microRNA

微小核糖核酸（microRNA，简称miRNA）是一类长度约为19-25个核苷酸的内源性、单链、非编码RNA分子。它们通过与靶信使RNA的3'-非翻译区部分碱基互补配对结合，在转录后水平负调控基因表达，促进mRNA降解或抑制其翻译。作为基因表达的关键精细调节器，miRNA在几乎所有生物学过程中发挥重要作用，其表达失调与包括癌症在内的众多人类疾病密切相关。

1.1 生物合成途径

• 转录：大多由RNA聚合酶II转录产生初级转录本，即pri-miRNA（具有帽子和多聚腺苷酸尾，并形成发夹结构）。
• 核内加工：由Drosha酶及其辅助因子DGCR8组成的微处理器复合物切割pri-miRNA，释放出约70个核苷酸的pre-miRNA（发夹前体）。
• 核质转运：pre-miRNA由Exportin-5转运至细胞质。
• 胞质加工：pre-miRNA被Dicer酶切割，去除发夹环，生成成熟的miRNA双链。
• 装载：双链中的一条（引导链）被装载入RNA诱导沉默复合物核心组件Argonaute蛋白，形成miRISC复合物；另一条链（乘客链）通常被降解。

1.2 作用机制

• 完全互补（多见于植物）：miRNA与靶mRNA完全互补，引导Ago蛋白切割mRNA。
• 不完全互补（多见于动物）：miRNA的“种子序列”与其靶mRNA的3'-UTR通常不完全互补配对，导致翻译抑制和/或mRNA去稳定化（脱腺苷化和降解）。

作为转录后调控网络的核心，miRNA参与调控几乎所有细胞过程：

• 发育与分化：时序性地调控关键发育基因的表达，确保正确的细胞命运决定。
• 细胞增殖与凋亡：通过调控细胞周期蛋白、凋亡相关蛋白等，维持组织稳态。
• 应激反应：在缺氧、DNA损伤等条件下迅速调整表达，帮助细胞适应环境变化。
• 代谢调控：调节糖代谢、脂代谢等关键通路。
• 免疫调节：在免疫细胞发育和免疫应答中发挥重要作用。

miRNA的表达失调是癌症的普遍特征，它们可发挥类似癌基因或肿瘤抑制基因的功能：

• oncomiR：具有促癌作用的miRNA，通常在肿瘤中过表达。它们通过抑制肿瘤抑制基因或促凋亡基因来驱动肿瘤发生。
  • 经典例子：miR-21，在几乎所有实体瘤中高表达，抑制多个抑癌基因（如PDCD4，PTEN），促进增殖、侵袭和转移。
• TS-miR：具有肿瘤抑制作用的miRNA，通常在肿瘤中表达下调或缺失。它们通过抑制癌基因或促存活基因来限制肿瘤生长。
  • 经典例子：let-7家族，抑制RAS，MYC等多个癌基因，其低表达与不良预后相关。miR-34家族，受p53直接激活，参与细胞周期阻滞和凋亡。

• 生物标志物：
  • 组织特异性表达谱：miRNA表达谱可作为癌症分型、预后判断和疗效预测的工具。
  • 循环miRNA：肿瘤细胞释放或分泌的miRNA稳定存在于血液、唾液等体液中，可作为液体活检的非侵入性诊断和疾病监测标志物。
• 治疗策略：
  • miRNA模拟物：合成与内源性TS-miR序列相同的双链RNA分子，用于恢复或增强其抑癌功能。
  • 抗-miRNA寡核苷酸：化学修饰的反义寡核苷酸，用于抑制oncomiR的功能（例如antagomirs，锁核酸等）。
  • 多个miRNA靶向疗法已进入临床试验阶段。

• 靶基因预测：一个miRNA可调控数百个靶基因，准确预测其生理相关靶点是主要挑战。
• 功能冗余：同一家族miRNA或不同miRNA可能靶向同一通路，存在功能补偿。
• 递送系统：将miRNA模拟物或抑制剂高效、特异性地递送至靶组织和细胞是临床转化的关键瓶颈。

• Lee, R. C., Feinbaum, R. L., & Ambros, V. (1993). The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell, 75(5), 843-854.
• Bartel, D. P. (2004). MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell, 116(2), 281-297.
• Croce, C. M. (2009). Causes and consequences of microRNA dysregulation in cancer. Nature Reviews Genetics, 10(10), 704-714.
• Calin, G. A., et al. (2005). A microRNA signature associated with prognosis and progression in chronic lymphocytic leukemia. New England Journal of Medicine, 353(17), 1793-1801.
• Rupaimoole, R., & Slack, F. J. (2017). MicroRNA therapeutics: towards a new era for the management of cancer and other diseases. Nature Reviews Drug Discovery, 16(3), 203-222.
• Gregory, R. I., & Shiekhattar, R. (2005). MicroRNA biogenesis and cancer. Cancer Research, 65(9), 3509-3512.
• Lujambio, A., & Lowe, S. W. (2012). The microcosmos of cancer. Nature, 482(7385), 347-355.
• 陈润生, 刘军. (2015). microRNA与疾病. 中国科学: 生命科学, 45(1), 1-10.
• 张勇, 李霞. (2018). microRNA在肿瘤诊断和治疗中的研究进展. 遗传, 40(1), 1-12.