microRNA的研究进展

郝克红，段 涛(综述)，王 凯，周 倩(审校)

(同济大学附属第一妇婴保健院产科，上海200040)

到目前人类基因组中已经确定的微小核糖核酸(microRNA，miRNA)有650个以上，它们参与调控人类30%的蛋白质的表达。通过与目的基因翻译结合，抑制靶基因表达，从而参与到多种生物学过程中，调节生物体的发育，调控生物体的生理稳态，并参与疾病的发生和调节。基于miRNA所产生的多种多样的生物学功能，近年来对miRNA的研究成为科学研究的热点之一。通过不断探索，人们正在逐渐深入地揭示miRNA功能及其意义。

1 miRNA的概述

Lee等［1］于1993年在线虫中发现了控制幼虫时序性发育的分子lin-4，lin-4的突变体不能顺利发育或者发育延迟。进一步研究发现该基因产物不编码任何前体，转录产物为茎环结构，它与特定的mRNA 3'端非翻译序列互补而抑制此mRNA的翻译。随后在线虫中发现了具有类似结构的let-7［2］。随着分子生物学技术的发展，越来越多的miRNA被发现。

miRNA的成熟经历以下阶段。第一阶段:RNA聚合酶Ⅱ转录 miRNA基因，产物为具有帽子结构(7MGpppG)和多聚腺苷酸尾巴(AAAAA)的pri-miRNA。第二阶段:pri-miRNA在核内被RNaseⅢDrosha切割加工成约70个核苷酸组成的miRNA前体pre-miRNA。第三阶段:pre-miRNA在Ran-GTP依赖的核质/细胞质转运蛋白exportin5的作用下，从核内运输到胞质中，茎环结构被Dicer酶切割成约22个核苷酸长度的双链的miRNA，即miRNA*配对分子(miRNA*是miRNA的互补序列)，然后解链产生成熟的miRNA分子，单链的miRNA与RNA介导的沉默复合体结合后形成复合物，称为miRNP，miRNA通过与靶基因的3'端非翻译区互补配对，指导miRNP复合体对靶基因mRNA进行切割或者翻译抑制。

2 miRNA调节生物体发育

miRNA通过转录后水平调控蛋白质的合成参与各种生命过程。Wienholds等［3］报道miRNA在斑马鱼胚胎发育过程中呈现空间性和时序性的动态表达模式。近年来关于miRNA与组织器官形成的报道不断出现，包括心脏、血管、肌肉、肺、肾脏、胰腺、皮肤、牙齿、内耳、脑、造血系统等。现以miRNA在血管和脑形成发育中的作用为例阐述。

Yang等［4］对 Dicer基因突变小鼠研究揭示了miRNA在胚胎血管形成中的重要作用。Suarez等［5］观察发现内皮细胞Dicer基因特异性剔除的小鼠对形成血管的刺激反应降低，为内皮miRNA影响血管生成提供了体内研究证据。miR-221/222的靶基因C-kit的编码产物是干细胞因子的酪氨酸激酶受体，它可以促进人脐静脉内皮细胞的生存、迁移和小管样结构形成［6］。Wang等［7］发现内皮细胞特异性miR-126调节血管发生和发育，靶向删除miR-126基因的小鼠血管完整性缺失，内皮细胞功能发生缺陷，进而导致血管渗漏、出血、甚至胚胎期死亡。进一步研究发现miR-126靶基因产物Spred-1是一种细胞内血管生成信号抑制剂，它负调控Ras/丝裂原活化蛋白激酶信号通路，从而影响血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子的水平，导致血管发育异常。此外，miR-210、miR-21、miR-31等众多miRNA均参与血管生成调控［8］。

Dicer基因突变的斑马鱼胚胎由于成熟miRNA生成障碍导致多种缺陷，包括脑形态缺陷。突变胚胎的前、中、后脑和脊髓可以辨认，但精细结构严重受损，而当给予突变胚胎miR-430时可以有效挽救大脑的表型［9］。Visvanathan等［10］发现，由神经祖细胞向神经元分化过程中SCP1、核纤层蛋白、整合蛋白表达下降，而miR-124正是通过抑制这些靶基因的表达促进神经元分化。Cheng等［11］研究发现，miRNA还可以调控成人短暂的神经发生过程，miR-124调节转录因子Sox9的表达参与这一过程。此外，很多研究也证实了miRNA对脑发育的调控作用［12］。

3 miRNA和疾病发生的关系

miRNA与多种疾病的发生、发展密切相关，已经有关于其与心脏病、肌营养不良、糖尿病、肝炎、恶性肿瘤、帕金森病、唐氏综合征等疾病相关的研究证据。2002年，miRNA与肿瘤的关系首次在慢性淋巴细胞白血病中报道［13］，此后miRNA在人类恶性肿瘤中的异常表达成为近年来研究的热点之一。现从妇科肿瘤方面介绍miRNA对肿瘤发生的调控作用。Iorio等［14］对上皮性卵巢癌的miRNA表达谱进行检测，发现miR-200a、miR-141、miR-200c、miR-200b表达过量，而miR-199a、miR-140、miR-145、miR-125b1表达降低。miRNA基因的去甲基化作用导致其异常表达。Zhang等［15］研究发现，基因丢失与表观遗传学变化均与卵巢癌组织miRNA表达下调有关。较之早期肿瘤组织，晚期肿瘤中miRNA的表达下调作用更为明显，并证实miR-15a、miR-34a、miR-34b为肿瘤抑制分子。Giannakakis等［16］发现64%的卵巢癌患者的miR-210基因拷贝数下降，表达水平降低，表明该基因可能具有肿瘤抑制作用。Boren等［17］发现13个miRNA和90个mRNA与子宫内膜癌的形成有关，进行通路分析证实其中26个mRNA基因涉及细胞死亡、生长、增殖和肿瘤形成过程。子宫浆液性癌细胞转染miR-101和miR-152前体可以抑制细胞生长，而两者在癌组织中的表达显著下调［18］。有研究证明，miR-129通过抑制靶基因CDK6调控细胞增殖，而miR-129在子宫内膜癌组织中的表达是下调的［19］。还有研究证实，miR-9、miR-27、miR-96等抑制抑癌基因FOXO1的表达，从而促进子宫内膜癌的发生［20］。这些研究都表明miRNA在子宫内膜癌的发生中发挥重要作用。

4 一种新的生物标志物——miRNA

miRNA调控人类的生长发育、生理、病理状态。体液中广泛存在的miRNA可能成为人类生理和疾病状态的新的有效生物标志物。正常组织与病理组织中miRNA表达水平存在差异，即使是同一组织不同的分化时期，miRNA水平也不相同。这种差异表达也发生在肿瘤特异性miRNA上，从而帮助诊断肿瘤的组织来源和特定的肿瘤分型。越来越多的证据支持miRNA作为人类肿瘤的生物学标志物。Mitchell等［21］研究发现，检测血清miR-141水平可以区分前列腺癌患者与正常人。Ueda等［22］分析了160对胃癌和正常黏液样本，发现胃癌病例中22个miRNA升高，13个降低，292例样本都可以由miRNA的差异表达精确区分。另外，miRNA在两种胃癌亚型中也呈现差异表达。miRNA不仅可以作为诊断标志物，一些miRNA表达水平还与肿瘤预后密切相关。Gallardo等［23］发现miR-34a可作为非小细胞肺癌的预后标志物。Diaz等［24］的研究发现，miR-106a可作为不依赖临床分期的结肠癌无病生存率和全面生存率标志物。

5 胎盘miRNA与疾病发生的关系

自证实miRNA在胎盘组织的广泛及组织特异性表达以来，许多研究者将兴趣投向miRNA对胎盘基因表达的调控及病理状态下胎盘miRNA的差异性表达。Montenegro等［25］比较早产和足月产绒毛膜羊膜上miRNA表达谱发现，足月时31个miRNA表达水平下降。进一步研究发现，足月时绒毛膜羊膜上miRNA成熟的关键酶 Dicer表达水平显著下降。Pineles等［26］揭示了miR-210和miR-182在子痫前期胎盘和正常胎盘的表达差异，分析发现miR-210的靶基因多涉及转录后调控，miR-182靶基因多与细胞凋亡有关，为进一步研究子痫前期的病理过程提供了新的方向。最近一项研究证实子痫前期胎盘miR-155表达水平升高，并通过下调编码血管生成调控因子的靶基因CYR61促进子痫前期的发生［27］。氧水平通过影响胎盘的生长和功能影响胎儿的发育、生存和疾病状态。Mouillet等［28］研究发现，胎盘损伤和低灌注导致滋养细胞暴露于缺氧环境时，miR-93、miR-205、miR-224、miR-335、miR-451与正常状态相比呈现高表达，而miR-424呈低表达状态。对其靶基因进行分析发现，miR-205靶基因MED1编码的辅转录激活因子在胎盘形成中发挥重要作用，而缺氧时miR-205通过沉默MED1促进滋养细胞损伤。Mouillet等［29］的另外一项研究发现，与正常妊娠相比，伴有胎儿生长受限的妊娠妇女血清中与缺氧相关的胎盘miRNA总水平是正常妊娠妇女的1.84倍，而胎盘上的表达水平却下降24%。最近研究发现，母亲孕期抽烟和胎盘细胞双酚A暴露都会导致胎盘miRNA表达发生改变［30，31］。

6 小结与展望

RNA是生物体内最总要的物质之一，而长久以来它仅仅被认为是DNA和蛋白质之间的过渡物质。自第一个miRNA发现以来，这种全新的、非编码的、多物种之间高度保守表达的小RNA即成为各生命科学领域学者的研究焦点。随着分子生物学技术的发展，越来越多的miRNA不断被发现，它们的作用机制、功能在生物体发育和疾病发生、发展中的作用越来越深入地被阐明。胎盘miRNA在病理状态下差异表达及其在产科疾病中的作用也被逐步研究和认识。胎盘作为维持妊娠和胎儿发育的重要器官，妊娠期间其结构和功能处于不断变化之中，而miRNA对胎盘血管发生、结构形成及分泌功能等的调控作用尚不清楚。研究miRNA在胎盘发育过程中的作用可能有助于阐明胎盘相关疾病的病因和病理生理过程，从而为预防和治疗提供新的线索。

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