具有阳离子骨架键的寡核苷酸类似物

它们选择性结合特定核酸序列的独特能力使寡核苷酸成为有前途的生物活性剂。然而，核酸结构的修饰是它们在体内或甚至在纤维素中应用的必要先决条件。寡核苷酸的寡阴离子骨架结构主要妨碍它们穿透生物屏障如细胞膜的能力。因此，特别注意寡核苷酸的结构修饰，其减少了它们的负电荷总数。一种这样的方法是将带负电荷的磷酸二酯键的位点特异性置换与在生理pH下带正电的替代结构基序，从而产生两性离子或甚至寡离子骨架结构。S-甲基硫脲基序和核苷氨基酸（NAA）衍生的修饰。描述了相应寡核苷酸类似物的合成和性质。

关键词： 主干修改; 阳离子; 脱氧核糖核酸; 寡核苷酸; 两性离子

寡核苷酸具有以选择性和序列特异性方式结合内源核酸的独特能力。因此，它们可以通过不同的机制调节生物功能[1]。单链寡核苷酸（ONs）主要通过两种不同的途径在纤维素中起作用（图1）。在抗原途径[2]中，ON进入细胞核并与双链DNA结合形成三螺旋。三螺旋不是转录机制的底物，因此，RNA生物合成（因此蛋白质形成）被阻断。在反义途径[3]ON与细胞质中的单链mRNA结合，从而提供不能进行核糖体蛋白生物合成的双链体结构（通常是DNA-RNA异源双链体）。或者，DNA-RNA异源双链可以是RNA酶H介导的mRNA链降解的底物。这样，催化量的ON可以介导编码特定蛋白质的mRNA的有效切割，这导致蛋白质活性的有效（尽管可逆）和选择性下调。寡核苷酸结构的生物学作用的第三种选择是通过双链“小干扰”RNA触发RNA干扰机制（siRNA，机制未显示）[4]。或者，单链寡核苷酸（抗miRNA寡核苷酸，'AMOs'，'antimiRs'）可以通过阻断所涉及的蛋白质-RNA复合物（RISC）中的RNA链来抑制内源性microRNA介导的RNA干扰[5]。

ONs通过序列特异性分子识别发挥上述生物学机制的能力使它们成为药物开发的极具吸引力的候选者。然而，它们的药代动力学特性是有问题的并且代表了它们的治疗应用的重大障碍。首先，主要由其低聚阴离子磷酸二酯骨架引起的ON的高极性严重阻碍了生物屏障如细胞膜的渗透，因此导致细胞摄取低。其次，未修饰的ON结构是核酸酶介导的降解的良好底物。因此，化学修饰ON结构以使其成为合适的候选药物或化学探针是至关重要的，例如用于诊断目的[6,7]。

Westheimer [8]，Benner [9,10]和其他人已经讨论了聚阴离子磷酸二酯连接的骨架与核酸的整体功能的相关性。尽管有这些考虑，但研究了许多人工核苷酸间键以减少骨架的总负电荷并增强核酸酶稳定性。实现这些目标的一种明显方法是引入非天然的电中性骨架连接，核酸模拟'肽核酸'（PNA）[11-13]代表一个惊人的例子。尽管非手性PNA骨架明显不同于天然核酸结构，但PNA能够与天然核酸进行序列特异性杂交。然而，它们适度的水溶性和肽样折叠特性[9]是其生物应用的障碍。作为替代策略，骨架的（脱氧）核糖部分已被保留，并且仅一些核苷酸间磷酸二酯已被选择性地被电中性基序取代。这些人工中性连接包括砜[14]，酰胺[15-22]，三唑[23-27]，氨基磷酸酯[28]和磷酸三酯[29]等。 部分。

使用不同的方法，已将正电荷引入核酸结构中。使用带正电荷的部分（i）作为额外的带电结构基序，补偿骨架键中的负电荷或（ii）作为天然带负电荷的磷酸二酯键的替代物。第一种选择已引起相当大的关注，带有正电荷的部分连接到核碱基或核糖上。一些选择的实施例1 - 6中提供了所得的核酸结构的图2 [30-37]。这种类型的寡核苷酸至少部分是两性离子的，但总体上是致密的。关于细胞摄取的有希望的改善，完全阳离子寡核苷酸类似物也可能是有吸引力的候选结构，如阳离子细胞穿透肽（CPP）的有利特性所示[38]。然而，类型的修改的设计1 - 6排除完全阳离子寡核苷酸类似物的制备。

该综述着重于上述第二种在寡核苷酸结构中使用阳离子基序的选择，即作为天然磷酸二酯键的替代[39]。原则上，该方法能够制备部分或完全两性离子以及阳离子骨架。该策略的研究较少，本文综述了四种人工阳离子键的研究：氨基烷基化氨基磷酸酯（及相关体系），胍基，S-甲基硫脲基序和核苷氨基酸（NAA）衍生的修饰。的合成和类型对应的寡核苷酸类似物的特性7 - 10（图3）描述了具有阳离子骨架键的方法。