MicroRNA的基础与临床研究进展(1)
【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。
【关键词】 MicroRNA；基因调控；疾病；分子标志物
Research and development of basic and clinical for microRNA
GUO Xiao-rui， WU Zhi-yuan，HUANG Hai-hua， LIANG Jie. Department of Plastic Surgery, Affiliated Hospital of Guangdong Medical College, Zhanjiang, Guangdong 524001
, 百拇医药
【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; Biomarker
, 百拇医药
2002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。
, 百拇医药
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]。
, 百拇医药
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。, 百拇医药(郭晓瑞 吴志远 黄海华 罗少军 梁杰)
【关键词】 MicroRNA；基因调控；疾病；分子标志物
Research and development of basic and clinical for microRNA
GUO Xiao-rui， WU Zhi-yuan，HUANG Hai-hua， LIANG Jie. Department of Plastic Surgery, Affiliated Hospital of Guangdong Medical College, Zhanjiang, Guangdong 524001
, 百拇医药
【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; Biomarker
, 百拇医药
2002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。
, 百拇医药
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]。
, 百拇医药
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。, 百拇医药(郭晓瑞 吴志远 黄海华 罗少军 梁杰)