非编码RNA之microRNA研究进展

2019年6月30日讯/生物谷BIOON/---microRNAs(miRNAs)是近年来科学家们发现的一类长度为18—24个核苷酸的非编码小分子RNA；其主要能够通过与靶标基因3'UTR的完全或不完全配对，降解靶标基因mRNA或抑制其翻译，从而参与调控个体发育、细胞凋亡、增殖及分化等生命活动。多项研究表明，miRNA可以担任抑癌基因或者癌基因的角色，同时与肿瘤的形成也有着密切的联系，microRNAs不光在癌症发生过程中扮演着关键角色，其对人类其它疾病的发生也非常重要，本文中小编就盘点了microRNAs与人类多种疾病发生的关联，与各位一起学习！

1.Circulation Res：导入miR-294可让成体心脏细胞重获再生能力
doi:10.1161/CIRCRESAHA.118.314223

到了成年时，心脏不再能够补充受伤或患病的细胞。因此，心脏病发作等事件可能是灾难性的，比如导致大量细胞死亡和永久性功能下降。然而，在一项新的研究中，来自美国天普大学路易斯-卡茨医学院的研究人员发现，即使在严重的心脏病发作后，也有可能扭转这种损伤并恢复心脏功能。这是首次证实一种非常小的称为miR-294的RNA分子当被导入到心脏细胞中时，能够重新激活心脏细胞增殖并改善遭受类似于人类心脏病发作的事件的小鼠的心脏功能。相关研究结果于2019年6月21日在线发表在Circulation Research期刊上，论文标题为“Transient Introduction of miR-294 in the Heart Promotes Cardiomyocyte Cell Cycle Reentry After Injury”。

论文共同通讯作者、天普大学路易斯-卡茨医学院代谢疾病研究中心生理学助理教授Mohsin Khan博士说道，“在之前的研究中，我们已发现miR-294在发育中的心脏中积极地调节细胞周期。但是出生后不久，miR-294就不再表达了。”

在维持心肌损伤后，这些小鼠连续用miR-294治疗两周。在治疗两个月后，这些研究人员观察到它们的心脏功能明显改善，受损组织面积减少。对经处理的心脏细胞的检查揭示出细胞周期再进入的证据，表明这些细胞已被重新激活，因而重新获得产生新细胞的能力。他们还能够控制miR-294的表达，使得它开启或关闭，因而可以决定心脏中的增殖活动水平。

2.Science子刊：揭示肠道菌群通过miR-181调节白色脂肪组织炎症和肥胖机制
doi:10.1126/scitranslmed.aav1892

肠道菌群是哺乳动物代谢的关键环境决定因素，它是否以及如何影响脂肪组织稳态是目前研究的一个领域。肠道菌群对白色脂肪组织（white adipose tissue, WAT）的调节是一种在维持代谢健康中起关键作用的过程，而且肠道失调可导致肥胖和胰岛素抵抗性（insulin resistance, IR）的产生。然而，肠道菌群如何调节白色脂肪组织功能仍然在很大程度上是未知的。

在一项新的研究中，来自美国宾夕法尼亚大学和康涅狄格大学等研究机构的研究人员发现高脂肪饮食导致小鼠白色脂肪组织中的miR-181激活，随后导致肥胖、胰岛素抵抗性和白色脂肪组织炎症。相关研究结果发表在2019年6月12日的Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“The gut microbiota regulates white adipose tissue inflammation and obesity via a family of microRNAs”。

这些研究人员证实肠道菌群产生的色氨酸衍生代谢物控制小鼠白色脂肪细胞中的miR-181家族表达，从而调节能量消耗和胰岛素敏感性。再者，肠道菌群-miR-181轴（gut microbiota–miR-181 axis）失调是小鼠产生肥胖、胰岛素抵抗性和白色脂肪组织炎症所必需的。这些结果表明肠道菌群产生的代谢物对白色脂肪组织中miR-181的调节是一种至关重要的机制，通过这种机制，宿主代谢根据饮食和环境的变化受到调节。

这些研究人员将增加的miR-181表达与肠道菌群通过色氨酸代谢产生的循环代谢物下降相关联在一起，并通过向小鼠提供吲哚证实了这一点。miR-181在肥胖人的白色脂肪组织中增加，吲哚在肥胖人的血浆中减少，这表明肠道菌群-miR-181轴与人类疾病存在潜在的相关性。

3.Exper Physiol：睡眠不足会影响机体中microRNA的功能 进而损伤心血管健康！
doi:10.1113/EP087469

近些年来，大量研究表明，睡眠不足的人群患中风和心脏病发作的风险较高；近日，一项刊登在国际杂志Experimental Physiology上的研究报告中，来自科罗拉多大学的科学家们通过研究发现，每晚睡眠不足7个小时的个体机体血液中三种生理学调节子（microRNAs）的水平较低，其能影响基因表达并在维持血管健康上扮演着关键角色。

研究者表示，就好像细胞制动器一样，如果机体中缺少有益的microRNA，或许就会对细胞健康产生重大的影响。这项研究中，研究人员首次分析了睡眠不足对机体循环microRNA的影响，研究者从24名年龄在44-62岁之间的健康男性和女性机体中提取血液样本进行分析，这些参与者填写了关于其睡眠习惯的调查问卷，一半人群每晚睡眠7-8.5个小时，另一半人群每晚睡5-6.8个小时。

研究人员测定了参与者机体中9种microRNA的表达水平，这些microRNA此前被认为与炎症、免疫反应或心血管健康直接相关。研究者发现，相比睡眠充足的参与者而言，睡眠不足的参与者机体中循环的miR-125A， miR-126和miR-146a的水平会下降40%-60%，这些microRNA被认为会抑制炎性蛋白的表达。DeSouza说道，为何睡眠7或8小时是一个最佳的时间，目前我们并不清楚，然而，人类平均每晚需要至少7个小时的睡眠时间才能够维持重要的生理调节机制，比如microRNA，这听起来似乎是合理的。

4.JCI：癌细胞如何拦截机体伤口愈合机制来创造自身的血液供给模式
doi:10.1172/JCI123106

近日，一项刊登在国际杂志Journal of Clinical Investigation上的研究报告中，来自弗吉尼亚大学医学院的研究人员通过研究揭示了癌症拦截机体天然伤口愈合反应从而得以生长和扩散的分子机制。文章中，研究人员在内皮细胞中鉴别出了特殊的过程，肿瘤能利用该过程来构建自身的血液供给，正常情况下机体能利用这些过程来进行组织修复、愈合商河及新血管的生长，但肿瘤却会利用其来创建血管从而促进肿瘤生长扩散。

当对乳腺癌样本进行研究后，研究人员发现，乳腺癌最好预后的患者机体中microRNA的水平往往最高，此外，在小鼠机体中将microRNA运输到发育中肿瘤的内皮细胞就能够明显降低血管的数量，并且减缓总体的肿瘤生长。研究者表示，目前还存在一定的障碍会阻止这项研究立即应用于人类临床试验，治疗乳腺癌并不能简单地认为给患者更多microRNA，然而，本文中研究者发现，癌症能利用一种血管定向的过程来开发自身的血液供给，这或许就能给研究人员提供新的思路帮助开发新型抗癌疗法。

5.Nat Nanotechnol：利用金涂层纳米颗粒使得检测超低水平的miRNA成为可能
doi:10.1038/s41565-018-0232-x

在一项新的研究中，来自澳大利亚新南威尔士大学的研究人员发现了一种检测血液样本中超低水平microRNA（微小RNA, miRNA）的新方法，这可能能够更快地和更有效地诊断癌症和其他疾病。他们使用纳米颗粒结合靶miRNA，使得它们易于提取。这种方法的一个主要益处之一是即便miRNA在血液样本中的含量很少，它也是有效的，而在此之前，需要更多的样本来提取类似数量的miRNA。相关研究结果近期发表在Nature Nanotechnology期刊上，论文标题为“Nucleic acid hybridization on an electrically reconfigurable network of gold-coated magnetic nanoparticles enables microRNA detection in blood”。论文通讯作者为新南威尔士大学的Justin Gooding教授。

在这项新的研究中，这些研究人员报道利用与他们想要检测的miRNA相匹配的DNA对金涂层磁性纳米颗粒（Au@MNP）进行修饰。这些纳米颗粒实际上是可分散的电极。当在血液中进行循环时，它们捕获靶miRNA，随后通过使用磁铁分离这些携带着靶miRNA的纳米颗粒。

Gooding说，“如今我们获得更多的靶miRNA，这是因为这些可分散的电极捕获样品中的几乎所有的靶miRNA。鉴于这种捕获是如此有效，我们获得更高的灵敏度并且能够检测更低的下限。因为我们利用磁铁将它们带回到电极上，我们的响应时间要快得多。”

6.PNAS：聚焦microRNA的加工处理过程有望开发出新型抗癌疗法
doi:10.1073/pnas.1819869116

在对mda-7/IL-24基因长达10几年的研究中，研究者发现该基因能帮助抑制大部分的癌症类型，近日，一项刊登在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究报告中，来自弗吉尼亚联邦大学的科学家们通过揭示了mda-7/IL-24基因如何通过影响microRNAs的功能来驱动癌症的进展，相关研究结果除了对于研究癌症非常重要外，还有望帮助研究相同microRNA所驱动的心血管疾病和神经变性疾病发生的分子机制。

起初研究者Paul B. Fisher发现了mda-7/IL-24基因，随后Fisher及其同事发表了一系列研究报告来详细阐明该基因如何通过直接影响两个重要的细胞死亡介导子来抑制癌症的发生，两种细胞死亡过程包括细胞凋亡和毒性细胞自噬过程；随后研究人员开发出了mda-7/IL-24病毒基因疗法、纯化蛋白疗法和T细胞运输疗法，这些疗法都能够上述过程来选择性地杀灭癌细胞。

研究者Fisher说道，microRNAs在包括癌症在内的多种疾病中扮演着决定性的角色，本文研究首次揭示了mda-7/IL-24如何影响对microRNA加工处理非常重要的酶类的功能，相关研究结果或能提供新的线索来帮助开发靶向作用这一过程的新型疗法。mda-7/IL-24能降低酶类DICER的表达，而这种效应仅会在癌细胞中发生；DICER能处理具体特殊细胞功能的microRNA，在对前列腺癌、乳腺癌、脑癌细胞和小鼠模型进行研究后研究者发现，DICER的过量表达能挽救癌细胞因mda-7/IL-24所介导的细胞死亡。

小眼畸形相关转录因子(MITF，Microphthalmia-Associated Transcription Factor)是这一过程的关键介导子，其能调节细胞对活性氧的反应；在细胞压力状况下，活性氧水平会明显增加，而且其往往会诱发疾病；这项研究中研究人员首次发现，mda-7/IL-24基因能够下调MITF的表达，从而下调DICER的表达（DICER是MITF的靶点）。

7.Nat Commun：肿瘤细胞通过miRNAs招募并改变巨噬细胞
doi:10.1038/s41467-019-08989-2

肿瘤细胞和免疫细胞之间的相互作用会改变免疫细胞的表型，而microRNAs（miRs）是这个过程中的关键桥梁。但是研究人员并不清楚miRs如何传输以及如何影响靶细胞，尤其是肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associated macrophages，TAMs）。

近日来自法兰克福歌德大学等机构的研究人员发现乳腺癌细胞会高表达miR-375，它们会在凋亡过程中以一种非外泌体的形式（miRome）释放这些miRs。通过对这些miRome的深度测序，研究人员发现这些miRome会增强TAMs对miR-375的摄取，这个过程由CD36介导。而被巨噬细胞摄取后，这些miR-375会直接靶向TNS3和PXN，从而增强巨噬细胞迁移浸润到肿瘤细胞球或者是小鼠身上的肿瘤中的能力。在肿瘤细胞中，miR-375会调节肿瘤细胞CCL2的表达，以进一步增加巨噬细胞的招募。

该研究为miR从肿瘤细胞向TAMs中的运输提供了证据，同时还发现miR-375是肿瘤组织中巨噬细胞浸润的关键调节因子，会促进随后促肿瘤微环境的形成。

8.Nucl Acid Therap：靶向沉默microRNA分子的表达有望治疗2型糖尿病
doi:10.1089/nat.2018.0763

近日，一项刊登在国际杂志Nucleic Acid Therapeutics上题为“In Vivo Silencing of MicroRNA-132 Reduces Blood Glucose and Improves Insulin Secretion”的研究报告中，来自荷兰莱顿大学医学中心等机构的科学家们通过研究发现，靶向沉默microRNA-132分子的表达或能改善小鼠机体的胰岛素分泌并降低其机体血糖水平，同时还会增加离体的人类胰岛细胞中胰岛素的分泌。

研究者表示，microRNA-132分子在2型糖尿病患者机体中常处于过量表达状态，这项研究中，研究人员利用一种名为antagomir-132的特殊激动剂来系统性地治疗小鼠，同时处理小鼠和人类的胰岛组织，这种激动剂能阻断microRNA-132分子的表达。

研究结果表明，在注射激动剂antagomir-132三天后，被治疗小鼠机体中的血糖水平下降了，研究人员认为后期还需要再更多的2型糖尿病模型中深入研究来检测这种新型疗法的治疗效果。

9.JCI：科学家发现机体免疫系统的“总开关”
doi:10.1172/JCI124725

近日，一项刊登在国际杂志Journal of Clinical Investigation上的研究报告中，来自曼彻斯特大学的科学家们通过研究发现了机体免疫系统的重要部分，其或许对于开发治疗人类最具毁灭性疾病的新型疗法具有重大意义，比如癌症、糖尿病、多发性硬化症克罗恩病等。

研究者指出，这项研究中我们发现了一种被microRNA-142分子所调节的分子通路，这对于理解机体免疫系统的功能非常重要；microRNA-142分子能控制调节性T细胞，从而调节机体免疫系统的功能并帮助抑制自身免疫性疾病的发生，该分子是免疫系统中高度表达的调节子。

研究者Lord教授说道，自身免疫性疾病通常会针对正值壮年的人群，给其造成重大的社会经济负担，有时候这种影响可能是毁灭性的。如果机体中调节性T细胞的活性过低，其就会促进其它免疫细胞攻击机体自身的组织；如果这些调节性T细胞的活性过高的话，其就会抑制机体免疫反应，并加速癌症入侵机体。

10.Blood Adv：遗传学研究揭示癌症的发生机制
doi:10.1182/bloodadvances.2018017954

东京医学和牙科大学研究者们发现了miRNA与癌症发生之间的关系。研究表明：在这些miRNA分子缺失的情况下，将会出现胞周期失调的效应，尽管不同类型的癌症结果有所不同。在最近发表在《Blood Advances》 杂志上的一项新研究中，作者发现miR-146B以及之前报道的的miR-146a的缺失会导致小鼠血液中癌症的发生。这一结果扩展了我们对miRNA的与癌症之间关系的认识。

在这项研究中，东京医学和牙科大学（TMDU）的团队使用基因组编辑技术敲除编码的miR-146a的或的miR-146b中的基因，然后对小鼠进行大量分析以揭示其效果。结果显示的miR-146A和的miR-146B均抑制一系列分子的表达，这反过来又阻止了称为NF-κB的蛋白质复合物的活化。如果这些miRNA的中的任何一个被敲除，则NF-κB过度激活，这导致细胞周期的过度进展和快速细胞复制，产生炎症和肿瘤发生。在小鼠中，这表现为细胞淋巴瘤和急性髓性白血病的高发风险。

11.Science子刊：神奇！miR-7模拟物有望治疗缺血性中风
doi:10.1126/scisignal.aat4285

缺血性中风发作期间的大脑血液流动的缺失和随后的恢复（也称为缺血-再灌注）会给大脑组织造成损伤，这可能是致命性的，或者严重损害认知和运动功能。在之前的研究中，科学家们已发现在大鼠模型中，短暂的局灶性脑缺血（focal cerebral ischemia）诱导大脑中的microRNA表达发生变化，其中一种称为miR-7a-5p（miR-7）的microRNA的丰度持续下降。

在一项新的研究中，来自美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员根据中风治疗学术产业圆桌会议（Stroke Treatment Academic Industry Roundtable, STAIR）标准，评估了在啮齿动物发生脑缺血后，miR-7的寡核苷酸模拟物（miR-7 mimic oligonucleotide）的治疗功效。在发生短暂的大脑中动脉闭塞之前或之后，将这种miR-7模拟物局部或全身注射到啮齿动物中。在发生脑缺血后，在两种性别的年轻和年老大鼠中均观察到miR-7表达降低。在发生脑缺血之前或之后进行miR-7模拟物治疗降低了两种性别的年轻和年老大鼠中的病灶体积。

此外，在发生脑缺血后30分钟（但不是2小时）进行全身注射miR-7模拟物可极大地降低病灶体积，并且改善了运动功能和促进认知功能恢复，同时导致最小的外周器官毒性。这种miR-7模拟物治疗极大地降低脑缺血后的α-突触核蛋白表达，其中α-突触核蛋白诱导线粒体断裂、氧化应激和自噬，从而导致神经元死亡。在年轻的雄性小鼠中，剔除编码α-突触核蛋白的基因会破坏这种miR-7模拟物依赖性的神经保护和功能恢复。进一步的分析证实miR-7结合并抑制编码α-突触核蛋白的RNA转录本。

12.Oncogene：上海大学学者发现促进肺癌发生的microRNA并揭示作用机制
doi:10.1038/s41388-018-0534-3

最近来自上海大学生科院的研究人员在国际学术期刊Oncogene上报道miR-411-5p/3p在人类非小细胞肺癌组织和细胞系中存在显著表达增加。研究表明miR-411-5p/3p过表达可以加速非小细胞肺癌细胞的增殖和迁移，并可以抑制细胞凋亡。

从机制上说，研究人员证实SPRY4是miR-411-5p/3p的直接靶点，miR-411-5p/3p可以促进体内肺肿瘤生长，显著抑制SPRY4表达，并诱导EGFR和AKT信号激活，同时也会诱导肿瘤组织发生上皮间充质转化过程。除此之外，研究人员还发现miR-411-5p也会靶向肿瘤抑制因子TXNIP，在SPC-A1细胞中参与正向调控细胞周期进展，而在H1299细胞中并没有观察到这一现象。研究人员认为H1299细胞中TXNIP的mRNA水平比较低，这可能是与SPC-A1细胞在细胞周期方面产生不同应答的原因，但还需要更多研究进行证实。

13.Cancer Res：联合靶向miR-146a和PD-1可增强抗肿瘤免疫有效治疗黑色素瘤
doi:10.1158/0008-5472.CAN-18-1397

microRNA是细胞内表达的一些小的非编码RNA，能够在转录后水平调节基因表达，并在多种癌症类型中调控免疫应答反应。最近来自德国弗莱堡大学医学中心的研究人员在黑色素瘤微环境中发现了一种microRNA能够抑制抗肿瘤免疫应答，同时提出了治疗黑色素瘤的新策略。相关研究结果发表在国际学术期刊Cancer Research上。

在这项研究中，研究人员发现miR-146a能够作为免疫激活的负调控因子发挥类似免疫检查点分子的作用。研究表明miR-146a在黑色素瘤微环境组织中存在表达水平增加，miR-146a敲除小鼠存活更久并且相比野生型黑色素瘤荷瘤小鼠形成的转移灶更少。

研究人员从敲除小鼠体内分离了T细胞发现miR-146a的靶基因Stat1和Stat1调控的细胞因子IFN-γ表达水平更高。中和敲除小鼠体内的IFN-γ能够降低小鼠的存活率并增强黑色素瘤的转移。体外实验表明，IFN-γ能够抑制黑色素瘤细胞的迁移、细胞周期活性和基础代谢率。相反，IFN-γ也会增加黑色素瘤细胞内PD-L1水平，这可能会抵消掉一部分有益影响促进体内免疫逃逸的发生。更进一步的研究发现利用miR-146a拮抗剂和抗PD-1抗体进行联合治疗会导致小鼠生存率增加，并且效果好于单独使用抗PD-1抗体。（生物谷 Bioon.com）