MicroRNA (miRNA)通常以“成熟體”的形式發揮作用，成熟的miRNA來源于miRNA初級轉錄本(Primary-miRNA)。在細胞中，通過兩次酶促反應，miRNA初級轉錄本被加工形成miRNA duplex， miRNA duplex包含兩條“臂”，其中一條“優勢臂”進入RISC復合物發揮調控功能，成為成熟 miRNA；另一條“臂”通常情況下趨向于被降解，稱為miRNA*。此生物學過程被稱為“miRNA臂選擇”，是miRNA代謝的重要過程之一。近年來研究發現，在特定情況下miRNA和miRNA*可以同時存在。然而，當兩臂同時存在時二者之間關系如何以及二者如何發揮功能尚缺乏相關研究。近期，中國醫學科學院基礎醫學研究所余佳課題組連續發表論文，在嚴重威脅人類健康的惡性腫瘤——胃癌中分別揭示了 microRNA雙臂功能對立與統一的特性。
2019年6月該團隊發表于《Molecular Oncology》雜志的題名為“consistencyanalysis of microRNA-arm expression reveals microRNA-369-5p/3p as tumor suppressorsin gastric cancer”的研究中，從microRNA雙臂功能“統一性”方向闡述了受DNA甲基化調控的同一前體來源的兩個microRNA——miR‐369‐5p和miR‐369‐3p在胃癌發生過程中發揮的調控作用，作者應用分子生物學、細胞生物學并結合動物疾病模型，證明了miR‐369‐5p和‐3p分別通過靶向抑制癌基因c‐Jun 和AKT1，發揮抑癌作用。二者在胃癌中表達豐度不但與胃癌病理進程、惡性程度、預后等多項胃癌臨床指標相關，而且與抗癌藥物azacitidine的療效相關。基礎醫學研究所博士生董磊、張正一為該研究論文的第一作者?；A所余佳研究員、劉長征副研究員與第三軍醫大學第三附屬醫院（大坪醫院）的易萍主任醫師為該論文的通訊作者。
隨后，該團隊在2019年9月27日于《Nature Communications》雜志發表題為“microRNAarm-imbalance partially from targets-mediated decay promotes gastriccancer progression”的研究論文，則從microRNA雙臂功能“對立性”方向闡述了胃癌進程中microRNA雙臂發揮矛盾性功能及調節機理，該研究首先在胃癌臨床樣本中對多個miRNA雙臂的表達情況進行調查，證明了同一前體來源的兩條miRNA——miR-574-5p和miR-574-3p具有特殊的表達模式，即同一病人中 miR-574-5p表達上調同時miR-574-3p表達下調，且這種 miR-574雙臂表達的轉換與胃癌臨床惡性程度呈顯著相關性，提示其可能是胃癌發生的重要原因之一，研究者將其命名為“miR-574臂轉換”。在此基礎上，研究者分別通過體內、體外實驗證明了miR-574-5p的癌基因屬性和miR-574-3p的抑癌基因屬性，并通過在體內和體外模擬“臂轉換”證明了“miR-574臂轉換”能夠極大促進胃癌發展進程，表明“miR-574臂轉換”在胃癌進程中的重要調控作用。研究者亦同時證明了對“ miR-574臂轉換”的干預在小鼠胃癌模型中有令人振奮的療效。
研究表明，胃癌中“miR-574臂轉換”是由一類與miRNA高度互補的靶基因群的動態變化引發，這類非經典的miRNA靶基因可通過“TDMD”（targetRNA directed miRNA degradation）效應誘導miRNA降解，且在胃癌組織中呈現出與miR-574-5p或3p相反的變化及功能。由此，研究者提出胃癌中 “miR-574臂轉換”是由非經典靶標基因群體誘導產生的miRNA降解所介導，而“miR-574臂轉換”則進一步加速了胃癌進展?；A所博士生張正一、博士生皮靜楠，副研究員王小爽、博士后徐嘉悅及重慶大學附屬腫瘤醫院鄒冬玲副主任醫師為該研究論文的第一作者。基礎所余佳研究員、馬艷妮副研究員、南方醫科大學王棟研究員為該論文的通訊作者。
上述兩項研究突破以往microRNA研究中只針對microRNA一條臂研究的局限，提出在不同情況下microRNA兩臂具有協同或者拮抗的功能，并在惡性腫瘤研究中證明了microRNA臂功能對立與統一的生物學意義，豐富了對胃癌這一惡性腫瘤發病機理的認知，具有重要臨床意義。
同期，余佳課題組與暨南大學蘭雨研究組、解放軍總醫院第五醫學中心劉兵研究組合作在國際上首次繪制了小鼠胚胎 HSC 發育全程的單細胞lncRNA動態表達圖譜，并結合體內外功能篩選鑒定出調控HSC發育的重要功能性lncRNA分子——H19。于2019年1月10日在 《Cell Stem Cell》雜志上發表了“ Combined Single-Cell Profiling of lncRNAs and Functional ScreeningReveals H19 is Pivotal for Embryonic Hematopoietic Stem Cell Development”的文章。
該研究通過對HSC發育過程相關的6個細胞群體的單細胞轉錄組測序數據進行嚴格的生物信息學分析和體外功能篩選實驗，發現6個可能在胚胎造血發育中發揮作用的lncRNA。利用條件基因敲除研究策略，著重闡明了H19 lncRNA對于AGM區HSC發生的重要作用。發育早期H19 lncRNA的缺失使得一些重要造血轉錄因子（包括Runx1及Spi1等）的啟動子區域高甲基化并下調其表達，導致血管內皮細胞向pre-HSC的轉化阻滯。機制研究發現胞漿定位的H19 lncRNA部分通過抑制甲基化調控分子s-腺苷基同型半胱氨酸水解酶（一種DNA甲基化調控分子）的活性來調控目的基因的甲基化水平，并且該調控功能與H19作為microRNA前體的加工產物miR-675的功能無關。該研究通過多維單細胞/少量細胞測序技術捕捉lncRNA的分子特征，聯合lncRNA條件性敲除小鼠，既提供了在數量稀少的組織干細胞中研究lncRNA調控機理的可能性，也為lncRNA功能基因組學研究提供了新思路。
基礎所博士后徐嘉悅、博士研究生劉思琪、副研究員馬艷妮、解放軍總醫院第五醫學中心副研究員周杰、博士研究生張琳琳為該研究論文的第一作者。基礎所余佳研究員、暨南大學基礎醫學院蘭雨研究員、解放軍總醫院第五醫學中心劉兵研究員為該論文的通訊作者。
以上研究工作得到了中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2019-I2M-2-001, 2017-I2M-3-009, 2018-I2M-1-001, 2016-I2M-3-002,2017-I2M-1-015)的資助。
文章鏈接：
1.https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/1878-0261.12527
2.https://www.nature.com/articles/s41467-019-12292-5
3.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590918305599?via%3Dihub
文|基礎醫學研究所
編輯|王京 審校|齊翼
