《研究成果報告》 簡介核酸三螺旋基因療法 化學研究所研究員 甘魯生 未來的治療將不再是完全服用或注射維生素或抗生素，而是也可 以用一種叫核酸的物質。核酸並非外來物，它是生物體內管遺傳的物 質。由於用核酸作藥物是可直接作用到基因上，我們姑且亦稱之為基 因療法(註一)。所有的病症在理論上都能由基因療法治癒。比如說癌 症（惡性腫瘤），它是威脅國人生命的頭號殺手。雖然我們並不確定 癌症的成因，也不明瞭癌細胞發展的過程，但大家都同意癌症的由來 是因遺傳物質核酸出了毛病。因為只有不正常的核酸才能命令細胞亂 分裂一通，同時也把它傳到下一代。如果我們製作一小段核酸（也稱 之為寡核酸鏈）具有特定的鹼基順序能準確的找到細胞裡那段變成腫 瘤的基因，與之作用，使之失去活性，腫瘤不就消失了嗎？我們也十 分明瞭由各種細菌或濾過性病毒感染所引起的疾病。比如說愛滋病， 雖然目前無有效的預防與治療方法，但我們巳經清楚愛滋病毒(HIV) 的生命史。它每一個環節都需要核酸參與，所以我們只要用一條寡核 酸鏈把其中一個疾病破壞掉，愛滋病毒便無法活動了。我們也知道許 多先天性的疾病是來自基因的變化，那麼修補基因也只有用寡核酸鏈 才行。因為它不但能像彈導飛彈一樣的找到目標，也能同時把作用基 帶到那兒。很少藥物能達到這個標準。因此基因療法是將來發展的方 向。 使基因療法成為一個實際行動而非一個純構想的主要發現是核酸 三螺旋的形成。大家都知道遺傳基因是由去氧核酸構成。去氧核酸是 以雙螺旋形式存在，它的四個鹼基是兩兩互補的，所以兩條核酸鏈有 如照片與底片的關係。三螺旋就是二條之外再加其中一條而成。可以 看成是照/ 底片/ 照片的關係。 三螺旋的形成給我們提供了一個直接干擾基因功能的簡易方法， 就是依基因上一小段鹼基的順序製出一條可以與之成三螺旋的寡核酸 。我們可稱這寡核酸鏈為探針。如果探針成功的與基因結合，那麼基 因上這一段核就被佔住了，自然也失去了它的功能。這個想法已實驗 証明。其成功的例子不少，僅舉一個比較有說服力的來談談。在加州 理工學院任教的Dervan教授實驗室中先分出酵母菌的第三個染色體， 它有三十四萬個核鹼基。經觀察其順序之後發現在第十一萬鹼基附近 有二十個鹼基有可以成三螺旋的順序。 Dervan就製了一條有二十個 鹼基的探針，並在探針上面接了一EDTA作用基。將這個探針和酵母菌 第三個染色體混合之後再加入鐵離子。待鐵離子由EDTA吸附之後再加 入還原劑。還原劑的作用是把三價鐵氧化成二價鐵，二價鐵又瞬時氧 化成三價鐵，於是還原氧化反複進行，這作用相當猛烈，能產生高活 性的自由基，這自由基到處游動，如染色體就在附近，染色體會被它 打斷。果然不錯，將反應物以電泳法分離確可以看到二段基因，一條 有十一萬，另一條有二十三萬個鹼基，加起來剛好三十四萬。如果把 探針換成不相干的順序再做同樣的實驗，Dervan 發現這種不能形成 三螺旋的探針不能切斷該染色體。可以說毫無作用。Dervan 的實驗 至少說明三件事和一個結論。第一，三螺旋是形成了。否則染色體不 會斷掉。第二，鹼基順序可以看成精細的導航系統，要它到那裡就到 那裡。第三，鹼基上可以再加其他的作用基，不同的基可有不同的作 用。結論在醫學上有無窮的價值。 其實用寡核酸鏈（探針）來改變蛋白質的製造（基因的功能之一 種）的想法由來巳久。早有許多人投入這個工作。但想法都囿於雙螺 旋的形成。於鎖定的目標是訊息核酸（m RNA），m RNA 是一單鏈核 酸，所以可以利用其鹼基互補的原理來製造探針，這造出的探針和目 標區形成雙螺旋。於是把這段m RNA 給保護起來了，如此阻礙了m RNA 製造蛋白質的功能。重要的蛋白質不能形成，細胞也隨之死亡。 如果這細胞是一個細菌，那麼不就治病了嗎？這個就叫抑制儲憶核酸 方法（註二）。這方法當然不像講的這麼簡單，目前巳完成的實驗大 都限於濾過性病毒，這是因為濾過性病毒的基因鏈比較短，比較容易 處理。在Johns Hopkins大學的Miller 教授及同僚們做了不少這方面 的實驗，成果也相當輝煌。比如說他用僅有九個鹼基的寡核酸鏈就能 抑制蛋白質的合成。為了使所形成的雙螺旋不易分開他亦將' 掃若侖 '（註三）接在寡核酸鏈上，掃若侖可以和胸腺核鹼（四種核鹼之一 ，註四）結合而產生一四碳環狀物。這反應可用紫外線來控制。所以 實驗方法也相當簡單，將帶有掃若侖的探針和 m RNA 混合之後再照 以紫外線。這個實驗發現帶有掃若侖的探針用量遠少於不帶有掃若侖 的探針就有相同的效果。 這裡說明的是以前凡是用抑制儲憶核酸方法的應用現在都可以用 三螺旋來做。它有兩種方式，其一：如果目標區是單鏈核酸，那麼可 用一個雙螺旋探針或本來是一個單鏈核酸的探針，但它可以包圍目標 區而形成了三螺旋。其二：如果目標區是雙螺旋核酸，那麼就用單鏈 探針。這兩種實驗室都証明過。唸過生物化學的人都知道 m RNA 不 完全是一條單鏈核酸，它有許多地方折回來形成雙螺旋。所以也可以 設計一探針同時具有單鏈和雙鏈來配合 m RNA 單雙鏈連結之處。亦 可以設計一條探針和 m RNA 一部份形成雙螺旋，一部份形成三螺旋 。總之三螺旋的變化較多，應用亦廣。在臺大醫學院任教的林淑萍副 教授現以上述方法來抑制肝炎細胞中α-fetoprotein ，其效果良好 。最重要的是我們已知道在同一鹼基數目之下三螺旋比雙螺旋穩定。 穩定在藥理上表示效果好，用量少，副作用少，用三螺旋好處自然多 多。 在我們對核酸三螺旋的基本性質有些瞭解之後才發現目前有許多 問題要解答，許多困難要克服才能使核酸三螺旋在醫學上有用途。其 一是三螺旋的長短，探針的鹼基數目不能太少，太少則不能形成穩定 的三螺旋，也沒有選擇性（註五）。其二是在自然界在基因重要部位 能發生三螺旋的鹼基順序不多，所以探針也不能太長。其三是如何打 破順序的限制是我們目前的課題。就是說做出來的探針可以在任何地 方形成三螺旋，不受順序的限制。這要借助核酸的衍生物才能辦到。 其四是含細胞嘧啶的三螺旋要在弱酸中才穩定。但細胞液為中性，如 何尋找一個取代物也是目前在努力的。其五是如何將探針帶入細胞內 也不容忽視。因為核酸帶負電，不能透過細胞膜。雖然有許多方法（ 如微注射法）可以將核酸送進細胞，但這些核酸會被細胞內核酸切斷 酵素切成鹼基。所以還是用無電荷的衍生物比較妥當，因它可以對抗 核酸切斷酵素。以上各種問題在目前或多或少都有些答案。只是進度 十分緩慢，主要原因是每件工作間並沒有關聯性。比如說我們得到帶 電荷的探針的結果只能給無電荷的探針一個參考而巳。不能劃個等號 。所以每換一個條件，所有工作必須重頭來過。 希望透過這篇通俗的短文能使國人瞭解核酸三螺旋研究義意和價 值。這個題目很大，需要各種人才。比如任職本所的胡紀如教授正在 發展一種有機物質可以切斷核酸，這是有機化學對三螺旋的貢獻。我 們實驗室對核酸三螺旋的結構，形成的基本物理化學性質與相關的生 物化學性質有興趣。所以非常希望國內其他專家一起加入此項研究。 註一:是凡是直接與基因有關的療法之統稱。目前有其他的基因療 法。 註二:Antisense RNA 註三:psoralen 註四:thymine 註五:選擇性是要探針到達目標區特定位置。如果探針僅一個鹼基 　，那麼目標區每四個鹼基就可能找到一個。如果探針是兩個 鹼基，到同樣的順序就減到十六個(四的平方)中有一個。以 此類推。人的染色體有三十億個鹼基。如果要在人的全部染 色體只有一組的話那探針至少要有十六個鹼基才行。