《核酸适配体手册:功能性寡核苷酸及其应用》书评-杂志之家

内容简介

《核酸适配体手册》全书围绕功能性寡核苷酸及其应用，系统介绍了核酸适配体的体外筛选原理、技术方法以及近年来在基础医学、临床诊断、药物研究等方面的应用。主要包括各种靶分子的适配体体外筛选技术；用核酸适配体作为药理探针在体内和体外确定靶标、蛋白功能分析、活体成像和适配体在临床治疗研究中的应用等。书中内容均为该领域研究成果，其介绍的内容和方法对于国内适配体研究工作者具有指导意义和良好参考价值。

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《核酸适配体手册》以功能性寡核苷酸及其应用为核心，系统介绍了核酸适配体的体外筛选原理、技术方法以及近年来在基础医学、临床诊断、药物研究等方面的应用。本书姊妹篇《生物分析中的适配体》于2011年出版后，受到业内读者的广泛好评。这两本书的出版着重于适配体在生物分析化学中的应用。

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作者简介

译者：屈锋，北京理工大学，教授，研究方向为生物医学分析检测和生物分离。研究内容涉及：蛋白质与核酸分析及相互作用；核酸适配体筛选；蛋白质组学分析方法；细胞活性分析及毒性物质评价；微生物特性及分析检测。主持和承担科研项目：973《蛋白质分析鉴定新技术与新方法》；科技部"十一五"科技支撑计划《高通量蛋白质分离检测系统的研制与开发》；国家自然科学基金面上项目《基于模式病原菌全细胞核酸适配体的毛细管电泳筛选方法研究》等。

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16.1.2 成像的要求

与小分子、肽和抗体片段一样，适配体是分子成像中有前景的工具。研究中，适配体已成功用于核酸和蛋白质分子靶标。与具有对靶标的高特异性和亲和性一样，合适的化学稳定性，快速的药代动力学，无免疫原性和毒副作用也是适配体作为有效的成像试剂的先决条件。正如已经在"escort"适配体概念中所描述的那样，为了尽早获得高信噪比，快速的组织渗透和对靶标的高亲和结合是排在首位的要求(Hicke 等，2000)。

与干预治疗相比，成像中不需在疾病过程中直接干涉，如活化或抑制酶或其他信号通路。疾病器官或组织中的放射标记靶试剂的积累，能仅通过结合以及通过肾或肝胆排泄去除未结合的部分后发生。总之，快速的组织渗透和靶向累积结合快速排泄是SPECT和PET应用的材料，主要使用半衰期短的同位素，如SPECT中的99mTc(t1/2=6 h)和PET中的18F(t1/2=2 h)。因此，在常规的核医学诊断中，需要尽早时间点的高信噪比。这方面的重要参数是指肿瘤与血液之比高，肿瘤与正常组织之比高，出现的尿液排泄比肝胆清除快(表16.2，癌症放射诊断中体内靶标示踪剂的性能)。相对于治疗应用，诊断成像中，靶位处的高浓度的放射标性记的适配体不如高信噪比更重要，因为当健康器官和组织中的示踪剂消除快速发生时，低浓度的示踪剂甚至可通过疾病器官自身吸收而获得高信噪比。

16.2 体内成像用适配体

16.2.1体内应用的寡核苷酸性质

利用SELEX过程已经产生了一些受人关注的靶标的适配体，它们具备很有前途的体外特性。然而，目前只有少量的成功用于体内成像实验的适配体的报道。因为通常不可能根据寡核苷酸和其它靶标试剂的体外数据进行体内情况的推断，所以在放射标记后研究寡核苷酸的生物分布和成像特点是表征它们体内行为的有益方法，这也与利用寡核苷酸作为药物开发的工具以及开发寡核苷酸药物本身有关。

两个关键的性质-在生物体液中的稳定性和系统性的清除-决定了适配体的生物利用度。开发这类化合物作为药物的主要障碍仍然是它们对于血浆中核酸内切酶和核酸外切酶的不稳定。适配体在血液中的快速降解阻止了它与靶的结合，导致成像中的信噪比不足。在这方面，RNA适配体被证明比DNA适配体更稳定。寡核苷酸骨架(如磷酸二酯，硫代磷酸，甲基二酯)的后SELEX修饰，或在核糖位置上引入2`-氨基，氟或甲氧基团能够显著提升寡核苷酸的稳定性。必需确定在适配体序列中的合适的位置进行这些后SELEX修饰，因为它们能显著影响结合的亲和性或适配体的体内性质(Schmidt 等，2004)。硫代磷酸寡核苷酸表现出对血浆蛋白的高结合性和持续的被肝脏和肾脏吸收(Tavitian等，1998)，并且发现它们的代谢物排泄进入尿液。相反，2`-甲氧基RNA或2`-氟嘧啶适配体的主要排泄完全通过肾脏。核苷酸的取代或其它修饰，如通过聚乙二醇化增加分子大小也严重影响体系的清除速率。此外，选择放射性同位素(见表16.3)以及它的螯合物对放射性标记寡核苷酸的生物分布有重要的影响(Zhang等 2000和Kühnast等， 2000)。

一般用来阻止血浆中3`-核酸外切酶降解的3`-帽子(Dougan等，1997)可使适配体在血液中的稳定性显著增加。其它欲获得更高的体内稳定性的策略产生了合成的镜像异构体，锁核酸(LNAs)和肽核酸(PNAs)。由于具有更高的稳定性和可快速在体内清除，PNA是成像中最受关注的。此外，它们能被设计成具有跨细胞膜的性质(Mier等，2000)，这开启了它们用于细胞内靶标成像的可能性(参见Tung的综述，2000)。

尽管前面提到的一种或多种策略得到的适配体的稳定性是它们在体内应用的前提，但是不得不考虑到高的稳定性可能也导致高的背景活性，因而却导致成像中的低信噪比。例如，适配体TTA1的LNA衍生物在经99mTC标记后已经用于体内的肿瘤靶标研究(Schmidt等，2004)。尽管更高的血浆稳定性导致小鼠内肿瘤的吸收增加，但观察到的组织的背景增加和肾及肝胆排泄的减慢现象则导致更低的信噪比(表16.4)。此外，TTA1的2`-甲氧基和LNA骨架修饰使鼠类的生物分布向更高的尿液清除和肾脏吸收移动，而未修饰的TTA1则表现出更高的肠道吸收和更快的粪便排泄。总之，适配体的两种关键性质的平衡——稳定性，允许充分的靶标定向和体内清除，以及在不含靶标的器官和组织中的低背景活性——针对每种适配体必须进行优化。快速的肾脏清除可以在用药后很快引起非常高的信噪比，只要能够实现特异性的分子在靶标处的滞留。

在动物中已经观察到适配体有非特异性的吸附血清蛋白或细胞的倾向，在系统给药后，适配体保留在非靶组织如排泄器官。适配体骨架的高负电荷似乎是这个现象的原因，因为它增加了成像过程中背景的活性。

适配体到它们的靶标的有效传输是它们在体内应用的另一个主要障碍，已经进行了一些提升灌注穿透内皮细胞层和提升细胞的吸收和内化的尝试。如阳离子脂质，多胺或合成载体已经用于克服大多数寡核苷酸的高度电荷化的骨架，这可以阻止它们与细胞内的靶标结合。然而，适配体在成像中有关载体的成功应用还没有报道。

16.2.2 不同类型的靶向试剂比较

适配体的分子量大约为10-15 kDa，介于肽和抗体片段之间。与抗体和抗体片段(scFv，Fab)相比，适配体的一些特色在成像中是优势：

与抗体相比，由于适配体分子尺寸更小，它能更快的扩散进入组织和器官，产生更快的靶向定位(和成像)。

适配体的分子量更小，导致在体内循环时间更短，体内的清除更快，成像时背景噪音低。

快速的体内清除减小了病人的辐射剂量(全身的剂量)

适配体不会引起免疫反应

由于全部是合成的，适配体产品价格便宜

肽是比适配体更小的适配体，已经用于定位细胞表面的蛋白如G-蛋白偶联受体。与小分子一样，它们代表了一种有用的工具，特别是在PET成像领域。由于多数PET同位素的半衰期短，所以成像应用时需要有快速的药代动力学。由于适配体库的高通量筛选通过SELEX过程是可行的，以及适配体的高亲和性和特异性和它们的自动合成，针对体内成像，适配体结合了抗体和肽的优势(Hicke和Stephens, 2000)。根据它们的分子量，适配体似乎仍然是足够小的分子，用于PET成像很有吸引力。尽管寡核苷酸似乎是合理药物设计的非常好的工具，但它们的系统性治疗药物的使用还很少有转换到体内的应用。产生这种情况的原因是它们固有的脆弱性、较低的生物利用度和非特异性作用的倾向(Younes 等， 2002)。与系统性的治疗药物使用的限制相反，在成像中寡核苷酸总体的适用性已经被证明，今后越来越多的特别是成像中放射标记的适配体的使用是可以预见的。

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