microRNAs（miRNAs）是含有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的miRNA前體，經(jīng)過Dicer加工之后的一類非編碼的小RNA分子（18~25個核苷酸），是一種小的，類似于siRNA的分子，由高等真核生物基因組編碼，miRNA通過和靶基因mRNA堿基配對引導(dǎo)沉默復(fù)合體（RISC）降解mRNA或阻礙其翻譯。
miRNAs在物種進化中相當(dāng)保守，在植物、動物和真菌中發(fā)現(xiàn)的miRNAs只在特定的組織和發(fā)育階段表達，miRNA組織特異性和時序性，決定組織和細胞的功能特異性，表明miRNA在細胞生長和發(fā)育過程的調(diào)節(jié)過程中起多種作用。
miRNAs與癌癥
最近的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA表達與多種癌癥相關(guān)，大約50%得到注解的miRNAs在基因組上定位于與腫瘤相關(guān)的脆性位點（fragile site）。這說明miRNAs在腫瘤發(fā)生過程中起至關(guān)重要的作用，這些miRNAs所起的作用類似于抑癌基因和癌基因的功能，有研究人員將miRNA命名為“oncomirs”。
充當(dāng)抑癌基因作用的miRNA
mir-125b-1，位于染色體的11q24脆性位點，乳腺癌、肺癌、卵巢癌、病人中11q924位點常有缺失，而這一位點并不存在已知的抑癌基因。
65%B細胞慢性淋巴型白血?。–LL）病人，50%的套細胞淋巴瘤病人，16-40%的骨髓瘤病人、60%的前列腺癌病人中有13q14位點的缺失。因此，在這個30Kb的區(qū)域中必定有一個腫瘤抑制基因的存在。而mir-15a和mir-16-1位于這一區(qū)域中一個功能未知的被稱為LEU2的非編碼蛋白的RNA基因的內(nèi)含子區(qū)域。Climmino等最近報道，miR-15a和miR-16-1負調(diào)控BCL2，一個抗凋亡基因，因此，這兩個miRNAs的缺失或下調(diào)，導(dǎo)致了BCL2表達的升高，促進了白血病、淋巴瘤和前列腺癌的發(fā)生。
有研究報道，mir-143和mir-145在結(jié)腸癌中明顯下調(diào)。有趣的是，其發(fā)夾結(jié)構(gòu)的前體分子在腫瘤和正常組織中含量相似，這表明，可能是由于其成熟過程受到破壞。mir-143和mir-145的腫瘤抑制基因功能不僅僅局限于結(jié)腸癌，在乳腺癌、前列腺癌、子宮癌、淋巴癌等細胞系中其表達量也明顯下調(diào)。
Takamizawa等發(fā)現(xiàn)肺癌病人的let-7表達顯著降低，并且這導(dǎo)致這些病人更差的預(yù)后，非小細胞肺癌病人的let-7表達水平越低，其預(yù)后越差，術(shù)后生存期越短。體外組織培養(yǎng)實驗表明，在人的肺癌細胞中瞬時的表達let-7可以抑制細胞的增殖，這也說明let-7在肺組織中可能是一個抑癌基因。實驗表明，在人類細胞中l(wèi)et-7通過3’非翻譯區(qū)域直接抑制癌基因Ras的表達。大約有15-30%的人類腫瘤都含有Ras突變，而激活的突變導(dǎo)致這個蛋白表達上升可以引起細胞轉(zhuǎn)化。因此，能夠調(diào)節(jié)Ras蛋白表達的let-7，可以控制細胞的增殖速度。
充當(dāng)癌基因作用的miRNA
miR-21在膠質(zhì)母細胞瘤中表達增加。這個基因在腫瘤組織中表達量比正常組織高5-100倍。反義核酸的研究發(fā)現(xiàn)這個miRNA通過抑制凋亡而并非影響細胞增殖控制細胞生長，這預(yù)示著這個miRNA具有癌基因的功能。另一項獨立研究，利用芯片來檢測腫瘤和正常組織的245個miRNAs的表達水平，也發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)母細胞瘤中miR-21表達升高。由于mir-21不是一個大腦特異性的基因，在乳腺癌樣品中表達也有增加，這個基因可能在腫瘤發(fā)生中起到廣泛的作用。
Metzler等人發(fā)現(xiàn)，在BIC基因上具有一段138個核苷酸的保守序列，編碼mir-155的發(fā)夾結(jié)構(gòu)。該研究組還發(fā)現(xiàn)在Burkitt淋巴瘤中，miR-155表達量上升了100倍，此外的研究也發(fā)現(xiàn)，Hodgkin淋巴瘤等腫瘤中miR-155水平也有提高。因此，mir-155可能是作為一個癌基因和MYC協(xié)同作用，而其正常功能是在B細胞的分化中起作用，其可能的靶基因是那些對抗MYC信號通路的基因。
He等人最近發(fā)表的論文發(fā)現(xiàn)在散布的B細胞淋巴瘤、濾泡型淋巴瘤、套細胞淋巴瘤等腫瘤中常常有13q31位點的擴增。而在這一擴增區(qū)域的唯一的基因就是一個非編碼蛋白的RNA，C13orf25，這個轉(zhuǎn)錄本編碼了mir-17-92基因簇，其中包含了7個miRNAs：miR-17-5p，miR-17-3p，miR-18a，miR-19a，miR-20a，miR-19b-1，and miR-92-1。他們由此推斷，這個基因簇的過表達與腫瘤形成有關(guān)，而后通過實驗研究證明，過表達Myc和mir-17-19-b1基因簇淋巴癌與僅有Myc過表達腫瘤相比較，具有更強的增殖能力，更低的細胞死亡率。這些實驗證實，mir-17-19-b1中的miRNAs可以協(xié)同地行使癌基因的功能，其靶基因可能是在MYC過表達條件下激活的凋亡蛋白。當(dāng)?shù)蛲鐾緩奖籱ir-17-19-b1去除，MYC可以誘導(dǎo)細胞不受控制地增殖，這導(dǎo)致了腫瘤發(fā)生。
O’Donnell等人單獨證明了mir-17-92基因簇是一組可能的腫瘤相關(guān)的基因。他們用miRNAs芯片篩選過表達MYC，B細胞系P493-6中miRNA表達變化。他們發(fā)現(xiàn)MYC誘導(dǎo)了mir-17-92的表達，而這些miRNAs可以抑制E2F1的翻譯。在這一模型中，mir-17-92基因簇所起的作用似乎是抑癌基因的作用，這與上面討論的He等人的發(fā)現(xiàn)是相反的。這其中可能的機理是，盡管E2F1可以促進細胞增殖，但是當(dāng)E2F1的表達水平超過一閾值，它也可以引起凋亡，在此情況下，miRNAs對于E2F1的負調(diào)控可能是通過阻斷E2F1的誘導(dǎo)凋亡活性，從而促進MYC介導(dǎo)的細胞增殖，支持了He等提出的模型
miRNA檢測手段
迄今為此，對miRNA 的檢測方法主要有Northern Blot 等基于分子雜交的方法，這些方法敏感度低、耗時長、RNA 的用量較大。
銳博生物采用了國際上公認的核酸檢測標準技術(shù)――Real-Time PCR 技術(shù)來對miRNA 進行檢測，其具有快速、特異性強、靈敏度高等優(yōu)點。實時熒光定量PCR分兩種：Taqman探針法和SYBR Green熒光染料法。 檢測原理：莖環(huán)結(jié)構(gòu)的逆轉(zhuǎn)錄引物能與miRNA 3'端部分結(jié)合，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下進行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)，然后特異的正反向引物和SYBRGreen熒光染料（或探針）共同參與的定量PCR反應(yīng)體系，實現(xiàn)對逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進行定量檢測。(1)基于莖環(huán)結(jié)構(gòu)引物的逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)；(2) 實時熒光定量PCR。
miRNA鑒定及功能研究手段
目前鑒定miRNA常用的方法包括直接克隆鑒定，miRNA芯片分析和生物信息學(xué)預(yù)測。當(dāng)然計算機預(yù)測的miRNA必須經(jīng)過RT-PCR或Northern試驗分析才能鑒定，另外也可以通過miRNA mimics和inhibitors從功能上進行實驗鑒定。另外序列分析表明，至少有1/3的人類基因與miRNA調(diào)控相關(guān)，而且越來越多的試驗證據(jù)表明miRNA還有很多功能未被發(fā)現(xiàn)。研究基因的功能通常是將其從基因組中敲除，然后觀察敲除前后的變化，但在破譯miRNA的功能，我們一般不會采用這種策略，而是通過增強或減弱該miRNA的表達來鑒定其功能。
miRNA mimics是模擬生物體內(nèi)源的miRNAs，運用化學(xué)合成的方法合成，能增強內(nèi)源性miRNA的功能。而miRNA inhibitor是化學(xué)修飾的專門針對細胞中特異的靶miRNA的抑制劑。
近年來人工合成的miRNA（artificial miRNA，amiRNA）已經(jīng)成功應(yīng)用于沉默預(yù)期靶基因的表達及其功能研究，人工合成的miRNAs既能夠特異性地沉默單一基因，也可以同時沉默多個相關(guān)但不相同的基因。miRNA mimics進一步增強內(nèi)源miRNA的沉默作用，降低細胞內(nèi)蛋白表達量，進行功能獲得性（gain-of-function）研究；相反，使用化學(xué)合成的方法合成miRNA inhibitors，特異的靶向和敲除單個的miRNA分子，可以削弱內(nèi)源miRNA的基因沉默效應(yīng)，提高蛋白表達量，進行功能缺失性（loss-of -function）研究，可以用來篩選miRNA靶位點，篩選調(diào)控某一基因表達的miRNA，篩選影響細胞發(fā)育過程的miRNA。化學(xué)合成miRNA mimics和inhibitors是近年來研究的一個新熱點，已經(jīng)成為研究動植物基因家族功能的有用工具，并有望成為癌癥治療和臨床研究的一種新策略。
miRNA 的特點:MiRNAs具有高度的保守性、時序性和組織特異性。miRNAs的表達方式各不相同。線蟲和果蠅當(dāng)中的部分miRNA在各個發(fā)育階段都有表達而且不分組織和細胞特性，而其他的miRNA則表現(xiàn)出更加嚴謹?shù)臅r空表達模式（a more restricted spatial and temporal expression pattern）——只有在特定的時間、組織才會表達。細胞特異性或組織特異性是miRNA的表達的主要特點，又如擬南芥中的miR-171僅在其花序中高水平表達，在某些組織低水平表達，在莖、葉等組織中卻無任何表達的跡象；20-24h的果蠅胚胎提取物中可發(fā)現(xiàn)miR-12，卻找不到miR3-miR6，在成年果蠅中表達的miR-1和let-7也無法在果蠅胚胎中表達，這同時體現(xiàn)了miRNA的又一特點——基因表達時序性。MiRNA表達的時序性和組織特異性提示人們miRNA的分布可能決定組織和細胞的功能特異性，也可能參與了復(fù)雜的基因調(diào)控，對組織的發(fā)育起重要作用。
miRNA展望
miRNA在細胞分化，生物發(fā)育及疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮巨大作用，越來越多的引起研究人員的關(guān)注。隨著對于miRNA作用機理的進一步的深入研究，以及利用最新的例如miRNA芯片等高通量的技術(shù)手段對于miRNA和疾病之間的關(guān)系進行研究，將會使人們對于高等真核生物基因表達調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)理解提高到一個新的水平。這也將使miRNA可能成為疾病診斷的新的生物學(xué)標記，還可能使得這一分子成為藥靶，或是模擬這一分子進行新藥研發(fā)，這將可能會給人類疾病的治療提供一種新的手段。
近年來，國際納米科學(xué)和納米孔道技術(shù)高速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于疾病檢測及治療，為建立有效的癌癥診斷和治療技術(shù)提供了新的契機。其發(fā)展極大地促進了包括醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的進步，集中體現(xiàn)在生命科學(xué)、納米技術(shù)、醫(yī)療技術(shù)等多學(xué)科交叉的創(chuàng)新與集成，現(xiàn)已逐步推廣臨床應(yīng)用到腫瘤早期篩查（液體活檢）、腫瘤藥物治療（腫瘤納米藥物）等方面。
納米孔是在基質(zhì)上形成的。現(xiàn)有兩種類型的納米孔：由蛋白質(zhì)或核酸組成的嵌入脂質(zhì)或聚合物膜的生物孔，或者是在固體基質(zhì)中的合成孔。檢測方法是，當(dāng)單個分子通過或與孔結(jié)合/相互作用的時候，電子監(jiān)測通過孔的離子流。納米孔平臺在過去十年中迅速發(fā)展，在DNA和RNA測序、早期疾病診斷和各種其他應(yīng)用方面取得了重大進展。
miRNA能夠調(diào)控基因表達，因此被作為抑制癌癥等疾病相關(guān)基因的潛在療法。然而，細胞中miRNA的拷貝數(shù)非常少以至于很難被檢測到。11月4日出版的《自然—納米技術(shù)》雜志以封面文章形式報道了美國賓夕法尼亞大學(xué)瑪麗亞·德恩迪奇（Marija Drndic）研究組發(fā)明的一種少量miRNA檢測方法。
Larry McReynolds研究組在至今為止最薄（6nm）的氮化硅膜上做出直徑為3nm的納米孔，通過納米孔實現(xiàn)對少量miRNA檢測。首先，特定miRNA與探針雜交形成探針-miRNA復(fù)合體，之后通過與病毒蛋白P19結(jié)合來富集這種復(fù)合體。當(dāng)這個復(fù)合體分子通過納米孔時，每個分子都會產(chǎn)生一個良好的信號，從而可通過納米孔檢測和定量探針-miRNA復(fù)合體的豐度。
研究人員表示：“使用薄的納米孔成功提高了信號與噪音的比率。納米孔雖然薄，但是很結(jié)實，而且看起來使用納米孔屢試不爽。這使得納米孔成為生物物理應(yīng)用研究的理想選擇。”（生物谷Bioon.com）