新闻导读
米饭也能调控你的基因？昨天，《细胞研究》在线发表了南京大学生命科学院张辰宇教授课题组的新发现：稻米中一些微小RNA能经过烹饪、咀嚼、消化后，“活着”进入动物体，并直接操控“宿主”的基因！
张辰宇课题组关注的是稻米中编号为168a的植物微小RNA。它在稻米中的含量非常丰富。张辰宇说，实验发现，它能与肝脏中一个基因的信使RNA结合，抑制该基因的蛋白表达，进而减缓低密度脂蛋白从血浆中清除的速度。
什么是微小RNA？
微小RNA（miRNAs）是一种小的，类似于siRNA的分子，由高等真核生物基因组编码，miRNA通过和靶基因mRNA碱基配对引导沉默复合体（RISC）降解mRNA或阻碍其翻译。miRNAs在物种进化中相当保守，在植物、动物和真菌中发现的miRNAs只在特定的组织和发育阶段表达，miRNA组织特异性和时序性，决定组织和细胞的功能特异性，表明miRNA在细胞生长和发育过程的调节过程中起多种作用。尽管在十几年前已经发表了第一篇关于miRNA的论文，直到近年miRNA的普遍性和重要性才逐渐被人们所认识。
miRNA鉴定及功能研究手段
目前鉴定miRNA常用的方法包括直接克隆鉴定，miRNA芯片分析和生物信息学预测。当然计算机预测的miRNA必须经过RT-PCR或Northern试验分析才能鉴定，另外也可以通过miRNA mimics和inhibitors从功能上进行实验鉴定。另外序列分析表明，至少有1/3的人类基因与miRNA调控相关，而且越来越多的试验证据表明miRNA还有很多功能未被发现。研究基因的功能通常是将其从基因组中敲除，然后观察敲除前后的变化，但在破译miRNA的功能，我们一般不会采用这种策略，而是通过增强或减弱该miRNA的表达来鉴定其功能。
miRNA mimics是模拟生物体内源的miRNAs，运用化学合成的方法合成，能增强内源性miRNA的功能。而miRNA inhibitor是化学修饰的专门针对细胞中特异的靶miRNA的抑制剂。
近年来人工合成的miRNA（artificial miRNA，amiRNA）已经成功应用于沉默预期靶基因的表达及其功能研究，人工合成的miRNAs既能够特异性地沉默单一基因，也可以同时沉默多个相关但不相同的基因。miRNA mimics进一步增强内源miRNA的沉默作用，降低细胞内蛋白表达量，进行功能获得性（gain-of-function）研究；相反，使用化学合成的方法合成miRNA inhibitors，特异的靶向和敲除单个的miRNA分子，可以削弱内源miRNA的基因沉默效应，提高蛋白表达量，进行功能缺失性（loss-of -function）研究，可以用来筛选miRNA靶位点，筛选调控某一基因表达的miRNA，筛选影响细胞发育过程的miRNA。化学合成miRNA mimics和inhibitors是近年来研究的一个新热点，已经成为研究动植物基因家族功能的有用工具，并有望成为癌症治疗和临床研究的一种新策略。
miRNA 的特点:MiRNAs具有高度的保守性、时序性和组织特异性。miRNAs的表达方式各不相同。线虫和果蝇当中的部分miRNA在各个发育阶段都有表达而且不分组织和细胞特性，而其他的miRNA则表现出更加严谨的时空表达模式（a more restricted spatial and temporal expression pattern）——只有在特定的时间、组织才会表达。细胞特异性或组织特异性是miRNA的表达的主要特点，又如拟南芥中的miR-171仅在其花序中高水平表达，在某些组织低水平表达，在茎、叶等组织中却无任何表达的迹象；20-24h的果蝇胚胎提取物中可发现miR-12，却找不到miR3-miR6，在成年果蝇中表达的miR-1和let-7也无法在果蝇胚胎中表达，这同时体现了miRNA的又一特点——基因表达时序性。MiRNA表达的时序性和组织特异性提示人们miRNA的分布可能决定组织和细胞的功能特异性，也可能参与了复杂的基因调控，对组织的发育起重要作用。
作用机理的研究进展
成熟的miRNA通过结合到与其互补的mRNA的位点通过碱基配对调控基因表达。与靶mRNA不完全互补的miRNA在蛋白质翻译水平上抑制其表达（哺乳动物中比较普遍）。然而，最近也有证据表明，这些miRNA也有可能影响mRNA的稳定性。使用这种机制的miRNA结合位点通常在mRNA的3’端非编码区。如果miRNA与靶位点完全互补（或者几乎完全互补），那么这些miRNA的结合往往引起靶mRNA的降解(在植物中比较常见)。通过这种机制作用的miRNAs的结合位点通常都在mRNA的编码区或开放阅读框中。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNAs也可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNAs的组合来精细调控某个基因的表达。随着miRNA调控基因表达的研究的逐步深入，将帮助我们理解高等真核生物的基因组的复杂性和复杂的基因表达调控网络。
miRNA与生理
研究表明，miRNA直接参与了哺乳动物脑的发育和神经分化。通过与miRNA的核心序列对比所发现的脊椎动物中受到miRNA调节的mRNA数目表明，可能有30％人类基因受到miRNA调节，这说明miRNA对于正常生长发育过程中的基因表达调控起到了至关重要的作用，如果某些miRM基因发生异常变化或是表达紊乱，就可能导致生理过程异常。
miRNA与癌症
癌细胞内miRNA的表达有差别。之前研究曾报道慢性淋巴白血病(cLL)细胞中，在长达30 kb区域，miRNA-150和miRNA-160有轻微损伤，基因丢失或低表达。随后，其他研究小组报道了在肠癌肿瘤、新生儿B淋巴细胞、肺腺癌、巨噬淋巴细胞癌、胶质母细胞瘤、B淋巴细胞淋巴瘤中miRNA表达异常。
在对正常组织和癌细胞的进行对比中发现，miRNA在两种组织内存在着差异性的表达。Volinia等旧3对miRNA进行大规模分析，分别取6种肿瘤中363例癌变组织和177例正常组织，其中包括肺癌、乳腺癌、胃癌、前列腺癌、结肠癌和胰肿瘤，研究表明在乳腺癌组织中有15例miRNA上调表达，12例下调表达；结肠癌组织中有21例上调，1例下调；肺癌组织中有35例上调，3例下调；胰腺癌中55例上调，2例下调；前列腺癌中39例上调，6例下调；胃癌中22例上调，6例下调。
展望未来
miRNA在细胞分化，生物发育及疾病发生发展过程中发挥巨大作用，越来越多的引起研究人员的关注。随着对于miRNA作用机理的进一步的深入研究，以及利用最新的例如miRNA芯片等高通量的技术手段对于miRNA和疾病之间的关系进行研究，将会使人们对于高等真核生物基因表达调控的网络理解提高到一个新的水平。这也将使miRNA可能成为疾病诊断的新的生物学标记，还可能使得这一分子成为药靶，或是模拟这一分子进行新药研发，这将可能会给人类疾病的治疗提供一种新的手段。
