DNA是構成所有有機體基因組的雙鏈分子，而RNA通常被描述為DNA的單鏈表親。然而，許多類型的非生物病毒以雙鏈形式的RNA（dsRNA）攜帶它們的遺傳信息。當人類**系統檢測到這種外來RNA的存在時，它通過增加稱為干擾素（IFN）的保護性細胞因子的產生來發出警報，從而激活人體內針對病毒入侵者的先天**反應。

科學家們試圖通過構建模擬病毒基因組特征的**性dsRNA來利用這種天然的抗病毒反應。但是對先天**系統的干預是一把雙刃劍。病毒RNA類似物也可以激活導致體內過度炎癥的分子途徑，相比于它們的抗病毒益處，這可能造成更大的傷害。

如今，在一項新的研究中，美國哈佛大學懷斯生物啟發工程研究所的研究人員發現了一類新的**刺激性dsRNA，它們能夠強效地誘導兩種形式的IFN---IFN-I和IFN-III---的產生，同時限制了以前使用基于RNA的**刺激劑通常觀察到的炎癥。相關研究結果近期發表在Molecular Therapy-Nucleic Acids期刊上，論文標題為“Self-assembling short immunostimulatory duplex RNAs with broad-spectrum antiviral activity”。

這些新的dsRNA分子極大地抑制了許多具有大流行潛力的病毒---包括SARS-CoV、SARS-CoV-2、MERS-CoV和多種甲型流感病毒毒株---感染人類細胞的能力，此外在傳統的細胞培養物以及復雜的人類肺部器官芯片模型中都是如此。在COVID-19的小鼠模型中，dsRNA將它們體內的病毒載量減少了1000多倍。

論文共同**作者Haiqing Bai博士說，“這些新的dsRNA對COVID-19來說是一種有吸引力的**選擇，因為SARS-CoV-2感染產生了一種不平衡的**反應，其中保護性的IFN反應被抑制，而炎癥反應卻升高了。通過優先增加IFN-I，我們的dsRNA有潛力校正這種不平衡，也可能用于**許多其他病毒性**。”

偶然的發現，系統性探究

多年來，Bai和懷斯生物啟發工程研究所創始主任Don Ingber實驗室的其他成員一直在利用他們的人類器官芯片平臺開發病毒性**的新療法。在2020年之前，該團隊正致力于確定人類肺細胞中調節它們對甲型流感病毒感染作出反應的基因，畢竟甲型流感病毒在當時是*值得關注的大流行病毒。他們首先使用CRISPR-Cas9篩選來確定可能抑制流感病毒增殖的宿主基因。篩選出的*佳候選基因之一是一個名為DGCR5的基因，它產生一種長鏈非編碼RNA（lncRNA）序列，而不是一種蛋白。為了了解DGCR5如何影響感染率，他們設計出三種不同的干擾該基因表達的雙鏈小干擾RNA（siRNA），然后將siRNA遞送到體外培養的肺細胞中。

這些作者發現這種siRNA遞送將DGCR5的水平降低了80%以上，并抑制了90%以上的甲型流感病毒感染。在這些結果的刺激下，他們開始單獨測試這些siRNA，以及一些額外的針對DGCR5的siRNA序列。令他們吃驚的是，雖然他們構建的10種siRNA中的9種明顯減少了DGCR5基因的表達，但其中只有一種抑制了病毒感染。看來，DGCR5的活性可能不是病毒感染率的驅動因素。

當他們進一步開展研究時，他們證實這種特殊的siRNA導致參與IFN信號通路的多個基因的上調表達。額外的研究顯示了這種siRNA專門激活了能觸發IFN產生的三種信號通路之一，即RIG-I通路，該通路是先天**反應的一個重要組成部分。這些作者開始猜測他們發現了一類新的dsRNA，它們通過一種以前未知的作用機制刺激**系統。

他們開始系統地生成和測試這種原始的dsRNA序列的200多種變體，以找出這種機制。他們確定了一串特殊的核苷酸，稱為“基序”，它始終存在于具有高IFN刺激活性的dsRNA的一端：一條鏈上的胞嘧啶（C）和另一條鏈上的三個鳥嘌呤（GGG）。鑒于C與這種基序中GGG序列的一個G結合，在每個dsRNA的末端有兩個延伸出來的G。當dsRNA有許多拷貝時，從一個dsRNA分子的末端延伸出來的G可以通過一種叫做G-G胡斯坦堿基配對（Hoogsteen base pairing）的不尋常現象與從另一個dsRNA分子的末端延伸出來的G結合起來。由此產生的dsRNA二聚體直接與RIG-I非常有效地結合，導致RIG-I激活和隨后的IFN反應。

論文共同**作者Longlong Si博士說，“這對我們來說非常有趣，因為以前的研究已表明RIG-I可以被具有平齊末端（也就是沒有從末端延伸出來的堿基片段）的雙鏈dsRNA激活，而且幾乎任何類型的末端延伸堿基片段（overhang）都可以阻止RIG-I的結合。但我們觀察到的這種獨特的G-G結合行為有效地產生了能強效激活RIG-I的具有平齊末端（blunt-ended）的dsRNA，所以在這種情況下，末端延伸堿基片段對我們的新型dsRNA的活性至關重要。”

從流感到COVID-19及其他

為了了解他們新發現的dsRNA在活細胞中的有效性，這些作者將其中的一種dsRNA與一種模擬病毒感染的合成**刺激劑poly(I:C)進行了面對面的測試。當他們將這兩種化合物應用于人類上皮細胞時，他們發現這種dsRNA產生的抗病毒炎癥反應較少，而具有更大炎癥性的poly(I:C)在基因表達方面引起了更廣泛的變化，并影響了對正常細胞功能至關重要的其他生物過程。

為了更進一步，這些作者隨后在由懷斯生物啟發工程研究所開發的用于在體外復制復雜的人類器官組織和功能的人類肺部氣道和肺泡芯片中測試了這種dsRNA。他們將這種dsRNA引入健康芯片，觀察到IFN-I的表達增加了12～40倍。當他們在器官芯片中加入甲型流感病毒時，他們發現這種dsRNA抑制了80%～90%的感染。

隨后，COVID-19大流行來襲，這些作者將他們的研究從流感病毒轉向SARS-CoV-2和相關的冠狀病毒SARS-CoV、MERS-CoV和HCoV-NL63。他們的這種dsRNA從容應對了這種變化，對MERS-CoV和HCoV-NL63感染來自猴子的哺乳動物細胞系的抑制率超過90%，對SARS-CoV的抑制率超過1000倍。它還對SARS-CoV-2感染人類上皮細胞系的抑制率達到了驚人的99.99%。

*后，這些作者在COVID-19的小鼠模型中測試了這種dsRNA。當他們用SARS-CoV-2感染接受這種序列未受到破壞的dsRNA**的小鼠時，與用序列受到破壞的這種dsRNA**的小鼠相比，前者將小鼠肺部的病毒載量減少了1000多倍。

論文通訊作者、懷斯生物啟發工程研究所教授Donald E. Ingber博士說，“COVID-19的大流行已**苦地表明，我們需要能夠減弱各種病毒感染的廣譜**方法，而不是在每種**出現時為它開發一種定制的**方法。我希望這種RNA**技術將成為對抗未來大流行病的一種廣泛使用的方法。”

除了**病毒，這些新型dsRNA還可能用于****、**和寄生蟲感染，以及癌癥和自身**性**等可以從增加IFN產生中獲益的**。它們還可能被用作佐劑，以增強其他疫苗的活性。

這些作者說，未來的研究必須確定*佳的**時機，因為在感染中太晚激活IFN可能會加劇炎癥，同時也要研究直接將dsRNA遞送到上呼吸道（例如，通過吸入器）中以盡量減少全身性**激活的可能性。（生物谷 Bioon.com）