MicroRNA的基础与临床研究进展
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MicroRNA的基础与临床研究进展【摘要】MicroRNA 是新近发现的一类调控性小分子RNA，通过降解靶基因mRNA或转录后抑制靶基因表达而发挥作用。
近期的研究发现人血清中稳定存在一定水平的miRNA，并且血清miRNA 表达谱的变化与多种肿瘤的发生、发展具有明确的相关性, 说明血清miRNA 可以作为肿瘤临床诊断和预后评估的分子标志物。
【Abstract】MicroRNAs are small noncoding RNAs that function to regulate gene expression by post-transcription regulation or degradation mRNA of target gene. Recently，it has been shown that serum contains large amounts of stable miRNAs and that the serum miRNA expression profile can be used as a novel serum-based biomarker potentially offering more sensitive and specific tests than those currently available for early diagnosis of cancer and other diseases.【Key words】MicroRNA; Gene expression regulation；Disease; Biomarker2002年, MicroRNAs(miRNAs)的发现被《Science》杂志评为十大科技突破第一名, 近年来, 已然成为生命科学研究的重要热点之一。
在动、植物及病毒等生物中发现了一系列小分子非编码RNA(small noncoding RNA), 包括miRNA, siRNA, piRNA，esiRNA等, 它们组成了RNA 调控网络, 调控包括细胞增殖、分化和凋亡等一系列生理进程,并与多种人类疾病密切相关［1］。
1 MicroRNA 的生物合成及其作用机制microRNA在基因转录后水平调控基因表达，是一类长度为21~24 nt的非编码小RNA，参与多种生物学信号通路的调节［2］。
成熟的microRNA分子的形成过程包含若干步骤：microRNA基因通过RNA聚合酶Ⅱ转录合成原始microRNA (pri-microRNA)，pri-microRNA具有5端的帽子、3端的polyA尾的结构特征；pri-microRNA 经过两次酶的剪切产生成熟的microRNA。
动物pri-microRNA第一次剪切在细胞核内，经Dorsha 酶切产生大小约为70个核苷酸并形成茎环结构的microRNA(pre-microRNA)；pre-microRNA 通过Ran-GTP 依赖性核浆转运子Exportin5 从核内转移至细胞质中。
在细胞质中，Dicer酶将pre-microRNA剪切形成一个不完全配对的双链的RNA 片段即microRNA 和microRNA 双体。
这种双链很快被引导进入RNA 诱导复合体(RNA-induced silencing complex, RISC)中，其中含有Argonaute蛋白，并且成熟的单链21~23个核苷酸长度的microRNA 分子整合入RNA 诱导沉默复合物(RISC)后形成miRNA复合物(miR ISC)，另一条则可能迅速降解。
microRNA是一类高度保守的非编码小RNA, 主要通过结合靶基因mRNA 的5 UTR、编码区或3 UTR而在转录后水平上对基因的表达行负调控功能。
当microRNA与靶mRNA完全或几乎完全配对时，则导致mRNA的降解。
目前已知的microRNA主要依赖以下两种序列互补原则对靶基因起负性调控作用：一种是miRNA与靶基因mRNA完全互补, 此种miRNA的结合位点通常在靶基因miRNA的编码区域或开放阅读框中，从而引起靶基因miRNA的降解。
另一种是miRNA与靶基因mRNA不完全互补，该种miRNA的结合位点通常在靶基因mRNA的3端非翻译区,从而在蛋白质翻译水平上抑制靶基因mRNA 的表达,抑或影响靶基因mRNA的稳定性,为绝大多数哺乳动物中的miRNA发挥调控作用途径。
一个miRNA可有很多靶基因,而每个基因受多个miRNA调控［3］。
生物信息学分析的研究，microRNA在细胞增殖、分化、凋亡、免疫反应等一系列多种程序中发挥重要作用，提示细胞生命活动中众多的信号转导途径可能由microRNA参与调节, 而每个microRNA亦可能调节数百个靶基因［4］。
2 MicroRNA与肿瘤性疾病相关性研究miRNA研究的主要贡献在揭示了其在肿瘤中的潜在作用，microRNA功能类似于癌基因或抑癌基因，与肿瘤形成密切相关。
首先，对线虫和果蝇研究发现miRNA的功能是调控细胞增殖与凋亡，提示它们与肿瘤等增殖性疾病密切相关；其次，许多miRNA的基因被证实位于基因组中易发生在伴随肿瘤发生的变异区域；最后，与正常组织相比，肿瘤性疾病或肿瘤细胞株普遍存在对miRNA的表达调控的异常［5］。
研究发现，编码调控miRNA的基因发生突变、缺失以及转录后调控失衡、启动子区DNA甲基化修饰及结合蛋白异常等引起miRNA的异常表达［6］。
microRNA表达异常会严重影响细胞信号转导途径的功效, 导致细胞增殖和分化失去控制, 最终导致肿瘤的发生miRNA通过在转录后水平调控基因的表达,进而参与了动、植物的组织器官发育、细胞分化和凋亡等生命活动,其表达异常可导致如肿瘤等重大疾病。
到目前为止,已发现多个发挥原癌基因或肿瘤抑制基因作用的miRNA,它们通过调控下游靶基因的转录和翻译参与了肿瘤的发生发展过程。
不同肿瘤组织microRNA 的表达谱存在明显差异, 如microRNA 表达的数量和丰度，另一重要方面表现在某些肿瘤中上调表达的microRNA, 在其他肿瘤中可能表现为下调表达, 提示microRNA 在不同组织条件下行使了癌基因或抑癌基因的不同功能。
此外, 有些microRNA 表达具有组织特异性, 如miR-122 仅在肝脏中表达［7］。
而miRNA-21在多种肿瘤中存在表达异常,例如miRNA-21在卵巢癌［8］的肿瘤组织的表达水平则明显下调，而在白血病［9］、乳腺癌［10］等肿瘤组织中表达上调。
说明同一种miRNA在不同的组织中(如肿瘤)所起的作用明显不同甚至截然相反，即表现为同向或者双向的差异表达。
肿瘤本质上是一种多基因异常疾病,通过激活一种或多种原癌基因的表达及抑癌基因的突变缺失从而使肿瘤细胞逃避了正常生长调控机制,自主进行增殖和侵袭、出现恶性表型。
因此miRNA与恶性肿瘤的发生、发展和预后存在着密切的联系。
3 血清microRNA：新一代肿瘤标志物寻找肿瘤标志物并对其进行准确检测一直都是癌症研究领域的重点。
作为新的切入点，microRNA(miRNA)为癌症的诊断与治疗开辟了新途径［11］。
血清microRNA作为肿瘤诊断和预后的标志物，可应用于早期肿瘤的检测，且检测损伤小、灵敏度高、稳定性好［12］。
miRNA几乎参与了肿瘤发生的所有重要的信号通路，参与了肿瘤发生发展的各个阶段，在肿瘤的发生发展中具有重要的作用。
Chen等［13］应用Solexa技术对健康人和肺癌、直肠癌、糖尿病患者血清中所有小RNA(＜30nt)进行测序证明了血清中确实含有大量的miRNA，不论健康人或患者血清中都存在大量的miRNA以及mRNA碎片、rRNA碎片等。
Resnick 等［14］研究比较了正常人和卵巢上皮癌患者的血清中miRNA表达谱, 指出miR-21、miR-92和miR-93是疗效评估的潜在生物标记物，在肿瘤患者血清明显过度表达。
Lawrie等［15］通过比较研究弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)患者和正常人血清中与肿瘤相关的miR-155、miR-210和miR-21水平,发现患者血清中的这些miRNA水平较正常人高,而且认为高miR-21表达水平与未发生复发的存活率有关。
由此指出了miRNA可作为区分DLBCL和其他肿瘤新的非侵入性诊断标志物。
Gilad等［16］采用逆转录定量PCR对健康人和结肠直肠癌(CRC)患者血清中miRNA进行检测评价：与健康人相比，CRC患者血清中有11种miRNA具有明显变化。
从而提出了筛查CRC的新选择：血清游离miRNA作为血清肿瘤标志物。
总之，通过分析人体正常组织与不同肿瘤组织microRNA表达谱的差异, 有望筛选到特异性好、灵敏度高、可作为特定肿瘤分子标志物的microRNA。
近来的研究明确表明,血清中含有来自于各种组织器官的游离miRNA,这些血清miRNA表达谱可以作为疾病诊断新的血清标志物,并且其可能比目前所应用的肿瘤和其他疾病的早期诊断方法更为敏感及特异。
4 问题与展望由于miRNA几乎参与了肿瘤发生和发展的每一步过程,所以miRNA在肿瘤的诊断、预后、对化疗药物的疗效预测以及治疗的新靶点方面均有很好的应用前景。
目前肿瘤领域的分子标记主要表现在DNA和RNA水平,但是miRNA因其特殊的稳定性及特异性已显示了其特有的优越性。
但血清miRNA作为新兴的肿瘤分子标志物距离临床应用还有一定距离。
寻找和验证各种肿瘤的特异性miRNA是我们首先需要解决的问题，如质控和诊断阀值等都有待进一步确定，为建立适合临床应用的标准化检测体系建造基础。
除此之外，血清miRNA的功能还需继续研究探索。
血清miRNA的出现为肿瘤标志物的研究开辟了新的途径，随着研究深入，血清miRNA在人类疾病诊疗中的应用将会取得更多硕果。
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