BioMolly 细胞奇遇记 2024-06-03 07:00 上海
基因敲降（Gene knock-down）是指在细胞或生物体中通过RNA干扰（RNAi）等方法降低目标基因表达水平，使其功能受到抑制。通常通过合成人工转录后小干扰RNA（siRNA）或利用稳定的反义RNA（shRNA）介导靶向降解mRNA来实现。由于RNAi的效果通常是部分抑制目标基因的表达，因此被称为基因敲低。基因敲低可以帮助研究者探究特定基因的生物学功能、代谢途径等，是一种常用的基因功能研究方法。
RNA干扰（RNAi）是有效沉默或抑制目标基因的表达的过程，该过程通过双链RNA使得目标基因相应的mRNA选择性失活来实现的。RNA干扰由转运到细胞质中的双链RNA激活。沉默机制可导致由siRNA或shRNA诱导实现靶mRNA的降解，或通过miRNA诱导特定mRNA翻译的抑制。
小干扰RNA，在3‘ 端有两个碱基的游离，可激活RNA干扰，通过与目标mRNA互补结合序列，特异性地实现靶mRNA降解。
短发夹RNA，包含一个环结构，可加工成siRNA，也可通过与目标mRNA互补结合序列，特异性地实现靶mRNA降解.它的优势在于能够使用病毒载体进行转染，克服某些类型的细胞不能转染的问题，同时，能减少脱靶效应。
RNAi基因沉默技术的基本流程，包含具体以下几个方面，操作可能因实验室和研究需求而有所不同。
通过文献研究、基因表达谱分析等方法筛选并确定需要沉默的目标基因。
根据目标基因的序列，设计并合成能够特异性结合目标基因的短发夹RNA（short hairpin RNA，shRNA）。shRNA在细胞内被转录和表达后，将形成长度约为21-23个碱基对（bp）的siRNA。
将设计好的shRNA通过转染或其他方法导入细胞，并在细胞内转录和表达shRNA。
shRNA被转录后生成的siRNA在细胞内与目标基因的mRNA结合，抑制目标基因的表达。该过程需要RNA解旋酶将siRNA双链解开，反义链与RNA诱导沉默复合物（RISC）形成复合物，最终由siRNA引导核酸酶切割互补的靶mRNA，实现转录后水平的基因沉默。
通过qRT-PCR、Western Blot等技术检测目标基因的表达水平，以评估基因沉默的效果。
由于RNAi具有很好的特异性和有效的干扰活力，可以使特定基因沉默，使其功能丧失或降低表达，因此可以作为功能基因组学的一种强有力的研究工具。已有研究表明siRNA能够在哺乳动物中抑制特定基因的表达，而且抑制基因表达的时间可以控制在发育的任何阶段，产生类似的基因敲除的效应。与传统的基因敲除技术相比，这一技术具有投入少，周期短，操作简单等优势。因而，近年来，越来越多的实验室开始使用siRNA研究基因的功能。
研究表明，人们通过合成一段针对特定病毒基因的siRNA，并将之导入该病毒感染的细胞，能够有效地抑制该病毒的复制，阻断病毒对细胞的感染。并且，可贵的是，siRNA在病毒感染的早期就能发挥抑制作用。因而，siRNA可用来治疗病毒性疾病。
如前所述，siRNA可以特异性地抑制某个基因的表达，因而是治疗缺陷表达或过量表达性遗传病的最好手段。
肿瘤是多个基因相互作用的基因网络调控的结果，传统技术诱发的单一癌基因的阻断不可能完全抑制或逆转肿瘤的生长，而RNAi可以利用同一基因家族的多个基因具有一段同源性很高的保守序列这一特性，设计针对这一区段序列的siRNA分子，只注射一种siRNA即可产生多个基因同时剔除的效果，也可以同时注射多种siRNA而将多个序列不相关的基因同时剔除。显然，与传统的基因治疗方法相比，siRNA是更为理想和有效的治疗手段。
siRNA还可用于整形，如瘢痕疙瘩是一种较为难治的疾病，目前尚无有确切有效的治疗方法。使用特异性siRNA可以有效抑制瘢痕疙瘩的形成。另外，使用特异的siRNA还可以抑制黑色素的分泌，达到皮肤美白的效果。
基因敲降技术在未来展望中显示出广泛的应用前景。临床上，基因敲降有望用于治疗遗传性疾病、癌症和病毒感染，推动个性化医疗的发展。在基础研究中，它将继续帮助科学家深入理解基因功能和生物过程。在农业和生物技术领域，基因敲降可以提高作物抗病性、产量和营养价值，并用于控制害虫和病原体。RNAi药物开发将进一步改进递送系统，提高治疗效果和靶向性。通过与精准医学、合成生物学和环境修复技术的结合，基因敲降将为健康、农业和环境保护带来重大变革和创新。
