2018年，全球首款siRNA药物Patisiran（Onpattro®）获得FDA批准上市。这一事件标志着人类在siRNA应用于疾病干预的领域取得了里程碑式的突破。截至目前，已有6款siRNA药物获FDA批准上市，适应症多为罕见病和遗传病。小核酸药物已成为继小分子类药物和抗体药物后的第三波全球生物药研发浪潮的核心，其应用前景不可估量。
siRNA药物虽然属于新药类别，但其发挥功能所依赖的RNA干扰机制早已是生命科学的重要研究领域之一。RNA干扰机制最早于1998年由Andrew Fire和Criag Mello在秀丽隐杆线虫中揭示，随后仅经过了8年时间便成为“诺奖成果”。尽管siRNA的应用前景广阔，其分子作用机制仍有许多未解之谜，这也激发全球科学家在该领域不断耕耘。
北京时间2025年4月16日，西湖大学生命科学学院申恩志团队联合吴建平团队在Cell Research杂志上在线发表了题为“Mechanistic Insights into RNA Cleavage by Human Argonaute2-siRNA Complex”的研究成果。
该文章首次揭示了人源AGO2（hAGO2）-siRNA复合物切割靶标RNA的独特分子机制，表明AGO-siRNA复合物需要经历精确且严格调控的构象改变，来介导高效的基因沉默。
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41422-025-01114-7
文章截图：
两把“RNA剪刀”各司其职
非编码小RNA包括miRNA、siRNA和piRNA。它们与Argonaute蛋白结合形成小RNA依赖的沉默复合物，介导基因沉默。在这个过程中，非编码小RNA担任“指挥官”角色，引导Argonaute蛋白到达目标地点（靶标RNA）。而Argonaute蛋白则作为“执行者”，利用其核酸内切酶活性，发挥“剪刀”功能，将目标切断。“剪刀“切割是Argonaute蛋白最保守的抑制基因表达的方式。
非编码小RNA包括miRNA、siRNA和piRNA。它们与Argonaute蛋白结合形成小RNA依赖的沉默复合物，介导基因沉默。在这个过程中，非编码小RNA担任“指挥官”角色，引导Argonaute蛋白到达目标地点（靶标RNA）。而Argonaute蛋白则作为“执行者”，利用其核酸内切酶活性，发挥“剪刀”功能，将目标切断。“剪刀“切割是Argonaute蛋白最保守的抑制基因表达的方式。
第二把“剪刀”仍戴神秘面纱
申恩志研究员一直以来对有关两把“剪刀”的科学问题都备感兴趣，自2019年在西湖大学建立独立实验室后，长期致力于非编码小RNA的生物学功能和分子机制的研究。申恩志团队此前的研究成果揭示了PIWI“剪刀”切割靶标RNA的机制，那么另一把“剪刀”AGO是如何依赖siRNA在哺乳动物体内完成靶标切割的全过程呢？
在过去的十几年里，众多科学家虽然一直致力于解决的这个问题，但并未获得明确答案。siRNA具有重要的生物学功能，且广泛应用于工具开发和疾病治疗，但其背后的分子机制仍然未知，可想而知，解决该问题的意义将十分重大。
揭开面纱，如此切割
申恩志团队联合吴建平团队给这个悬而未决的问题一个答案。研究人员借助冷冻电镜技术捕捉到hAGO2-siRNA结合不同长度的靶标RNA的三元复合物的结构，解析了hAGO2-siRNA在切割过程中的构象变化。这一研究过程并不容易，AGO-siRNA复合物内部狭窄的通道使其在结合连续匹配的靶标RNA时构象变得非常不稳定，难以被捕捉到。这也是之前研究人员们一直没有解决该问题的原因。申恩志研究员表示：我们要做的就是攻坚克难！最终，他们成功揭示了第二把剪刀如何克服结构限制以实现高效的靶标切割。
AGO-siRNA切割靶标的全过程，简单来说就是，siRNA种子区域与靶RNA的初始互补配对促使hAGO2的L2-PAZ结构域向外位移。随着碱基配对延伸到siRNA的中间区域，PAZ结构域的进一步打开触发了PIWI-L1-N结构域向核酸结合通道的重新定位，确保siRNA-靶标RNA双链的捕获。随后，PIWI-L1-N结构域向下移动以容纳中间区域的碱基互补配对，并激活催化功能。当碱基配对继续向siRNA的3’端延伸时，PAZ-L2-N结构域的不稳定性增加，甚至变成无序状态，hAGO2呈现“单叶状”结构（图1）。在开放的“单叶”结构中，hAGO2 PIWI结构域上的五个环通过与RNA双链的相互作用，保证切割构象的稳定，以实现AGO蛋白有效的靶标切割。
图1 hAGO-siRNA结合靶标RNA的构象变化
与PIWI蛋白相比，AGO蛋白采用不同的策略激活切割活性。PIWI蛋白宽阔的通道允许piRNA种子区域以外更广泛的碱基配对，但最后需要转变为“锁定”状态才能固定piRNA-靶标。而AGO蛋白狭窄的通道限制siRNA-靶标RNA双链的延伸，需要大幅度打开构象才能容纳siRNA中间区域的碱基配对。
在构象打开的过程中，AGO蛋白上了双重保险，第一，N-L1-PIWI结构域的上下位移，保证siRNA-靶标RNA双链进入活性通道；第二，在开放的“单叶状”构象，AGO与siRNA-靶标RNA双链中央区域的相互作用将靶标RNA固定在催化位点内。另外，AGO开放的“单叶”构象有助于切割产物快速地解离，使hAGO2无需辅助因子（RNA解旋酶或ATP）的帮助，可以高效地多循环切割靶标。
图2 N-PAZ相互作用对靶标切割的重要性
图3 PIWI loop介导的相互作用对靶标切割的重要性
基于以上发现，研究团队阐明了siRNA依赖AGO蛋白执行靶标RNA切割的逐步机制，并提供了两个“剪刀”AGO和PIWI蛋白在实现此类切割中的模式差异的见解。这项研究不仅填补了RNA干扰机制研究中的重要空白，还帮助更全面地理解AGO-siRNA介导的切割在不同生物学过程中的作用。另外，该研究为开发新的RNAi工具和药物提供了新的思路，有望在基因治疗和疾病诊断中发挥重要作用。
近日，国外科研团队抢先报道了hAGO2的切割构象，但仍不能解决AGO蛋白如何突破结构限制最终达到切割构象这一核心问题。申恩志研究员表示：“我们的研究解析了AGO-siRNA逐步实现靶标RNA切割的分子机制，完整刻画出AGO-siRNA介导RNA切割的全过程，这是更令人振奋的成果。我们期待更多的科学家在这个领域取得更多突破，为人类健康和福祉做出更大的贡献。”
该工作主要由西湖大学博士生李珍珍、博士生许祺奎、科研助理张艳等成员共同完成。西湖大学特聘研究员申恩志、吴建平是本研究论文的共同通讯作者。
申恩志课题组致力于使用不同的实验手段（分子生物学、生物化学、分析化学、生物信息学和遗传学等），来研究非编码RNA的分子机制和生理功能以及在重大疾病发生中的作用。