000000df_杜有功-醫(yī)院藥學(xué)2

1、microRNA對(duì)一些非腫瘤疾病的影響杜有功 浙江省臺(tái)州醫(yī)院 3170002002年，microRNAs(miRNAs)的發(fā)現(xiàn)被Science雜志評(píng)為十大科技突破第一名，近年來。已經(jīng)成為生命科學(xué)已經(jīng)的重要熱點(diǎn)之一，僅在2005年67月間，Nature上就發(fā)表了6篇有關(guān)miRNA的論文，成為2005年生命科學(xué)的十大新聞之一。microRNAs是一類長(zhǎng)約33個(gè)核苷酸的內(nèi)源性單鏈RNA，屬非編碼小RNA，廣泛存在于生物界，幾乎所有的后生動(dòng)物（metazoans）都發(fā)現(xiàn)有microRNAs的表達(dá)。據(jù)預(yù)測(cè)，人類超過1/3的蛋白編碼基因受microRNAs的調(diào)控。越來越多的研究表明microRNAs可調(diào)控

2、植物的形態(tài)建成、環(huán)境的適應(yīng)性及發(fā)育過程；動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞和多種成體干細(xì)胞的發(fā)育、胚胎后期發(fā)育、細(xì)胞的生長(zhǎng)和凋亡、血細(xì)胞的分化、神經(jīng)元的極性、胰島素的分泌、大腦形態(tài)的形成、心臟發(fā)生及免疫系統(tǒng)的調(diào)控等過程中發(fā)揮重要作用。microRNAs還被發(fā)現(xiàn)參與心血管疾病內(nèi)分泌代謝疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、自體免疫病、皮膚病眼部疾病及病毒感染等。大量的文獻(xiàn)報(bào)道了與各種腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。本文僅對(duì)一些非腫瘤性疾病與microRNAs的關(guān)系作一討論。1. RNA、mRNA、microRNAs簡(jiǎn)介RNA：RNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要是由AMP、GMP、CMP和UMP四種核糖核苷酸通過3'，5'磷酸二酯鍵相連而成

3、的多聚核苷酸鏈。天然RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，一般并不像DNA那樣都是雙螺旋結(jié)構(gòu)，只有在許多區(qū)段可發(fā)生自身回折，使部分A-U、G-C堿基配對(duì)，從而形成短的不規(guī)則的螺旋區(qū)。不配對(duì)的堿基區(qū)膨出形成環(huán)，被排斥在雙螺旋之外。RNA中雙螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定因素，也主要是堿基的堆砌力，其次才是氫鍵。每一段雙螺旋區(qū)至少需要46對(duì)堿基對(duì)才能保持穩(wěn)定。在不同的RNA中，雙螺旋區(qū)所占比例不同。RNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)：細(xì)胞內(nèi)有三類主要的核糖核酸，即：mRNA、rRNA、tRNA。它們各有特點(diǎn)。在大多數(shù)細(xì)胞中RNA的含量比DNA多58倍。 mRNA（信使RNA）：mRNA的功能就是把DNA上的遺傳信息精確無誤地轉(zhuǎn)錄下來，然后再由mRNA

4、的堿基順序決定蛋白質(zhì)的氨基酸順序，完成基因表達(dá)過程中的遺傳信息傳遞過程。在真核生物中，轉(zhuǎn)錄形成的前體RNA中含有大量非編碼序列，大約只有25%序列經(jīng)加工成為mRNA，最后翻譯為蛋白質(zhì)。因?yàn)檫@種未經(jīng)加工的前體mRNA(pre-mRNA)在分子大小上差別很大，所以通常稱為不均一核RNA（heterogeneous nuclear RNA,hnRNA）。microRNAs：第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的miRNA lin-4，是1993 年Lee 在研究秀麗新小桿線蟲(C.elegans)發(fā)育的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。到2000 年才發(fā)現(xiàn)了第二個(gè)miRNAlet-7，也是在線蟲中發(fā)現(xiàn)的。研究發(fā)現(xiàn)它在線蟲、果蠅和人類中高度保守區(qū)

5、間，并且在表達(dá)上具有時(shí)空特異性。此后對(duì)miRNA的研究才逐漸增多起來。到如今，最新版本的miRNA 數(shù)據(jù)庫(kù)（miRBase，ttp://）收錄的植物、動(dòng)物和病毒的microRNA序列已經(jīng)達(dá)到10867種，其中人類的占721種。學(xué)者們把這些呈現(xiàn)時(shí)空特異性表達(dá)的非編碼小分子命名為microRNA，而lin24 和let27 也就成為miRNA 家族的奠基性成員。microRNAs的特性和命名：其特性有：1. 具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)前體,且其中一條臂含有miRNA 序列,發(fā)夾具有最低自由能,結(jié)構(gòu)中不含大的內(nèi)環(huán)或泡,尤其是大的不對(duì)稱的泡。2. miRNA 序列及其二級(jí)結(jié)構(gòu)前體具有進(jìn)

6、化上的保守性。3. 隨著Dicer 酶功能降低,前體物不斷積累。一般要綜合上述兩方面的證據(jù)才能判定一個(gè)新的miRNA。在對(duì)miRNA 命名時(shí),一般是在miR 的后面加一個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字(如miR21 , miR22 等) 。編碼RNA 的基因也是用這三個(gè)字母表示,大寫,中間采用連字符連接,根據(jù)生物學(xué)慣例使用斜體字(如線蟲和果蠅中的mi r21 ,水稻和擬南芥的M I R156) 。不同物種中,相同的miRNA 采用相同的數(shù)字。如果同一個(gè)基因具有不同的轉(zhuǎn)錄本,那么還需在其后面加一小寫的字母或數(shù)字,如果蠅的iRNA 基因簇中的miR26 轉(zhuǎn)錄出3 個(gè)miRNA ,則分別記為miR6-1 ,miR6-2

7、 ,miR6-3.miRNA 來源于細(xì)胞核內(nèi)的pri-miRNA, primiRNA經(jīng)核糖核酸酶Drosha 剪切產(chǎn)生具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的pre-miRNA, 進(jìn)入胞漿后其被核糖核酸酶Dicer剪切為含1826 個(gè)核苷酸的成熟雙鏈miRNA2, 3。在解螺旋酶的作用下, 成熟miRNA 解離, 其中一條 鏈裝配入RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物 RNA-inducedsilencing complex, RISC), 通過與靶mRNA 3'UTR 端完全或不完全互補(bǔ)結(jié)合, 完全降解靶mRNA 或抑制靶mRNA 的翻譯4,5?；パa(bǔ)程度越高降解的可能性越大。靶mRNA 上更多的結(jié)合位點(diǎn)可以增加miRNA

8、 與靶mRNA 結(jié)合的幾率和作用。通過與靶基因不完全互補(bǔ)結(jié)合, 每個(gè)miRNA都具有調(diào)節(jié)多個(gè)mRNAs 的潛能。因此, miRNA 雖然僅占真核細(xì)胞基因組的1%2%, 但卻調(diào)節(jié)編碼蛋白基因的30%6。越來越多研究顯示miRNA 調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、代謝、應(yīng)激等基本生命活動(dòng)。因此研究miRNA 對(duì)于探討生命現(xiàn)象的本質(zhì)。闡述生物發(fā)育、揭示細(xì)胞行為、解釋疾病發(fā)生以及藥物作用機(jī)制和開發(fā)新藥都具有重大的理論及臨床意義的。2. miRNA對(duì)心血管疾病的影響；2.1miRNA與心臟發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)miRNA-1和miRNA-133的表達(dá)平衡是調(diào)控心臟正常發(fā)育的重要因素。任何miRNA-1和miRNA-13

9、3的常，都將導(dǎo)致心臟發(fā)育不全或過度的嚴(yán)重后果。2.2miRNA與心臟重構(gòu)：心臟前后負(fù)荷增加、心肌梗死等各種急慢性缺血性心肌病，都將引起心肌肥厚、心肌纖維化、基因表達(dá)改變。研究證明參與了心臟重塑的病理過程。小鼠的心肌肥厚模型中，miRNA-21、214上調(diào)最明顯，下調(diào)最明顯的是miRNA-133a、133b.人類心力衰竭終末期及小鼠肥厚心肌內(nèi)miRNA-24、-214、-195、-125b、-199a表達(dá)上調(diào)。用特異的反義核苷酸拮抗miRNA-21的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)能明顯抑制心肌細(xì)胞肥大。2.3miRNA與心肌纖維化：研究表明miRNA-29增加細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成、促進(jìn)心肌纖維化。而miRNA-133

10、、-30通過沉默結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（CTGF）基因的表達(dá)減少纖維蛋白的合成、抑制心肌纖維化。尼古丁通過下調(diào)miRNA-133、-590的表達(dá)反而引起 心房電重構(gòu)，導(dǎo)致心房顫動(dòng) 。而 下調(diào)miRNA-133、-500的表達(dá)有助于防止心肌纖維化的發(fā)生。2.4miRNA與心肌損傷、心肌凋亡：已知活性氧（ROS）導(dǎo)致的心肌細(xì)胞損害在心血管系統(tǒng)疾病中起了很大作用，此時(shí)miRNA-21在心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，用于治療心肌梗死、心肌缺血再灌注損傷等缺血性心臟病前景可觀。2.5miRNA與心律失常：細(xì)胞膜離子通道的異常是心律失常的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，miRNA通過調(diào)控離子通道蛋白的表達(dá)而參與心律失常的發(fā)生。上調(diào)miRN

11、A-1、-133表達(dá)治療竇性心動(dòng)過速，抑制異位興奮點(diǎn)，從而避免鈣離子拮抗劑、受體阻斷劑等的心臟負(fù)性收縮、傳導(dǎo)作用。在糖尿病性心臟病時(shí)，miRNA-133在心肌表達(dá)上調(diào)，在轉(zhuǎn)錄后水平抑制ERG蛋白的表達(dá)，從而導(dǎo)致QT間期延長(zhǎng)。miRNA-133有望成為治療LQTS的新靶點(diǎn)。2.6.miRNA與高血壓:NO生物利用度降低所致的內(nèi)皮功能障礙是原發(fā)性高血壓的重要特征，miRNA-122參與其其代謝因而可能是原發(fā)性高血壓患者內(nèi)皮功能障礙的禍根，調(diào)控miRNA-122的表達(dá)有望治療原發(fā)性高血壓。另外RASS的激活在高血壓發(fā)生和維持中具有重要作用，miRNA-155的過表達(dá)抑制了AT1R的表達(dá)，因此調(diào)控mi

12、RNA-155的表達(dá)，抑制RASS的激活，為治療腎素依賴性高血壓提供了思路。展望：miRNA有多個(gè)靶基因，通過與靶miRNA完全或不完全配對(duì)，調(diào)控多種蛋白的表達(dá)，從而發(fā)揮巨大的生理作用，借助miRNAmimics antagomirs技術(shù)用于多種心血管疾病的治療。如miRNA治療先天性心臟病、心律失常、miRNA-29治療心肌肥大、心肌纖維化，miRNA-221、-222治療AS血管形成后狹窄，miRNA-122治療高血壓、調(diào)節(jié)血脂平衡等。miRNA治療的臨床前景十分可觀。3.miRNA與糖尿病3.1.miRNA與胰島素分泌：在高糖條件下，過表達(dá)miRNA-375可以抑制胰島素分泌，而抑制內(nèi)源

13、性的miRNA-375功能則可促進(jìn)胰島素的分泌。胰島素分泌減少的原因可能有：合成減少；糖代謝受損導(dǎo)致ATP減少（胰島素的釋放是一個(gè)需能過程；胞內(nèi)Ca2+濃度改變（胞內(nèi)的Ca2+信號(hào)可以觸發(fā)胰島素囊泡的釋放）；胞內(nèi)胰島素囊泡減少；胞膜邊周的actin微絲網(wǎng)絡(luò)破壞（微絲的解體或重排是囊泡錨定于細(xì)胞膜的必須環(huán)節(jié)）等。但miRNA-375對(duì)胰島素分泌的影響與上述因素不相關(guān)。而miRNA-375可能通過控制肌營(yíng)養(yǎng)素（myotrophin,Mtpn)的水平負(fù)性調(diào)節(jié)葡萄糖刺激的胰島素分泌作用的。Mtpn是miRNA-375的一個(gè)靶點(diǎn)。除了miRNA-375外miRNA-124amiRNA-9miRNA-96

14、也可調(diào)節(jié)胰島素的分泌。在正常糖濃度時(shí)，胰島細(xì)胞中的miRNA-124a過量會(huì)使胰島素分泌增加，而在高糖條件下，則使胰島素分泌減少。3.2.miRNA與IR：肌肉、脂肪和肝臟是胰島素的靶組織，正常情況下，胰島素可減少肝組織中的糖異生，促進(jìn)骨骼肌的糖釋放，抑制脂肪組織釋放脂肪酸，而IR時(shí)胰島素的這些作用受影響，致血液中脂肪酸和血糖升高，這又會(huì)使IR加重，最終導(dǎo)致2-DM的產(chǎn)生。在各種miRNA中，過表達(dá)miRNA-29a/b/c可抑制胰島素刺激下的葡萄糖攝取，導(dǎo)致2型糖尿病；分化中的脂肪細(xì)胞過表達(dá)miRNA-143的抑制，可有效抑制脂肪細(xì)胞的分化；在果蠅中miRNA-14可以調(diào)節(jié)脂肪細(xì)胞的脂滴大小

15、和甘油三脂水平，miRNA-278可調(diào)節(jié)脂肪組織的胰島素敏感性。3.3.miRNA與糖尿病的并發(fā)癥：在糖尿病兔的心臟中發(fā)現(xiàn)miRNA-133表達(dá)顯著增加，其反式因子SRF的表達(dá)量也明顯增加。miRNA-192是一個(gè)在腎臟中過表達(dá)的miRNA，糖尿病腎病的相關(guān)基因SPI-1是它的一個(gè)靶點(diǎn)。在STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠和糖尿病db/db小鼠中，均發(fā)現(xiàn)TGFB-或miRNA-192的上調(diào)，表明在DN的發(fā)生發(fā)展中起到一定作用。前景：越來越多的研究表明miRNA在DM中的重要作用，提示我們miRNA可以作為DM的一個(gè)靶點(diǎn)。通過miRNA的反義寡核苷酸和RNAi技術(shù)，可以降低胞內(nèi)miRNA水平；通過病毒載體將

16、人工合成的miRNA轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，可造成靶miRNA的過表達(dá)。盡管這些研究尚在起步，但前景非常廣闊，需要艱苦而深入的研究。此外miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚病及呼吸系統(tǒng)等疾病及新藥開發(fā)都有較大的影響，要從事這方面的研究首先要建立其檢測(cè)方法。參考文獻(xiàn)1.葉新春，徐格林，劉新峰：miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究進(jìn)展 臨床神經(jīng)病學(xué)雜志2010,23（3):2392.潘長(zhǎng)福，汪泱，鄧志鋒：微小RNA在神經(jīng)發(fā)生中的調(diào)控作用 國(guó)際腦血管病雜志2010,18（6）：4563.汪進(jìn)業(yè)，蔡 榮，羅本燕：microRNA與神經(jīng)系統(tǒng)重大疾病 生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展2009,36（1）：254.師玉亭，江 泓，唐北沙：微RN

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