2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓，专家解读微小RNA对基因调控的作用

北京时间10月7日17时30分，2024年诺贝尔生理学或医学奖在瑞典卡罗林斯卡医学院揭晓，授予维克多·安布罗斯（Victor Ambros）和加里·鲁弗肯（Gary Ruvkun），以表彰他们在microRNA发现及其在转录后基因调控中作用研究方面的贡献。

Victor Ambros和Gary Ruvkun。 诺贝尔奖官网 图

 “microRNA的发现已经在诺贝尔奖提名中出现了多次，这次能获奖，我们感到既是在意料之中，也可以说是意料之外。”当晚，复旦大学生物医学研究院研究员，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在接受澎湃新闻记者采访表示，microRNA又可以称之为miRNA或微小RNA，是一类长度约20个碱基的小RNA，它对基因调控起到至关重要的作用，如果基因调节出错，可能会导致癌症、糖尿病或自身免疫性疾病等严重疾病。

“其实早在1993年，Victor Ambros就已经发现了miRNA，但当时并未引起很多科学家的重视。而在2006年，当年的诺贝尔生理或医学奖颁给了两位在RNAi领域作出贡献的科学家，这两个共同聚焦微小RNA领域，由于诺贝尔奖评选委员会很少会针对同一个领域重复颁奖，所以这次microRNA获奖，也可以说是意料之外。”于文强说，miRNA从最早发现到如今获得诺贝尔奖，历经了30多年，尽管当前这一发现真正应用在临床上的还不多，相关的药物也没有出现，但这一领域研究已经成为当下的大热门，尤其是microRNA在生长发育、肿瘤发生和发展等方面的研究，未来这方面的机制研究还有待进一步探索。

miRNA最初发现源自线虫研究

于文强指出，生物体内的RNA可分为两种：一种是可编码的，即参与编码蛋白质——遗传物质DNA转录生成mRNA（mRNA，也就是信使RNA，由DNA转录而来，能进一步翻译蛋白质），信使RNA进一步翻译生成蛋白质；另一种是不能编码的，即非编码RNA。miRNA正是后面这种非编码RNA中的一种，由于它的长度很短，仅有21-23个核苷酸组成，因此被称作miRNA。

早在1993年，Victor Ambros就已经发现miRNA，当时他是在线虫中发现了第一个miRNA lin-4。他发现突变lin-4的成年线虫，长出幼嫩的皮肤，而突变掉lin-14的幼年线虫，则会长出皱皱的皮肤，原因竟是在线虫中lin-4可调控lin-14并抑制它的表达。Lin-14蛋白在幼年线虫中大量富集，而在成年线虫中大量减少。所以突变掉lin-4后，lin-14会增加，Lin-14蛋白的大量富集会使得成年线虫长出幼嫩的皮肤。

于文强表示，早期，Victor Ambros以为lin-4是某种蛋白质，结果这种具有调控功能的分子竟是一种只有21个碱基的RNA分子，这让他感到非常意外，这个研究发表在了著名的Cell杂志上。这一发现开拓了科学家们对细胞内非编码RNA也就是不参与编码蛋白质的RNA生物学功能的认识，但当时这一研究具有的前瞻性，并未引起很多科学家的重视，曾经也被认为不具有普遍的调控意义，此后一段时间，miRNA的相关研究基本处于停滞状态。直到2000年，第二个miRNA let-7被发现，人们终于开始意识到miRNA对基因调控具有普遍意义。而2006年的诺贝尔生理或医学奖颁给了两位在RNAi领域作出贡献的科学家，更加肯定了miRNA的研究价值所在。

“当前，miRNA的研究可以说呈现出了白热化的状态，不管是什么研究方向，科研工作者纷纷挤入miRNA研究之门，目前能查阅到的文献就超过17万篇，主要研究方向聚焦在生长发育、肿瘤领域等研究。”于文强说，随着研究的不断深入，miRNA在肿瘤发生发展过程中的重要作用也不断被揭示出来，肿瘤细胞十大特征的维持，均有miRNA参与。

没有相关药物，仅仅用于肝癌诊断

于文强还透露，近几年来，miRNA的研究由于其思路单一化、缺乏创新性而有慢慢变冷的趋势。“很长一段时间里，大家认为miRNA对基因调控中并没有发挥出很大的作用，仅仅是‘微调’。目前为止，人类的2588条成熟的miRNA，尤其是新近发现的miRNA，大部分功能都聚焦在miRNA的负向调控的作用机制上，对任何一个miRNA的功能研究，几乎都是千篇一律地找到对应的靶基因，并对其负向调控的作用机制进行阐述，进而与肿瘤控制与靶向治疗相关联。”

上述专家同时表示，miRNA具有非常重要的生物学功能。譬如在生殖方面，精子有特有的miRNA，如果这个被敲掉，胚胎是无法发育的。而在2012年，也有科学家在小鼠实验中敲掉了一部分的miRNA，研究发现，89%的雄性小鼠在11个月左右会得肝癌，但机制不明。

在于文强看来，目前，还有很多miRNA领域的问题亟待进一步研究，“以往，我们对于miRNA的研究大都是默认在细胞浆中，而如今我们通过定位测序发现，许多miRNAs其实存在于细胞核中，但对它的功能我们仍然不清楚，“我们相信这些定位于细胞核内的miRNA在基因的表达调控过程中一定发挥着某种重要作用，而且这些miRNA 所发挥的功能应该不同于传统的细胞浆miRNA。”

于文强还指出，另一方面，一些定位于细胞核内的miRNA是具有组织特异性的，也就是说，特定的miRNA在一些特定的组织中高度富集而在其他组织中低表达甚至不表达。而增强子（enhancer）这种能强化转录的DNA序列片段，也具有组织特异性。

组织特异性增强子的意义是什么？于文强举例说，如果敲除小鼠染色体上的增强子序列ZRS，小鼠不会长出四肢，而给敲除ZRS后的小鼠重新补上缺失的序列，小鼠又会长出四肢，决定四肢的增强子ZRS会高度富集在四肢中来维持四肢的正常发育发展。“那么，具有组织特异性的核内miRNA是不是与增强子有关联呢？如果有，核内miRNA又是怎样与增强子相互协调，决定组织细胞的特异性？”于文强课题组近期的研究工作就发现，许多miRNA自身在基因组的位置与增强子区域高度重合，如hsa-miR-26a-1、hsa-miR-3179和hsa-miR-24-1等。这些miRNA大多能定位于细胞核内，而其进一步研究发现，这些miRNA能够与增强子结合，并在全基因组的水平上激活基因表达。

于文强最后表示，此次针对microRNA领域研究获奖，也意味着现在诺奖不仅仅是停留在基础研究层面，还要能进一步去解决问题，miRNA激活基因的研究无疑是下一个研究热点，将推动miRNA研究进入2.0时代。“目前还没有基于microRNA开发的药物，仅仅是用作肝癌的诊断，后续还有很多机制值得研究，相信这一领域药物的研发成果的出现，也只是时间问题。”