近期miRNA值得关注的研究新成果

近期miRNA值得关注的研究新成果

　　

最新《细胞》：miRNA调控癌症干细胞

在过去几年当中，癌症研究的最重要事件之一就是出乎意料的干细胞的发现，不是胚胎干细胞（embryonic stem cells，生物通注），而是癌症干细胞（tumor stem cells，生物通注）。这些突变的细胞界定模糊，能引发新的肿瘤，目前认为已覆盖了几乎左右的癌症，而且重要的是，这些顽固的细胞不会被化疗或者其它目前的治疗手段杀死。这些细胞的存在也许就解释了为什么癌症经常反复发作，治疗后还会扩散。所以当今的许多研究人员将根除这些癌症干细胞视为治疗癌症更有效的方法，但是由于这些细胞即使在大型肿瘤中也极其稀少，因此难以研究。
本期的《Cell》为这一研究领域带来了好消息，一些研究人员设计新的实验方案，从小鼠中获得了大量的人类乳腺癌干细胞，并且发现了调控这些细胞关键特征的一个遗传开关。这个调控子，属于一类小分子RNA（miRNAs），能通过关闭一些特异基因，诱导这些干细胞分化，及减少肿瘤发生。

领导这一研究的是中山大学附属第二医院宋尔卫教授，其早年毕业于原中山医科大学，现任中山大学附属第二医院普外科副主任、乳腺研究中心研究员，博士生导师，2006年被聘为“****”特聘教授。宋尔卫教授主要从事RNA干扰在疾病治疗的应用价值研究与巨噬细胞激活状态与疾病关系研究。他在小分子RNA（siRNA）治疗上的论著，两度登上英国《自然》杂志。

在这一研究中，宋和文章第一作者于凤燕首先在国内开始从新鲜肿瘤样品上分离乳腺癌干细胞，由于癌症干细胞抵制化疗，因此研究人员预测从这些在手术前曾经接受过这类治疗的妇女上获得的乳腺癌样品也富集了干细胞状细胞，并且他们的实验结果也证实了这一点：从未接受过治疗的妇女身上获得的肿瘤样品250个细胞中少于1个具有干细胞的细胞表面标记，以及生长特征；而接受过治疗的肿瘤，这个数字则增加到了1/17，即17个细胞中就有1个有干细胞特征。

这一研究结果让宋等人产生了利用在带有化疗试剂的免疫抑制小鼠中获得人类乳腺癌细胞，继而得到更大量肿瘤干细胞的想法，之后他们通过病毒载体，把人工合成的蛋白精确导入癌干细胞中，恢复一种称为let-7的miRNA的表达，发现干细胞特性（这些特征是癌干细胞生成肿瘤、导致癌细胞转移和产生对治疗耐药的关键）被明显抑制，癌干细胞在体外和体内的自我增殖能力、多向分化和成瘤能力均显著下降。因此，他们认为小分子RNA干扰可成为针对乳腺癌干细胞的有效治疗手段。

文章的另一重要作者，霍德华休斯医学院教授Judy Lieberman在2003年率先发现治疗性RNAs能在肝脏疾病的一个动物模型中发挥作用，并且实验室之后将工作也聚焦到了设计方法靶向各种细胞的RNAs，她表示，“所有现在我们进行的治疗的一个基础性问题就是他们对于这些细胞无能为力”，目前这些研究人员正在致力于寻找方式将let-7 RNA模拟物传递入干细胞中进行治疗。

冷泉港教授发表miRNA对癌症干细胞新作用

来自冷泉港实验室，霍德华休斯医学院，沃森生物科学学院（Watson School of Biological Sciences，生物通注），纽约州立大学石溪分校（Stony Brook University）的研究人员通过操纵一种高特异性基因表达小分子：miRNAs，成功的在小鼠乳腺组织（普遍被认为引发癌症）中筛选并抑制了干细胞状细胞。这一研究成果公布在《GENES & DEVELOPMENT》杂志上。

这一项研究由霍德华休斯医学院研究员，冷泉港实验室教授Gregory Hannon领导完成，他也是冷泉港一主力研究小分子RNA的实验室的主任，他表示，“如果乳腺癌的某些形式确实起源于一些顽固的干细胞，那么找到能选择性的攻击这些肿瘤起源的癌症干细胞的方法就十分必要和关键了。”

“我们已经发现一种称为let-7的miRNA——之前只发现与肿瘤抑制相关，能被传递到乳腺组织细胞样品中，这样我们就能将干细胞状肿瘤起源细胞与其它细胞区分开来。而且更加令人激动的是，我们发现通过在样品中表达let-7，我们能以极高特异性，攻击并最终消灭潜在具有危险性的祖细胞（progenitor cells，生物通注）子群体。”

这项研究是一个集体研究的成果，来自冷泉港实验室的乳腺癌研究专家Senthil Muthuswamy博士在解析癌症发生和增生的乳腺上皮细胞生物学变化方面发挥了重要作用，并且Muthuswamy博士提出了这一研究成果的一个关键因素，即利用一种称为COMMA-1D的小鼠乳腺来源模式细胞系统，这一细胞不仅包含了分化的细胞，而且也包含了不同成熟阶段和不同分化阶段的干细胞状祖细胞（stem-like progenitors，生物通注）。

癌症干细胞（tumor stem cells，生物通注）是一种界定模糊，能引发新的肿瘤的细胞，目前认为已覆盖了几乎左右的癌症，而且重要的是，这些顽固的细胞不会被化疗或者其它目前的治疗手段杀死。这些细胞的存在也许就解释了为什么癌症经常反复发作，治疗后还会扩散。所以当今的许多研究人员将根除这些癌症干细胞视为治疗癌症更有效的方法，但是由于这些细胞即使在大型肿瘤中也极其稀少，因此难以研究。

冷泉港实验室的这一最新研究不仅说明了实现针对癌症干细胞这一目的的一种可能方式——Hannon实验室在小鼠中证明了这一点，而且也说明了化疗鸡尾酒疗法（chemotherapy cocktail，目前用于针对某些乳腺癌的一线治疗，生物通注）中的一种成分实际上能潜在的富集可作为癌症祖细胞的干细胞状细胞。

Hannon表示，“我们发现对小鼠细胞样品中的环磷酰胺（Cyclophosphamide）进行监控能富集这些细胞”，“这也就是说我们需要仔细检测这些模式系统中的治疗效果，看在细胞培养物中的效果是否与真实肿瘤中一致，然后再去估测治疗后对转移和复发的效果。”

我们知道，有时干细胞和祖细胞具有独一无二的防御机制，这不同于成熟的，或分化细胞——这些细胞不像它们的干细胞“母亲”，能进行自我更新，产生多种细胞类型。2001年来自多伦多大学的John E. Dick首次证明了癌症干细胞的存在，而发展至今，在对抗这类“顽固”的细胞的道路上依然存在许多障碍，等待着科学家们一一解除。

《细胞》miRNA研究新进展

来自荷兰癌症研究院（The Netherlands Cancer Institute，生物通注）肿瘤生物学部，德国马克斯·普朗克生物物理化学研究院（Max-Planck-Institute for Biophysical Chemistry），丹麦哥本哈根大学等多国研究人员组成的研究团队发现了一种进化上保守的RNA结合蛋白能抑制几种miRNAs与其靶标mRNA位点相互作用，阻碍miRNA的功能。这不仅揭示了这种在保护某些mRNAs免受miRNA介导的抑制中的新作用，也揭示了miRNA调控中的一条新途径。这一研究成果公布在最新一期的《Cell》杂志上。

微小RNA (microRNA，简称miRNA)是生物体内源长度约为20－23个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止，已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中，进化上高度保守。

在哺乳动物中，miRNAs的基因抑制作用是通过其一段长为6－8nt的核苷酸与mRNAs3’端非翻译区域相结合实现的，让研究人员感兴趣的是，不仅是miRNA靶标位点，而且在其邻近位置的序列也是进化上高度保守的。

因此在这篇文章中，研究人员假定mRNAs中保守区域也许具有作为miRNA活性调节的一个导入平台的功能，为了证明这一点，他们针对一个进化上保守的RNA结合蛋白（RNA-binding protein，RBP，生物通注）：Dnd1进行了研究。通过实验研究人员发现这种蛋白可以通过结合在mRNAs上，抑制miRNAs与其靶标位点相互作用，来阻碍人类细胞和斑马鱼中原代生殖细胞中几种miRNAs的功能。

进一步研究发现这种Dnd1的作用是通过miRNA靶定的mRNAs上尿嘧啶富集区域介导的，因此这一研究结果揭示了Dnd1在保护某些mRNAs免受miRNA介导的抑制中的新作用，也揭示了miRNA调控中的一条新途径。

2007年《Science》十大科学进展以microRNA、人工制造的微生物、新的计算机芯片材料等作为了2008年应该注意的领域，其中小分子RNA这个让人目眩神迷的“神奇小子”可以说发展前景不可限量。

然而无论从基础研究还是治疗药物学研究方面，小分子RNA研究还属于幼年期。2007年研究人员发现miRNAs这种非编码RNAs不仅只用于抑制基因表达，而且也具有转录激活这一完全相反的作用，同时在miRNA基础功能研究方面，研究人员还发现miRNA能引起肿瘤扩散，促进实体肿瘤转移，侵染其它组织，这些都说明对于miRNA的功能了解我们还尚未看清楚其“庐山真面目”。

在这一年里，研究人员也寻找到了miRNAs这一家族里的新成员，譬如金海玲等人发现long short interfering RNAs （lsiRNAs），林海帆等人确定了piRNA在基因中所起的关键作用等等，这些都说明小RNA家族和小RNA介导的基因调控远比之前预想的复杂。不知在2008年我们是否能看到更多的小RNA新家族呢？

而在RNAi技术方面，关键的传递方法07年也获得了一些进展：研究人员成功阐明了哺乳动物中与脂肪酸结合的siRNA如何被吸收的机制，这对于siRNA递送来说意义重大，近期来自国内的研究人员成功解决了把RNA干扰药物特异性导入体内细胞的难题——他们通过病毒载体，把人工合成的蛋白精确导入癌干细胞中，恢复了let-7的表达。相信在2008年将会有更多新鲜的miRNA成果纷纷呈递。

新突破：miRNA“卵生姐妹”

来自麻省理工与哈佛大学总医院（Broad Institute of Massachussetts Institute of Technology and Harvard University），德国欧洲分子生物学实验室，霍德华休斯医学院等多处著名研究机构的研究人员惊讶的发现了DNA执行功能的一种新方式，即两个互补形状“工具”能完成完全的不同功能。这一研究成果公布在2008年1月1日的《Genes & Development》杂志上。

领导这一研究的是MIT计算机科学与人工智能实验室的Manolis Kellis教授，第一作者为其博士后研究人员Alexander Stark。他们在这篇研究论文中发现一些miRNA基因并不仅仅来自DNA链中的一条，而是两条链都能编码RNA，从而得到的miRNAs能形成发夹结构，进入发育成成熟的miRNAs。Kellis and Stark在果蝇中发现了两种这样的miRNAs对，小鼠中发现了八对。

微小RNA(microRNA，简称miRNA)是生物体内源长度约为20－23个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止，已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中，进化上高度保守。

反义转录，其产物就是与正义的RNA互补的反义RNA(或者称反义转录本)，反义RNA可以通过与正义RNA的互补结合实现转录后基因沉默，从而控制基因表达。在这篇文章中发现Hox miRNA位点的反义转录（antisense transcription）：miR-iab-4能产生一种新的miRNA前体——mir-iab-8，继而成为有调控活性的RNAs。这种异位表达（ectopical expressed）可以通过直接抑制Hox基因靶标产生同源异性表型（homeotic phenotype）。

Kellis表示，这种DNA双链都可以编码功能性RNA产物的方式“在之前从来就没有想象过”，但是这一研究结果证明确实存在这种方式，而且也说明在其它许多物种中，也许也存在这种双链DNA都编码重要功能的“配对组”。

这一发现建立在之前有关miRNA调控的一项同样令人惊讶的发现上：12月，Stark和Kellis报道了一个单miRNA发夹结构的双臂都能针对不同的靶标产生不同的，功能性miRNA。这两项发现说明单基因能编码产生4种不同功能——DNA双链的每条链都能产生一个发夹结构，而每个发夹结构能产生一种miRNA。

Kellis研究小组利用的是生物信息学手段进行多种生物基因组分析，即比较基因组学，通过这种方法他们在许多不同物种中发现了蛋白编码基因，RNAs，miRNAs，调控元件和个体调控的靶标，Kellis表示，“这代表着在基因组生物学研究中一种新阶段，即不仅在实验室中，利用计算机终端也能得到重要的成果。”

同时在1月《G&D》上的，来自纽约约斯隆/凯德琳癌症研究中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center）发育生物学系的赖教授（Eric C.Lai）也有相似的发现，而来自哈佛医学院的Welcome Bender博士则证明了miR-iab-4的敲除揭示了一种从相反链转录的miRNA的存在，而且反义miRNA的缺失会引起一个hox基因的些轻微去抑制（derepression）。这些在果蝇和哺乳动物中发现的额外的反义miRNA说明这种新机制也许能增加科学家们对miRNA功能的多样化的了解。

杨泮池教授最新癌症miRNA发现

来自台湾大学医学院临床实验科学，医学生物技术系，NTU基因组医学中心（NTU Center for Genomic Medicine，生物通注），中央研究院（Academia Sinica），台中荣民总医院（Taichung Veterans General Hospital），加州大学洛杉矶分校的研究人员利用现代生物技术手段，发现了5个能预测肺癌存活及复发的miRNA信号，对于癌症的预测与治疗提供了新的资料。这一研究成果公布在《Cell》子刊《Cancer Cell》杂志上。

领导这一研究的是台湾大学医学院的杨泮池教授，其早年毕业于台湾大学，获得了硕士及博士学位，现任台湾大学医学院基因组医学中心执行秘书，芯片核心实验室（Microarray Core Facility，生物通注）项目主任等。

在最新的一份报告中指出（美国癌症协会），2007年全球的新增癌症病例将超过1200万，并且有760万人死于癌症，即每天有2万人死于癌症。在发展中国家，男性最常诊断出的癌症类型分别为肺癌、胃癌和肝癌；女性最常诊断出的前三位癌症分别为乳腺癌、宫颈癌和胃癌。作为癌症死亡率已占癌症死亡率之首的一种常见的肺部恶性肿瘤，肺癌在国内的发病率和病死率均迅速上升。

肺癌共有四种不同类型的肺癌：小细胞肺癌、非小细胞肺癌，后者包括鳞癌、腺癌和支气管肺泡癌，其中非小细胞肺癌（Non-Small Cell Lung Cancer，NSCLC，生物通注）占肺癌的85％以上，而非小细胞肺癌中85％以上又都属中晚期肺癌而失去根治性手术治疗的机会，因此这部分肺癌研究尤其吸引研究人员。

在这篇文章中，研究人员对患有NSCLC的病患进行了检测，分析miRNA表达是否能预测NSCLC的临床效果，利用实时RT-PCR手段，研究人员获得了112个病患的miRNA表达数据。通过Cox模型（Cox regression）和风险评分（risk-score，生物通注）分析，研究人员发现了5个预测NSCLC治疗效果的miRNA信号。带有这些miRNA信号的高风险基数的病人相对于风险基数低的病人，治疗效果较差。因此研究人员认为这些miRNA信号是NSCLC病患癌症复发和存活的独立预测因子。

微小RNA (microRNA，简称miRNA)是生物体内源长度约为20－23个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止，已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中，进化上高度保守。

许多研究证明，miRNA可以用以标记癌症，比如今年三月，俄亥俄州立大学的Stefano Volinia等人通过分析来自肺部、胸部、胃部、前列腺、结肠和胰腺等处的癌细胞样品540份，发现了由过量表达的大部分miRNAs组成的实体癌症miRNA信号，在这些miRNA中包括miR-17-5p、miR-20a、miR-21、miR-92、miR-106a和miR-155。而对于编码蛋白的肿瘤抑制子（protein-coding tumor suppressors）和致癌基因，这些miRNAs差异表达作用的靶目标会大量富集，其中得到证实的是肿瘤抑制子RB1（Retinoblastoma 1）和TGFBR2 (transforming growth factor, beta receptor II)。这说明miRNAs在实体肿瘤的癌症发病机理中发挥着重要的作用。

知名癌症中心《自然》发现新miRNA

来自纽约纪念斯隆－凯特琳癌症中心（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center，生物通注）癌症生物学与遗传学项目，医学系以及病理学系的研究人员发现了能抑制乳腺癌扩散到肺部和骨部的小RNA，这项新研究表明最具有侵染性和扩张性的人类乳腺癌肿瘤缺失了三种关键的miRNA，如果将这些分子补充回带有人类乳腺癌的小鼠中，将会导致肿瘤失去扩张的能力。这一研究成果公布在昨天公布的《Nature》杂志上。
领导这一研究的是纪念斯隆－凯特琳癌症中心的Joan Massagué博士，Massagué博士在癌症研究领域研究了一段时间，他和他的团队一直在观察细胞调控及他们如何使肿瘤细胞扩散到特殊组织。2005年，他们发现了许多有助于乳腺癌转移到肺的基因。去年他们证明了一条阻止乳腺癌全身转移的途径，能通过阻断相关基因或者通过药物阻断它们。

对于这项新研究，Joan Massagué表示，“这些小RNAs能通过干扰具有能帮助癌症扩增和扩散功能的基因的表达，来阻止癌症的散布”，这将为设计抑制乳腺癌转移的药物提供新的细胞靶标，研究人员对这一成果表示乐观，认为将这将推动评估乳腺癌转移可能性的新临床检测的发展。

乳腺癌是人类最常见的一种恶性肿瘤，也是女性主要恶性肿瘤之一。据美国癌症协会估计，美国每年有12万乳腺癌新发病例，发病率为72．2／10万。我国虽属女性乳腺癌的低发国，但近年来乳腺癌的发病率明显增高，居女性恶性肿瘤中的第二位，尤其沪、京、津及沿海地区是我国乳腺癌的高发地区，比如陈晓旭就是由于乳腺癌去世的。

在这项研究中，Massagué研究小组通过实验发现microRNAs能调控启动乳腺癌的基因的表达，microRNA（简称miRNA)是生物体内源长度约为20－23个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。到目前为止，已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中，进化上高度保守。

研究人员在之前的研究中识别发现了肿瘤转移至骨部和肺部的不同的遗传信号，此次他们将目光聚焦到了miRNA上——分析其他研究人员公布的有关某些肿瘤中，包括乳腺癌肿瘤在内，miRNA表达水平减少的数据，然后进行乳腺癌miRNA功能的探索。

接下来，Massagué实验室的博士后Sohail Tavazoie等人又将焦点转移到了在扩张转移的人类乳腺癌中收到抑制的miRNAs。首先他们分析了培养的转移人类乳腺癌细胞，获得了癌细胞产生的miRNAs的遗传分析谱（genetic profile，生物通注），然后将这些miRNA profile与非转移的癌细胞进行比较，结果发现了一种miRNAs小亚型，这些miRNAs只在转移细胞中大量减少。

通过进一步研究，他们发现当恢复人类乳腺癌培养细胞中，这三种miRNAs：miR-335, miR-126和miR-206的正常表达水平的时候，能极大降低细胞扩散到肺部和骨部的能力，而且研究人员也从一个乳腺癌病患中提取了转移细胞的样品，发现这些细胞丧失了与培养细胞实验中发现相同的三种miRNAs。

为了获得更多的数据，研究人员对患有乳腺癌的20个病患的miRNAs水平进行了监控，结果发现乳腺癌已经转移的病患相比于还未发生转移的病患，miRNAs水平更低。

除此之外，研究人员还发现miR-126会影响转移细胞的增殖速度，而miR-335和miR-206则影响的是细胞转移到肺部和骨部的能力。