miRNA下半场已经到来，小核酸药物将成为继化药与蛋白质药后的第三代药物｜专访

激活还是抑制？miRNA 功能冰火两重天！

因在新冠肺炎疫情中的突出表现，mRNA 疫苗被更多人所知，相应地，由核酸药物引领的 “第三次医药革命” 亦愈发火热。

其中，“从药物研发角度来讲，小核酸药物一定是非常重要的趋势，将成为继化合药物、蛋白质药物之后的第三代药物。” 复旦大学生物医学研究院 PI、复旦大学生物医学研究院基因组学与表观基因组研究所常务副所长于文强坚信，小核酸药物未来潜力巨大。他进一步表示，“mRNA 新冠疫苗在人体中获得安全性的验证，也是小核酸药物研发热度再度升高的重要原因之一。”

图丨于文强（来源：受访者提供）

与传统化合药物和蛋白质药物相比，作为核酸药物的典型代表，从基因转录后水平进行疾病治疗的小核酸药物独特的优势在于，只需针对靶序列设计出合适的小核酸，即可开发疾病治疗药物，这将能够大大减少药物研发的盲目性。并且，相应靶点确定之后，药物开发流程较快，耗时明显缩短。现在人们经常提到的小核酸药物，主要包括反义寡核苷酸（ASO）、小发夹 RNA（shRNA）、小干扰 RNA（siRNA）、微小 RNA（miRNA）等。

资料显示，现阶段在制药行业所研发的小核酸药物类别中，siRNA 药物为关注度最高的一类。siRNA 药物的治疗机理是依据其抑制致病性 RNA 活性实现的，同样，对于 miRNA 药物的开发，对基因的抑制作用也是所依据的主流机制。但于文强认为，从 miRNA 的激活性质着手，或许是治疗疾病更好的切入点。

他进一步解释说，“大约 10 年前，我们实验室研究发现，miRNA 不仅仅具有大家长期固有认知中的抑制性质，其实它是一种重要的双功能分子：当 miRNA 位于细胞浆时，可以阻断 mRNA 的翻译，发挥基因的负调控作用；位于细胞核中时，通过结合增强子改变增强子的染色质状态，可以激活基因的转录表达。”

于文强所带领的研究团队，将这类位于细胞核内，具有激活基因表达功能的 miRNA 命名为 NamiRNA (Nuclear Activating miRNA)，并基于此提出了 “NamiRNA - 增强子–基因激活” 的调控新模式。

近 30 年：从被忽视，到发现 2500 + 人体 miRNA

谈及 miRNA 的应用，还要从它的发现说起。miRNA 顾名思义，在 RNA 家族里确实是 “微小” 的存在，为一类长度 22~24nt 左右的小 RNA。

MiRNA 发现的首篇文章发布于 1993 年。美国麻省大学医学院教授 Victor Ambros 领导的研究团队，观察到有些 “年事已高” 的线虫皮肤却很细嫩，而有些 “年轻” 线虫，则呈现皮肤褶皱的老态现象。

他们进一步研究发现，线虫体内有两个基因位点的突变 ——lin-4 和 LIN-14，lin-4 是长度为 22nt 的小 RNA，不编码蛋白，但可以抑制 LIN-14 基因的表达，进而调节线虫的发育。他们认为，lin-4 能够对 LIN-14 产生抑制，是在于 lin-4 能够与 LIN-14 mRNA 的 3’-UTR 上独特的重复区域互补。

而再次有关 miRNA 研究的文章发布，则是在 7 年以后的 2000 年，哈佛大学医学院教授 Gary Ruvkun 团队在研究线虫时发现了与 lin-4 类似的现象 ——let-7 也可以通过结合一些靶基因 mRNA 的 3’-UTR 调节线虫发育。

2001 年，这种长度为 22~24nt 的小 RNA 被命名为 microRNA（微小核糖核酸，miRNA）。从那时开始，miRNA 被视为一类具有重要功能的分子，关于 miRNA 的研究和报道也逐渐多起来。据 miRBase 统计数据显示，目前已发现的人类 miRNA 前体有超过 1880 条，成熟的 miRNA 2500 多条。

然而，由于 miRNA 最初发现的作用机制为抑制，自发现至今约 30 年的研究中，也几乎都是在 miRNA 抑制规律前提下展开的。随着对 miRNA 相关研究的深入，miRNA 在肿瘤发生发展过程中的作用也不断被揭示出来，如肿瘤细胞中存在 miRNA 的异常高表达，对包括抑癌基因等靶基因的正常表达造成干扰，导致正常细胞向癌细胞转变。

除了抑制，也能激活基因

但是，“miRNA 的作用难道就是这样一个 ‘微调’ 规律吗？”

于文强认为，对于具有很强组织特异性属性的 miRNA，除了对基因表达的抑制作用，miRNA 领域还有很多问题值得研究和探讨。正如前文所述，于文强团队研究发现，miRNA 不仅有抑制基因表达的作用，同时还可系统性激活基因表达，而激活也许是 miRNA 最主要的作用。

在研究过程中，他们在 7 种不同的组织细胞中，分析 1800 多条 miRNA 前体发现，有超过 1200 多条 miRNA 前体在基因组中的位置与增强子的组蛋白修饰标志 H3K27ac 富集区域高度重叠。这意味着，miRNA 的作用或许与增强子有关。另外，他们也发现，位于 H3K27ac 富集区域的 miRNA 更多存在于细胞核内，并且细胞核内 miRNA 与邻近基因的表达呈正相关关系。

进一步研究后他们发现，许多作为增强子调节器的 miRNA，其中的一些可激活基因表达。“我们发现，细胞核内 miRNA 的激活作用依赖于增强子的完整性，如果敲除增强子所在位点的某段序列，miRNA 便不能发挥上调作用，同时肿瘤细胞的增殖与迁移能力都会受到影响。”

于文强团队关于 miRNA 激活机制的研究文章，于 2016 年发表在 RNA Biology 上，今年 7 月，对于 NamiRNA - 增强子介导的抑癌基因失活的机制阐述，以及相应癌症治疗新靶点发现的研究，以题为 Reactivation of tumour suppressor in breast cancer by enhancer switching through NamiRNA network 的文章在 Nucleic Acid Research 上发表，为通过抑癌基因再激活治疗三阴性乳腺癌提供了全新的视角。

（来源：Nucleic Acids Research）

此次研究中，于文强带领的研究团队以乳腺癌为疾病研究对象，研究了 157 对乳腺癌、29 个卵巢癌以及一些正常组织样本。结合 NamiRNA - 增强子 - 基因激活通路的研究以及乳腺癌中增强子的异常表现，他们推测乳腺癌中可能存在大量低表达的 NamiRNA，这些低表达的 NamiRNA 无法借助  NamiRNA - 增强子这一通路激活抑癌基因，进而抑癌基因呈现低表达，也就为肿瘤的生长和发展提供了有利条件。

“其实我们在乳腺癌中发现大概有 300 多个抑癌基因是低表达的，但这些低表达的抑癌基因中只有 20% 是由于 DNA 甲基化引起，更多的是增强子活性降低造成的。我们在乳腺癌中发现有 66 个 NamiRNA 是低表达的。” 而前文已经提到，miRNA 是通过增强子实现靶基因正调控的。

研究过程中，他们首先筛选出乳腺癌中低表达的 NamiRNA 候选基因，从中选择已有明确报道显示在乳腺癌中低表达的 miR-339 和靶向激活的抑癌基因 GPER1 作为研究对象，结果显示，miRNA-339 对靶向的抑癌基因 GPER1 实施正调节作用。

为进一步确定 miRNA-339 对肿瘤生长的影响，他们将稳定表达 miRNA-339 的细胞注入到小鼠体内，对比对照组小鼠肿瘤体积和重量发现，注入稳定表达 miRNA-339 细胞的小鼠体内肿瘤更小。这表明，miRNA-339 能够抑制肿瘤细胞的增长，为乳腺癌的临床治疗提供了新策略。

（来源：Nucleic Acids Research）

因此，“我们认为，从治疗角度讲，让肿瘤细胞中降低的抑癌基因再升高回来，应该是比较简单的一件事，比如把 miRNA-339 设计成小核酸药物，乳腺癌中的抑癌基因 GPER1 就会再度被激活，从而实现对乳腺癌的抑制。”

此外，于文强还提到，“关于 miRNA 激活作用精准调控机制的研究已经完成，相关文章目前正在投稿当中。”

“miRNA 下半场已来”

目前，miRNA 与肿瘤关系 ——miRNA 在肿瘤中的低表达现象已得到较多研究证明。再加上 10 余年的研究，于文强认为，“其实有关 miRNA 和肿瘤的关系已经确定，只是在 miRNA 抑制作用理论的束缚之下，一直未找到有效的肿瘤解决方案，在激活功能的思路下，换个角度看很多疾病或将‘迎刃而解’，因此，我认为，miRNA 的下半场已经到来。”

其实，除了上述提到的 miRNA 对乳腺癌的影响和治疗靶点的发现，于文强团队基于 miRNA 的激活作用，也发现了治疗新冠肺炎的抓手。

他提到，去年 3 月团队发现新冠病毒的基因组里有 5 段与人类基因组一模一样的序列，且这组序列仅在灵长类动物中存在，他们将这组序列命名为 HIS（Human Identical Sequence）。

另一方面，他们发现新冠病毒的 HIS 序列也位于增强子区域，而且新冠病毒中的增强子周围富含炎症因子，炎症因子也正是引起新冠肺炎严重性的炎症风暴的因素。

在此基础上，团队成员进一步分析显示，HIS 能激活透明质酸的合成酶，进而引起透明质酸增加。因此，他们认为，以透明质酸为靶点抑制其合成，便可以成为新冠治疗的新策略。目前，4-MU 是透明质酸合成抑制剂，对应药物为中国已上市治疗胆囊炎的口服处方药羟甲香豆素。根据初步的临床试验结果，口服羟甲香豆素不仅可以阻断新冠的重症发展，而且有望将新冠 “流感化” ，从而为全球抗疫提供全新的中国方案。

于文强表示，目前他正在着手将基于 miRNA 激活作用的疾病治疗方案推向临床，相关实体已在筹备当中。他透露，“我们将率先从目前治疗难度最大的、尚无有效治疗方案的肝癌、胰腺癌、胆道肿瘤等疾病着手。”

参考资料：

https://academic.oup.com/nar/article/49/15/8556/6331676

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