微小RNA：小小的基因调控者

首次在线虫上发现微小RNA

生命是宇宙中的一大奇迹，控制生命生生不息的密码是基因。那么，又是什么在控制基因？科学家发现RNA是基因调控的主要参与者，而微小RNA便是其中之一。美国科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎是微小RNA的发现者，他们因此获得了2024年诺贝尔生理学或医学奖。微小RNA的发现，为我们理解生命的奥秘开启了一个全新的世界。

什么是微小RNA

RNA的中文名为“核糖核酸”，它们是生物体内一类极其重要的生物大分子。RNA不仅种类繁多，而且结构也比DNA复杂得多。RNA在蛋白质生物合成中扮演了重要角色，对基因表达和细胞功能进行调节，并在生物进化中起着重要作用。

在微小RNA被发现之前，科学家已经对基因调控进行了长期的研究。基因调控是生物体内控制基因表达的机制，是遗传学研究的重要领域。传统观念认为，基因调控的主要过程是基因的转录和信使RNA的翻译。然而，随着研究的不断深入，人们逐渐意识到，基因调控远比想象的复杂。如今，科学家已经认识到微小RNA在基因调控中发挥着不可或缺的作用。

微小RNA是RNA大家族中的一员。它们是由20～24个核苷酸组成的单链分子，长度只有7纳米左右。微小RNA虽然不直接编码蛋白质，但在基因调控方面却是个高手。科学家估计，在哺乳动物的基因中，有30%左右编码蛋白质的基因受到微小RNA的调控。有趣的是，一种微小RNA可以调控许多不同基因的表达，而一种基因也可能受到多种微小RNA的调控，这种默契的配合让生命的运转更加精确和高效。

目前，科学家在生物体内发现了超过1000种微小RNA。从绿油油的植物到活蹦乱跳的动物，从低等的细菌到高等的人类，微小RNA无处不在。从细胞的分化凋亡到机体的生长发育，从植物的茁壮成长到动物的免疫防御，都有微小RNA忙碌的“身影”。可以说，微小RNA是生命大戏中不可或缺的重要角色。

基因调控细胞多样性和功能

发现微小RNA

早在20世纪80年代末，安布罗斯和鲁夫坎就在罗伯特·霍维茨（2002年诺贝尔生理学或医学奖得主）的实验室中，对秀丽隐杆线虫展开了细致的研究。秀丽隐杆线虫是一种不起眼的小蠕虫，却促成了科学家对微小RNA的发现。虽然这种线虫体形微小（仅约1毫米长），却拥有复杂的细胞类型和发育过程，是研究多细胞生物组织发育和成熟的理想模型。

安布罗斯和鲁夫坎以无尽的耐心与敏锐的洞察力，在研究过程中发现了一些具有先天性缺陷的线虫。这些线虫存在两种突变基因，其代号分别为lin-4和lin-14。进一步的实验揭示了一个惊人的秘密：lin-4基因编码生成了一种很小的RNA分子，这种分子只有21个核苷酸，它不编码蛋白质，却能够抑制lin-14基因的活性，影响线虫的发育进程。这一发现标志着微小RNA作为基因调控者首次出现在人们的视野中。

1993年，他们将研究成果发表在美国的《细胞》杂志上，但当时这一发现并未引起科学界的重视。科学家普遍认为这只是线虫特有的基因调控机制，与其他动物（包括人类）的关系不大。

2000年，鲁夫坎的研究小组发现了另一种微小RNA，它是由let-7基因编码生成的。这种微小RNA可以抑制肿瘤，降低癌症对人体的伤害。更令人惊奇的是，这种微小RNA在所有动物体内都存在。由于涉及癌症这一被普遍关注的疾病，他们的发现引起了科学界的广泛关注，极大地推动了微小RNA研究领域的发展。

微小RNA的现实应用

微小RNA目前主要应用于医学领域，正在为疾病的诊断和治疗提供新思路。

在诊断方面，某些微小RNA可以作为疾病的生物标志物。例如，微小RNA可以用于滴血识别癌症，通过检测血液中某些微小RNA的水平，医生可以更早地发现某些癌症。这种无创的检测方法有望革新癌症的早期诊断。

在治疗方面，科学家正在探索通过调节人体内微小RNA的数量来治疗疾病。比如，有些癌症会让某些微小RNA变得太多或太少。如果能让微小RNA恢复正常，那么就可能让肿瘤变小甚至消失。

除了癌症外，微小RNA还与多种遗传病密切相关。例如，如果编码微小RNA的基因发生突变，那么可能导致微小RNA的功能异常，令人出现先天性听力受损、视力障碍、骨骼异常等症状。通过基因编辑技术修复那些突变基因，可让患者的听力恢复如初，眼眸重见光明，骨骼逐渐坚韧。

此外，微小RNA还在再生医学领域展现出潜力。研究表明，通过操控某些微小RNA，可以影响干细胞的分化方向，从而让组织修复和器官再生。例如，微小RNA可以促进心肌细胞的分化，为心脏病的治疗提供新方法。在神经系统有关疾病的治疗中，微小RNA可以促进神经细胞的再生和修复，治疗帕金森病、阿尔茨海默病等疾病。

未来微小RNA的应用有望治疗退化性神经疾病、C型肝炎及心血管等疾病

微小RNA的未来影响

微小RNA的发现为基础科学研究带来了新的机遇和挑战。科学家可以通过研究微小RNA的作用机制，深入了解基因调控的奥秘，揭示生命的本质。例如，通过研究微小RNA与其他基因调控机制的相互作用，可以更好地理解细胞的生长、分化、凋亡等生理过程。

微小RNA的研究不仅推动了相关学科的发展，而且其临床意义正在迅速显现。目前，已有多个基于微小RNA的靶向治疗药物进入临床试验阶段，有望在未来成为治疗癌症的重要手段。未来，科学家将继续探索微小RNA的作用机制，寻找更多与疾病相关的微小RNA。

此外，微小RNA研究也可能为其他领域带来启发。例如，在农业领域，通过调控植物的微小RNA，可能培育出抗病虫害或适应气候变化的新品种。在环境保护方面，微小RNA可协助人们监测生态系统的微妙变化，守护大自然的健康与平衡。

总而言之，微小RNA的发现与研究，不仅为我们揭示了基因调控的新维度，而且让我们对生命这一宇宙间最为复杂的存在有了更为深刻细腻的理解。在未来的岁月里，它们将继续引领我们探索生命的奥秘，解开更多关于生命本质的谜题。

知识链接

获奖者简介

维克托·安布罗斯，1953年出生于美国新罕布什尔州，1979年获得麻省理工学院博士学位，1979年至1985年期间从事博士后研究，2007年当选为美国国家科学院院士，现为马萨诸塞大学医学院教授。

加里·鲁夫坎，1952年出生于美国加利福尼亚州，1982年获得哈佛大学博士学位，2008年当选为美国国家科学院院士，现为哈佛大学医学院遗传学教授。