持成熟新鲜。

最近，研究人员应用遗传工程方法阻滞一些致癌基因的作用，在3月10日的《科学》杂志中，华盛顿特区乔治敦大学的卡西德（Kasid）和新泽西州拉韦默克 - 夏普 - 道姆研究室的马克（Mark）描述用反义分子抑制称为raf的致癌基因。该小组用遗传工程改变的培养细胞DNA产生反义RNA，以中和培养的人喉癌细胞中的致癌基因RNA。正常情况下，喉癌对放疗的抗力很强。而遗传工程的喉癌细胞在接触不同剂量的辐射时，受杀伤的程度要比未改变的嘴癌细胞大得多。

卡西德说，如果当时实验工作符合理论，她和马克本来应该可以看到一些有意义BNA联接到反义RNA上。而她的小组却观察到明显缺少这样的杂合物。她认为，反义RNA是在不同的阶段工作，以阻断细胞核内RNA的，生，另一些研究人员在他们的实验中观察到类似的合信使RNA缺如，这提示杂合物可很快降解，西雅图哈钦森中心的巴斯（Bass）则提出另一种解释。她的实验提示，反义RNA有时可以使正常RNA失去作用，不是通过持久地与其结合，而是经夺取其信息的途径。

像卡西德用反义抑制致癌基因同样的实验，为人们提供了有关这类致癌基因作用的_信息。卡西德注意到，致癌基因与其他的一些基本功能关系密切，事实上，一些致癌基因只是稍微改变的有用基因的翻版。研究人员通过阻滞致癌基因的表达，正在研究这些基因有利和有害两个方面的作用。

但是，应用科学发现来治疗癌症，却是相当复杂的，例如，采用反义RNA的疗法需要使反义RNA进入病人机体的许多癌细胞中。科学家设想的目的是用良性病毒感染癌症病人，进而使生产：反义的DNA留在细胞核内，如理想的话，那产生的反义RNA仅消除致癌基因的致癌作用，而对基因的其他功能则无影响。不过，科学家提醒人们，这样的“治疗”病毒仍然只是一种想象。

反义研究的另一方面——生化学家制造合成的反义RNA有可能产生更为有效的治疗方法。这一领域的科学家正在用称为低聚核苷酸的小段单股DNA进行实验，他们可以在实验室内合成这种核苷酸，从而装配出能互补他们想要抑制的基因顺序的单股DNA顺序。科学家应用大约有15个基本对的片段——其长度既足以适合编码独特的顺序，又完全可以进入细胞。

通过实验观察，低聚核苷酸能以某种方式潜入细胞，进而抑制其互补的RNA顺序。研究人员已展开整个系列令人感兴趣的问题。“这些分子进入细胞的方式目前尚未完全阐明”，在巴尔的摩约翰霍普金斯大学进行低聚核苷酸研究的米勒（Miller）说。

许多常规药物作用像随意破坏者一样，在治疗疾病时任意破坏健康细胞的DNA和其他结构。而反义药物的作用则有希望更像是高度熟练的杀手，完成指派给它们杀伤特异的RNA片段的任务。曾参与首次低聚核苷酸实验研究工作的哈佛大学的梅尔顿说，这些DNA顺序就像细胞核制造的反义RNA一样，显然能结合信使DNA——除了必须要担负自杀任务的DNA低聚核苷酸之外，因为一种称为RNase-H的酶能很快破坏这种RNA-DNA杂合物。

但是，不同的实验提示，低聚核苷酸有时能以更复杂的方式干扰细胞。马里兰州贝塞恩达国立癌症研究所的科恩（Cohen）已经用反义低聚核苷酸抗击艾滋病毒（HIV）的DNA顺序。他现，添加仅用一种基本组份（如一排全部是鸟嘌呤或全部为胞嘧啶）制造的低聚核苷酸而不用反义顺序，可以减慢这种病毒在试管内传播。科恩指出，这些低聚核苷酸能分裂逆转录病毒（如HIV）开始用单股RNA制造新DNA的过程（即通常的从DNA产生RNA的逆转）。他说，低聚核苷酸看来能阻滞逆转录酶（从RNA反向产生DNA所需的一种酶）的作用。

不过，科恩观察到，只有具纯反义顺序的低聚核苷酸才能在他称之为“慢性感染的细胞”——那些被病毒感染并在其整个生命周期容留病毒而病毒本身不会死亡的细胞中起作用。在这样的细胞中，只有反义DNA——具有互补HIV基因的顺序——能阻止病毒传播，并阻滞指示性病毒蛋白质的产生。“还没发现任何其他的化合物能杀死慢性感染细胞中的艾滋病毒”，科恩说。

其他的实验表明，除了抗HIV作用以外，反义低聚核苷酸还有抗单纯性疱疹病毒、甲型流感病毒以及几种致癌基因的作用。法国研究人员，巴黎国家卫生与医学研究院的海伦（Helene）已经应用反义DNA阻断原生动物布氏锥虫（能引起非洲睡眠病）的生命周期。

用反义低聚核苷酸生产药物仍处于早期研制阶段。不过，科学家说，他们有充分的理由认为，反义概念有一天将可改进癌症和艾滋病这类致命疾病的治疗，这一领域很有希望，已经建立的几家私人公司在反义药物研究方面集中了他们大量的资源。

但是，要使合成的反义分子实用，药物研究人员必须要清除一些主要的障碍。低聚核苷酸合成考昂贵的，而且常需大剂量才能起到作用。许多低聚核苷酸之所以不起作用，是因为不能进入细胞，不能分裂靶顺序或者不能与靶顺序牢固结合。为了透过脂性的细胞膜 和溶于水性的细胞内部，低聚核苷酸必须既是有些脂溶性，又是有些水溶性的。它们一旦进入细胞，必须要耐受降解酶。敔然科学家要酶在低聚核苷酸与靶结合后才去破坏低聚核苷酸，但是如果酶首先与低聚核苷酸接触，这些药物就会失去作用。

在约翰 · 霍普金斯大学，米勒和他的同事们通过改变DNA的主链，用甲基团代替氧原子，进而研制出防酶低聚核苷酸。不过，随着稳定性提高而出现的另一个障碍，是已改变的低聚核苷酸不易溶于水，与KNA的结合可能也不太好。根据科恩等其他研究人员的报告，对DNA主链的另一种修饰——用硫原子代替氧原子——看来既能提高溶解度，又能增强耐酶力。

参与遗传工程途径研究的一些生物学家对生化学家应用合成低聚核苷酸的工作仍抱有疑问。哈钦森中心的温特罗布告诫说，研究人员需要完全确定他们已击中其遗传靶。他注意到，基因顺序含有装配特殊的蛋白“产品”的编码——因此，如果实验能切实消除一些遗传顺序的功能，那么细胞就会停止制造这种蛋白产品。不检测这些蛋白质的研究人员正在进行的工作是草率的，他说。

但是，许多进行低聚核苷酸实验的生化学家则力辩说，他们正好看到这一点。“我们不仅观察到预期的DNA-RNA杂合物显示反义是如何工作的，而且看到了特异的蛋白产品减少”，坦帕南佛罗里达大学的威克斯特龙（Wickstrom）说。去年，他发现，反义低聚核苷酸能阻滞细胞制造mic致癌基因的蛋白产品，他目前正在研究艾滋病毒的反义途径。他说，HIV制造一种叫tat的蛋白质，为了确定他们是否正在抑制HIV基因，研究人员可以检测这种蛋白质。

—些科学家在探索反义遗传学的医疗用途或者试图解开反义遗传学作用机理之谜，而另一些科学家则已经朝新的方向推进这一领域的研究。一些科学家设想不是利用反又顺序本身作为破坏性药物，而是作为工具将各种分子武器携带到RNA股的正确位点上。例如，反义顺序可以释放一种分子来切断、化学改变或者夺取所需BNA股的信息——不可逆转地改变RNA。一种正在研究中的这样的分子叫核酶，研究人员给它起了个“分子剪刀”的绰号，因为它能把RNA剪开。核酶的部分含有反义顺序，为核酶附到特殊的RNA、片段上提供所需要的“粘胶”。另一部分则含有作用像剪刀的酶。

另一方向的带头人，加州理工学院的德万（Dervan）正在研究低聚核苷酸是怎样与双股螺旋DNA本身结合形成三股螺旋的，随着不同学科的科学家在互相的反义研究工作中开始看到这一意义，他们正在反义遗传学领域内向前迈进。如果顺利，那科学家互相交换研究结果和见解将增加逆转不良基因损害的希望。

[Science News，1989年6月10日]