从癌症治疗到艾滋病(AIDS)防治，也许未来的药物可以依赖于一种小RNA分子，但是科学家必须首先弄清楚如何驾驭身体周围的这些片段——
合成的小RNA具有一种不寻常的能力———干扰mRNA(即信使RNA)进而使特定基因的活性沉默。现在已经证明，它的这种能力将极大地有助于遗传学家理解基因的功能[将这种RNA干扰(RNA interference，即RNAi)用于疾病治疗的目的正推动着研究的深入，并开始取得进步]。距第一篇报道哺乳动物RNAi致基因沉默的论文发表至今虽然只有6年时间，但目前至少有6项基于这种理念的治疗计划已经进入了临床试验。
“RNAi疗法领域的进展相当快。”地处马萨诸塞州剑桥的奥尼拉姆(Alnylam)制药公司总裁兼首席执行官约翰·马拉戈诺(John Maraganore)说。但在递送这些小RNA序列过程中仍存在问题。最初的临床试验依靠“局部递送”，即直接将短干扰RNA(short interfering RNA，即siRNA)引入需要治疗的特定的组织。但是就真正的治疗价值而言，siRNA需要系统性地引入。
萨克斯说 , 对 RNAi 疗法而言, 系统递送是个主要问题
“系统递送是个主要的问题。”Sirna制药公司负责RNA疗法的副总裁艾伦·萨克斯(Alan Sachs)说。Sirna制药公司现在是默克制药在旧金山的子公司(Sirna制药公司利用RNA干扰原理来开发使致病基因无法表达的药物，总部位于旧金山，2006年被默克制药收购———译者注)。
通过系统处理，用一个小RNA在安全、治疗水平上干扰正确的组织和细胞类型中的正常的mRNA，
这个过程需要精确的控制，需要设计不同的递送工具和潜在的专一性的目标策略。动物学研究表明，用系统递送的siRNA以使目标基因沉默是可能的。“在过去的几年里我们已经了解到，RNAi的系统递送是能够实现的。现在能被用来实
现RNAi系统递送的方法有多种。”马拉戈诺说。但他同时指出，现在还没有简单的解决方法。
“如果你注射裸露的siRNA到血液中，在正常的压力下，它并不起作用。”剑桥麻省理工学院(MIT)癌症研究中心的丹尼尔·安德森(Daniel Anderson)说。不过，将裸露的siRNA直接递送进肺部以治疗呼吸道合胞病毒(RSV)肺炎，能够显著减少病毒的复制。这2例对比明显，说明了合成的siRNA的局部递送和系统递送之间存在的差异。
局部递送
当奥尼拉姆公司开始开发基于RNA的疗法时，它把精力集中在局部递送上。在治疗肺中部的RSV病毒时使用了吸入的合成RNA，RNA随即引发了一系列反应，摧毁了该病毒复制所必需的一种蛋白质。马拉戈诺说，吸入法可以获得较高的RNA局部浓度，当然也可以采用一些天然的机制，例如胞饮作用，将RNA递送到目标细胞中。
奥尼拉姆公司的工作也有助于弄清楚系统递送的机理。在2004年的一项研究中，他们第一次证实被系统递送的siRNA具有潜在的“类似药物”的性质。当时他们使用了一种结合了胆固醇的合成RNA，并在RNA的正义和反义链上用部分磷硫酰骨架和2′-O-甲基糖进行了修饰。
这项研究成果发表后，在siR-NA系统递送中，基于脂类和聚合物的运载工具逐渐被开发和试验。位于法国伊尔科什的PT公司(即Polyplus-transfection，法国的一家生物技术公司———译者注)的研究人员利用阳离子聚合物和阳离子脂质间的差异，将siRNA系统递送到不同的器官。“我们对递送到肺部很感兴趣，已经用阳离子聚合物聚乙撑亚胺完成了系统递送，”PT公司的首席科学家帕特里克·厄贝切尔(Patrick Erbacher)说，“但是对于肿瘤注射来说，我们使用了阳离子聚合物或阳离子脂质。”
使用结合了脂质或包裹在脂质体或脂质纳米颗粒的siRNA，几家公司已经实现了稳定且高效的系统递送，将siRNA递送至一些器官(如肝脏、胰腺、肾脏)甚至某些类型的肿瘤中。与siRNA结合的聚合物能够把这些小RNA递送至诸如肺、脾脏和肾脏等器官中。
总部位于内华达州拉斯维加斯的奥特根生物系统公司(Altogen Biosystems)的研究人员，正在探索阳离子脂质和可以生物降解的聚合物用于体内的递送，但是发现这并不容易。“目前还没有递送方法。”公司负责研发的副总裁安德里亚斯·金(Andreas Kim)说。
约翰·马拉戈诺自信能够 实现siRNA的系统递送
“目前还没有一个方法真正很完美，所有的方法都各有优缺点。”金指出，在老鼠中，基于脂质的siRNA递送很高效，但是容易诱发炎症反应。另一方面，基于生物降解聚合物的递送工具不容易导致炎症反应，但是效率较低，并且其效力似乎比基于脂质的递送工具短暂。
“用脂质体将siRNA递送至肝脏比较容易，大约95%的注射剂量都能到达肝脏。”马拉戈诺说。脂质体是细胞膜的合成类似物，由亲水和疏水的区域组成，这些区域在液体环境中形成球状“包裹”。奥尼拉姆正使用这种方法来定位肝脏中的2个基因———一个跟调控血液中的低密度脂蛋白水平有关，另一个跟肝癌有关(该基因跟血管内皮生长因子和纺锤形驱动蛋白有关)。
对许多公司来说，应用基于脂质的递送工具来靶向肝脏，这一点已使器官成为普遍的出发点。例如，默克公司正在使用脂质纳米颗粒(就像脂质体一样利用内源性的摄取机制)，但是至今还没有找到靶向的专一性配体。
尽管脂质纳米颗粒是主要的研究方向，但默克公司也在探索其他的递送工具，并且在一些领域同外界进行合作。“我们在专利使用权领域积极拓展，在评价阶段邀请有识之士和我们合作。”萨克斯说。2007年10月，默克公司与普洛第瓦生物疗法公司(位于加拿大不列颠哥伦比亚省的伯纳比———译者注)签订了一份专利使用权转让协定，协议是关于默克公司的稳定核酸脂质颗粒(stable nucleic acid lipid particles，即SNALPs)。这些专门特制的将siRNA包裹的脂质纳米颗粒，是第一批非病毒的siRNA递送工具，它们在灵长类(不包括人类)动物中显示出活性。
基于RNAi疗法的快速进步也在引领着PT公司探索递送工具的生产。该公司开发和销售DNA、RNA、蛋白质转染及递送试剂(这些试剂广泛用于体外和体内的试验)。伴随着RNAi疗法进入临床，该公司看到在政府质量标准或“当前优良的生产实践(current good manufacturing practices，即cGMP)”标准下大批量生产递送工具的需求。“如果你想让这些递送工具进入临床，你就必须要有cGMP认证的递送系统。”厄贝切尔说。
超越肝脏
尽管在一般的递送上取得了不少进展，但是要达到在治疗上的全面应用仍有不少问题。“我并不认为我们现在已经站在这样一个高度上———能够命名一个组织、实现专一性的递送和得到近乎完美的结果。”安德森说。虽然他指出有好的证据表明，靶向的系统递送应该是可能的。
靶向递送的一个很有前途的方法涉及将各种靶向要素组合起来，如抗体片段、配体和结合了合成RNA的小化学基团。同时，还要开发一些技术将靶向纳米颗粒的递送和生物分布用图像呈现出来。其中的一些新方法可能会克服基于脂质的运载工具存在的问题。例如，附有siRNA的RNA适体(ap-tamer)一直被研究者用来靶向前列腺癌细胞，在用脂质或抗体的一些情况中不会导致炎症反应。
福尔玛相信, 病毒在RNAi的递送上有进化优势
加利福尼亚帕萨迪那的克兰朵制药公司(Calando Pharmaceuti-cals)正在开发另一种可能会避免炎症反应的方法，他们使用的是含有环糊精的聚合物。这些聚合物与siRNA混合后，它们会结合到RNA骨架上，装配成纳米颗粒。靶向配体或稳定剂都能附着在聚合物中的环糊精上以促进递送。
进化的优势
靶向递送的另一种方法是向自然界学习。“病毒早就学会了如何进入细胞———穿过细胞膜进入细胞质，继而进入细胞核。”加州拉荷亚市的沙克生物学研究所(Salk Institute for Biological Studies)的遗传学家因德尔·福尔玛(Inder Ver-ma)说，“所有其他的方法都要考虑如何做到这一点。”病毒作为小RNA递送工具有这样一个“进化的优势”，他补充说。
通过利用病毒的天然多样性，研究人员已经开发出一系列病毒载体，它们被用来递送小RNA(或治疗疾病用的遗传序列)到多种类型的细胞中。病毒载体的历史并不算短了，科学家们现在用它们来递送小的发夹结构的RNA(short hairpin RNA，即shRNA)，这些shRNA经细胞加工处理后产生siRNA，siRNA使基因沉默。
不少研究人员和公司一直使用来自基于DNA的腺病毒和腺病毒伴随病毒(ade-no-associated virus，即AAV)的病毒载体，例如加州圣莫尼卡的爱玛基因技术公司(Arma-Gen Technologies)。这些载体用于shRNA的递送。但是，已经发现AAV载体在RNAi的应用上用途更广，这些病毒能够转导分裂细胞和不分裂细胞，并且最终导致稳定的、位点专一性的整合。
基于慢病毒(lentivirus)的载体是另一种选择。“慢病毒载体用于RNAi研究是因为它具有这种能力:转导不分裂细胞，高效地转导难于转染的细胞。”马里兰州巴尔的摩的兰廷根公司(Lentigen)的CEO保罗·德罗尤里克(Boro Drop-ulic)说。
但是任何病毒载体都要解决这个困扰合成的RNA的问题:靶向。“靶向是一个大问题。尽管有几家公司在研究这个问题，但是仍没有突破。”德罗尤里克说。使靶向病毒载体成为一个巨大挑战的是，随着靶向要素改变病毒结构是很困难的，并且在这个过程中还要保持病毒颗粒的正常功能。
Sirna制药公司正在开发稳定的、可使与疾病相关的基因沉默的siRNA化合物
例如，对于腺病毒和AAV载体来说，病毒需要大量特定的蛋白质来制造其病毒外壳。蛋白质不断增加可能会带来问题(例如增加的蛋白质中可能存在靶向过程的抗体片段)。“想象一下，病毒外壳就像一座运动中心的园屋顶，”福尔玛说，“如果你只管放大量的信息在那里，那么这个圆屋顶将会被撑破。”为了解决这个问题，福尔玛认为研究人员需要找到一种方法来“修改”病毒的整个外壳。
慢病毒载体问题少一些———这种病毒颗粒被一层脂质的膜包围，蛋白质可被插入在脂质膜中，而不会瓦解病毒的结构。即便这样，高效、专一性的靶向仍是一个问题。
“我认为这可以归结为两件事情:更广泛地了解病毒结构蛋白修饰方面的问题;确认专一性的靶向受体，以便能够让病毒以高度专一的方式跟细胞相互作用。”福尔玛说。他提到了戴维·巴尔的摩实验室(位于帕萨迪那的加州理工学院内)的最近工作。该实验室的研究人员为了靶向特定类型的细胞，将一个小的单克隆抗体连接到一个慢病毒外膜蛋白上。还有一些研究机构尝试着使用来自细胞表面受体的小的配体和标记序列，这些对开发靶向病毒载体大有希望。
当研究人员在苦苦探索靶向问题时，一些公司已经开始使用慢病毒载体来递送作为治疗用的RNAi。德罗尤里克注意到，慢病毒转导系统的体外使用成为关键性的第一步。“我认为使用转导细胞作为广泛使用的工具，而不是考虑用直接注射慢病毒载体，将是今后要走的路。”他说。兰廷根公司正在将这种思路用在T细胞和干细胞上，以治疗癌症和传染性疾病。
基因沉默的未来
大多数专家都同意，对所有的疾病而言，治疗用的RNAi可能将不会依赖于单一的递送工具或给药方法。“一些疾病可能比别的疾病需要的剂量低，或可能是自然情况的一半。”MIT的生物工程专家罗伯特·兰格(Robert Langer)说，“因此我认为，更多的也许要取决于疾病和你正在考虑的治疗形式。”
在递送机理的研究工作中，一个可能的“受惠者”就是近些年发现的siRNA的“同胞”:微RNA(microRNA，即miRNA)。“伴随着miRNA疗法，你将看到一批新的非编码RNA。”马拉戈诺说。对这项技术而言，它尚处于初期，但是很多公司现在都在从事建立基于miRNA的疗法的工作。
当提到siRNA时，马拉戈诺说他现在被早期用于临床研究的递送方法所鼓舞，希望新的递送工具的发展将继续，并早日问世。“我猜想，在3~5年内，科学家们仍将就寻找最好的递送方法而继续工作。”他说。而福尔玛认为，RNAi的发现把“新鲜的生命”注入了基因疗法的领域。“我认为，让RNAi技术尽早用于临床是一件让人激动的事情，因为这是一项非常有效的技术———更确切地说，只要我们能递送它。”