基于前药的基因沉默方法中的刺激响应性寡核苷酸

已经设想寡核苷酸（ONs）用于治疗应用超过三十年。然而，它们的广泛使用需要克服几个障碍，例如生物流体的不稳定性，低细胞穿透，有限的组织分布和脱靶效应。为了实现这一目标，许多化学修饰已被最终引入ON，作为修饰和更好地改善其性质的手段，因为基因沉默剂和其中一些已经成功。此外，在寻找制备有效的基于ON的药物的替代方法时，将前药的一般概念应用于寡核苷酸领域。前药定义为在体内经历转化以在不同刺激下产生母体活性药物的化合物。近年来，人们对基因沉默功能的刺激响应性ONs的兴趣引人注目。ON前药策略通常有助于克服天然ONs的限制，因为它们的代谢稳定性低且递送不良。然而，与永久性ON修饰相比，前药中的瞬时修饰提供了作为作为开关的刺激的函数调节ON活性的机会。通常，ON前药在被触发释放未修饰的ON之前不起作用。然而，如将在一些示例中描述的，可以寻求相反的效果。前药中的瞬时修饰提供了作为作为开关的刺激的函数来调节ON活性的机会。通常，ON前药在被触发释放未修饰的ON之前不起作用。然而，如将在一些示例中描述的，可以寻求相反的效果。前药中的瞬时修饰提供了作为作为开关的刺激的函数来调节ON活性的机会。通常，ON前药在被触发释放未修饰的ON之前不起作用。然而，如将在一些示例中描述的，可以寻求相反的效果。

该评论检查了响应各种刺激的ON修改。这些刺激可以在细胞内部或外部，化学（谷胱甘肽），生物化学（酶）或物理（热，光）。对于每种刺激，讨论已被分成对应于核苷酸中修饰位点的部分：核苷酸间核，核碱基，糖或ONs的末端。此外，该综述提供了刺激响应性ONs的当前和详细说明，主要目标是基因沉默。然而，对于本综述中报道的一些刺激反应性ONs，未显示出控制基因表达的应用，但可证明该领域具有一定的潜力。另外，已经提到了不同结构域中的其他应用以扩展对这些分子的兴趣。

关键词：酶不溶性; 光响应组; 寡核苷酸前药; 还原反应; 刺激响应核酸; 热分解前药

在过去的几十年中，基于寡核苷酸的疗法已被广泛开发，使用短合成寡核苷酸（ONs）及其化学修饰的模拟物作为阻断mRNA功能，抑制蛋白质功能或诱导免疫应答的有力工具[1,2]。在这些ON治疗策略中，基于ON的基因沉默（其中涉及mRNA作为特异性靶标）已经被大量研究，并且几种有希望的ON已经在临床开发中[3]。基因沉默策略包括反义寡核苷酸（AON），核酶，DNA酶，小干扰RNA（siRNA）和微RNA（miRNA），其在翻译前特异性靶向相关不需要基因的互补mRNA序列。

AON是长度为15至25个核苷酸的单链DNA，通过Watson-Crick碱基配对与mRNA靶标结合并形成RNA / DNA双链体[4]。这可导致RNA酶H介导的mRNA切割或通过空间阻断的mRNA翻译停滞。另一种基因抑制策略涉及核酶[5]和DNAzymes [6]，它们是具有酶活性的核酸分子。这些催化性RNA和DNA在特定位置触发RNA底物的切割。另外，核酶可以催化靶mRNA的连接，从而将其治疗潜力扩展到RNA修复应用。最后，另一种有希望的基于ON的疗法，比基因敲除的AON或核酶更有效，以RNA干扰（RNAi）机制为中心，其使用两种天然途径进行基因沉默。一个是由长度为19-23个核苷酸的双链siRNA引导，与mRNA靶标完全互补，另一个由miRNA（长度为22个核苷酸）引导，这些miRNA在3'-非翻译区域内错误地结合（3'） -UTR）靶mRNA [7]。miRNA也代表有趣的靶标，并且通过反义方法或通过阻断mRNA结合位点（miRNA掩蔽）使用抗miRNA AON获得其功能的抑制[8]。

虽然许多ON正在研究用于临床，但是开发ON作为治疗化合物仍有几个障碍需要克服。在未修饰的ON的主要限制之中，体内稳定性差，递送低和对靶细胞或组织缺乏特异性，脱靶效应和毒性妨碍了基于ON的治疗成功的途径并且需要解决。幸运的是，ON的各种化学修饰已被设计用于解决这些问题[9]。AON和siRNA中最常见的修饰是替代磷酸酯核苷酸间键的硫代磷酸酯（PS）骨架。该修饰提供了核酸酶稳定性和有利的药代动力学性质，但可导致一些毒性。此外，最广泛使用的糖修饰由2'-修饰代表：2'- O-甲基（2'-OMe），2'-氟代（2'-F）和2'- O-（2） - 甲氧基乙基）（MOE）[9,10]。报道了siRNA中2'-OMe和2'-F修饰的核苷酸的组合的一些实例，并且与未修饰的siRNA相比，修饰的siRNA的效力增加。ON中已经引入了许多化学修饰，作为修饰和更好地改善其作为基因沉默剂的性质的手段[11]。然而，制备有效的基于ON的药物的替代方法是将前药的一般概念应用于寡核苷酸领域。根据Albert于1958年给出的前药的定义[12]前药是在体内经历化学或酶促转化以产生活性母体药物的药剂。前药方法用于优化药物的物理化学性质并改善其药理学和毒理学特征。

可以定义为笼蔽寡核苷酸的寡核苷酸前药被瞬时修饰，具有非永久性化学修饰（响应单元），其可以响应适当的刺激而被除去，产生天然寡核苷酸。用于核酸治疗应用（例如基因调节）的前药策略的目的是避免核酸在生物培养基中的不良化学稳定性，因为它们对核酸酶的抗性低并且由于它们的聚阴离子性质而克服它们的低细胞摄取。在本综述中，我们旨在鉴定对各种刺激有反应的各种ON前药并评估其应用，主要集中在基因表达的控制上。使用ON前药作为适体，

两类刺激可以触发活性生物分子中的无活性ON前药。在这里，我们总结了化学修饰的ONs，其响应于内部生化调节刺激，例如谷胱甘肽或酶（还原酶，羧酸酯酶），或外部物理刺激，例如热或光（光照射）。瞬时响应单元可以连接在ON的不同位置：核苷酸间键，核糖，核碱基或5'或3'末端。为简单起见，当对象被完全记录时，对应于一类刺激的每个部分已被分成与ON中的修改位点相关的子部分。