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安全有效地将外源基因转入细胞是生物技术的一个基础目标，为此近来对细胞内DNA的稳定与转运机理研究已有了快速的进展。事实上基因的表达取决于多种因素，包括胞内DNA的释放，DNA在胞浆内的稳定，DNA载体复合物在胞内的脱包装和DNA对胞核的趋向性。未来的DNA转运系统必须完全符合这些要求，才能有效地带领DNA跨过浆膜通过胞内环境到达胞核。
目前，DNA转运已成了发展疾病新疗法（如基因治疗和DNA疫苗）的中枢问题，影响着未来几年的临床医学和生物技术的发展。大多数DNA转运系统作用于三阶段（DNA浓缩和复合、内吞、入核）中之一:负电荷的DNA分子在转运前先由阳离子转染试剂浓缩并成复合体，通过内吞被细胞摄入，低pH和溶酶体酶使复合体降解，DNA从浓缩的复合体中解放出来，通过被认为是核膜孔（10nm）或细胞分裂时进入细胞核。从细胞外到核内DNA运转的低效是由于这多步骤的自然过程，每一步都会引起DNA数量的减少。因此鉴定与克服每一个DNA进入途径的障碍都可改进DNA转运和转染效率。其中有三个主要障碍:浆膜摄入太低，因稳定性差DNA分子释放不足，及缺乏核靶向。本文聚焦此三障碍描述。
1 机械与电转方法
裸DNA直接注入胞核内是最简单的，但此法一次只能注入一个细胞，虽然有效但不适于大量细胞或活体中应用，只适用于转基因生物的研究。近来用控制的非扩张性的压力介导的裸DNA转染法，用于心血管组织，可达50%的效率，但能否用于其它组织有待观察。类似的用水力（通过尾静脉快速注射）将裸DNA注入肝细胞，效率达40%。电转法很难用于体内，但可用于皮肤、角膜、上皮、肌肉等。近来报道用低压高频进行肌肉组织的转染，仅有一过性损伤，是很有意义的改进。
2 化学法
化学增强子的应用已有30年的历史，被认为是最容易、通用、有效和理想的DNA转运方法，基本原则是正电荷的化合物（一般是多聚体）和负电荷DNA分子形成复合物。化学法最早用于50年代，是用高盐浓度和聚阳离子蛋白增强核酸进入细胞，1965年后的10年里，又用了DEAE-葡聚糖、磷酸钙，与DNA作用各自形成复合物沉淀在细胞上内吞。此方法简单有效，广泛用于实验室作体外转染，但还是因细胞毒性并不能用于体内而受到限制。
70年代后发现许多多聚体也可增加DNA的细胞摄入，最成功的是人工脂类系统。DNA可与阳离子、阴离子、中性脂微粒形成复合物，新的脂复合体配方不断地改进转染效率，现在脂转染系统已广泛接受并用于临床。但上述方法最大的问题是体内应用的毒性，脂和阳离子脂在基因治疗中的增强作用机制不清。其它很重要的缺陷还有无靶向、结构不明确、生产不稳定等。
另一种手段是用蛋白质复合物增强DNA转运，有时加用一些其它化学试剂。如阳离子肽聚赖氨酸（PLL）就能为有效摄入而浓缩DNA。PLL作为转送系统一个显著的优点是可对细胞特异转染作化学修饰，如PLL与配体结合，作为一去唾液酸血浆粘蛋白，可与肝特异去唾液酸糖蛋白结合而介导摄入，PLL、DNA和上皮生长因子（EGF）的结合物可提供一精致的检测配体密度的重要性和将DNA转送至表达EGF受体的细胞的机理的方法，但由于PLL制剂制备的不稳定性造成DNA复合物形成的难度与DNA转运的不稳定。
上述介绍的方法中细胞都是一次性接触DNA，这样DNA和转染试剂均是短期接触细胞，新近生物相容的控释性多聚体引入了合成DNA传送领地，有几家成功地将DNA包入可生物降解的聚D，L-丙交酯-乙交酯（PLGA）微颗粒和微球内作为长效DNA释放剂，DNA也可包入聚乙烯醋酸乙烯基（EVAc）基质内，可控制偶生物活性的DNA释放达数月之久。这些价廉可调节的控释DNA转送系统已为美国FDA批准，不仅在DNA转送方法中有优势，还有DNA保护的、可植入而局部用的及长效的。
上述方法并不意味着必须是独立的、机械的、电的、化学的方法相结合，可能在不远的将来会提供更好的DNA转送系统。
3 DNA的保护与胞内释放
DNA为细胞有效摄入后，在到达胞核前，保护其在胞内外降解也很重要。胞外DNA可有不同的多聚体形成复合体，而在胞内DNA必须避开正常的内含体途径，因其可使DNA降解，因此应用使DNA早期从内含体途径释放的增强子，如氯喹可提高内含体的pH，可降低DNA的降解。
胞浆环境对DNA也不利，DNA从胞浆到核可能靠弥散，此过程相对缓慢，DNA必须得到保护，将质粒DNA用PEG包裹后再纳入脂微粒可保护其不受核酶降解，PLL、EGF和抗生蛋白链菌素复合物也可起到这样的稳定和保护作用，DMI-2—一种核酶抑制剂也可增强报告基因的表达，这些研究代表了在增强DNA转送效率方面的进展。
大部分的DNA转送系统都需与其它分子形成复合物，因此在转录前DNA必须从大分子中释放出来，包装的稳定性和随后取包装的效率必定影响基因表达的效率，在中等稳定度时可达到最佳表达，因为太稳定的复合物限制了DNA的转录，和不稳定的复合物可使DNA快速降解。
4 核靶向
核是DNA转送的最后一步，在这方面研究相对落后些，某些合成复合物，如PEI，非阳离子脂，可在胞浆内保护DNA，促使DNA进入核，但总的来说，在核靶向方面，合成的系统远不如病毒载体。
病毒的核定位系统（NLS）理当加入合成的DNA转送系统，实际上一个NLS和多肽核酸（PNA）的融合物很有利于核向转运，同样，另一些融合蛋白，如Gal4-NLS也可用来增强转染效率。植物NLS蛋白也可于DNA形成复合物，并可有效地转入哺乳动物的细胞核。
除上述三种影响DNA转送效率的因素之外，还有其它的影响因素，如DNA浓缩的最佳浓度、DNA复合物的大小、进入的途径、生物分布、生物利用度、细胞与组织靶向性和细胞毒性，上述这些问题近来都已有讨论。
5 瞻望
基于以往的研究，理想的DNA转送系统应具有下列特征:易于组装（用模块在体外组装）、导致转染的转送效率（即DNA大多转入目的细胞）、DNA摄入前后的稳定性（无毒性的生物相容性材料）、避开细胞内吞噬途径的能力（加入病毒成分）、DNA卸装的效率（胞内控释）、核靶向和高水平、持续、可调的治疗水平蛋白的表达。
在现今尚无同时具有上述三种特征的合成系统时，很多病毒用以达到有效的转染，从病毒获得的信息已用于改进合成的转送系统，如包含病毒DNA成分（如促进子与增强子）可明显改善表达效率，不用怀疑病毒DNA成分整合入合成的DNA转送系统，将来的转送系统也不一定必须是病毒样颗粒。事实上只是理解和加入病毒感染的效率机制，以获得最佳的表达效率。
作者单位:400010重庆医科大学附属第二医院肝炎研究所
（收稿日期:2004-02-18） （编辑 秋实）