RNA 常常被其更出名的表亲 DNA 所掩盖。我们传统上认为 RNA 是蛋白质的蓝图，携带来自 DNA 的指令，将其翻译成生命的组成部分。然而，这并不是故事的全部。有一类 RNA 分子通常被称为“沉默调节器”——非编码 RNA (ncRNA)。

了解非编码RNA

ncRNA 是一类不同的 RNA 分子，它们从 DNA 转录但不翻译成蛋白质。尽管 ncRNA 不参与蛋白质编码，但它们构成了细胞 RNA 库的很大一部分。事实上，它们可以占真核细胞总 RNA 含量的 70% 到 90% 或更多。这种普遍性凸显了它们在细胞调节和功能中的关键作用，不同于负责蛋白质合成的信使 RNA (mRNA)。

ncRNA 的分类和作用

图 1：ncRNA 的类型

根据其生物学作用，ncRNA 大致可分为两类：管家 RNA 和调节 RNA。

管家 ncRNA：

管家 ncRNA 是细胞中广泛表达的基础成分。它们主要负责监督细胞的基本功能。示例包括：

• 核糖体RNA（rRNA）和转移RNA（tRNA）： 这些分子构成了哺乳动物细胞中的大多数 ncRNA，在蛋白质合成中发挥着不可或缺的作用。
• 小核RNA（snRNA）和小核仁RNA（snoRNA）： snRNA 和 snoRNA 是内含子剪接、RNA 加工和核糖体 RNA 修饰所必需的，对细胞维持有重大贡献。由于体积小，它们也被归类为小 ncRNA。

调节性ncRNA：

与管家 ncRNA 相比，调控 ncRNA 在表达和功能上表现出显著的多样性。它们进一步分为小 ncRNA（< 200 nt）和长 ncRNA（> 200 nt）。

小分子 ncRNA:

此类别包含多个类别，其中包括：

• 微小RNA（miRNA）： 这些单链分子通常长 18-22 个核苷酸，通过靶向 mRNA 来调节转录后基因表达，导致翻译抑制或降解。miRNA 在发育、细胞增殖、分化和疾病发病机制中发挥着关键作用。
• 小干扰RNA（siRNA）： siRNA 是双链 RNA 分子，长度约为 20-25 个核苷酸，能够高度特异性地介导 RNA 干扰，是基因沉默和治疗干预的宝贵工具。
• Piwi 相互作用 RNA (piRNA)： 这些 24-31 个核苷酸长的 ncRNA 是动物独有的，通常通过与 PIWI 蛋白结合来调节转录和转录后水平的基因表达。

长链非编码RNA（lncRNA）：

lncRNA 长度超过 200 个核苷酸，通常折叠成三维结构，具有多种调控功能。例如：

• 基因间 lincRNA、内含子 ncRNA、正义和反义 lncRNA、双向 ncRNA： 这些亚类根据基因组位置、作用机制或对 DNA 靶标的影响进行划分，体现了 lncRNA 在转录、转录后和表观遗传水平上调节基因表达的多功能性。
• 天然反义转录本 (NAT)： 与其他 RNA 分子互补，NAT 通过与正义 RNA 对应物结合，影响其活性，从而调节基因表达和功能。
• 环状RNA（circRNA）： circRNA 具有闭环结构，稳定性高，不易降解，可发挥多种作用，如 microRNA 海绵、RNA 结合蛋白隔离物或转录和剪接调节剂。circRNA 参与多种生物过程，包括细胞增殖、分化、衰老以及癌症和神经系统疾病等各种疾病的发病机制。

探索 miRNA 在癌症生物学中的复杂性

miRNA 是研究最多的 ncRNA，构成了一类普遍存在的 ncRNA，与基因表达的调控密切相关。研究已经阐明了它们在许多疾病中发挥的普遍作用，尤其是癌症，其中 miRNA 的失调很常见。在错综复杂的癌症生物学领域，miRNA 扮演着双重角色，既具有抑癌特性，又具有致癌特性。此外，miRNA 生物合成的关键因素与各种癌症有关。miRNA 失调及其相关的生物遗传机制的这种融合强调了 miRNA 对癌症的发生、发展和治疗反应的深远影响。值得注意的是，miRNA 与癌症的特征有着错综复杂的联系，包括持续增殖、逃避生长抑制剂、抵抗细胞死亡、血管生成、侵袭和转移，进一步凸显了它们在形成恶性表型方面的多方面参与。

图 2：微小RNA与癌症特征之间的关联。 每个特征展示了影响某些类型癌症的特定细胞功能的三种微小RNA的例子。
图片来源：Pichler M 和 Calin GA， doi: 10.1038/bjc.2015.253
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miRNA 在癌症中的作用

致癌作用： miRNA 既可以作为肿瘤抑制因子，也可以作为致癌基因，在癌症发展中发挥着关键作用。例如，miR-34 通过下调参与细胞周期进程的基因，从而抑制不受控制的细胞分裂（癌症的标志），从而起到肿瘤抑制因子的作用。相反，致癌 miRNA（如 miR-21）通过靶向调节细胞周期抑制剂或凋亡激活剂的基因来促进肿瘤发生，从而形成促癌环境。

转移： 癌症扩散至远处器官，即所谓的转移，是治疗中的一大难题。miRNA 通过调节上皮-间质转化 (EMT) 显著影响这一过程，EMT 是一种细胞转化，上皮细胞在此过程中获得间质细胞的迁移和侵袭特性。例如， miR-10b由 EMT 促进因子 Twist1 控制，可促进转移，在转移性乳腺癌中表达升高。

此外，研究人员正在探索 miRNA 特征——一组独特的 miRNA，具有预测肿瘤转移潜能的潜力。识别此类特征可以为癌症侵袭性提供宝贵见解，并指导治疗决策。

生物标志物： 可靠的癌症生物标志物至关重要，而 miRNA 显示出巨大的潜力。它们在体液中的稳定性使其成为非侵入性检测方法的有吸引力的目标。研究 具体套装 miRNA，例如 miR10b、miR-135b、miR-196a 和 miR-203，对于各种癌症的早期检测和预后具有重要意义。

化学抗性：  化疗耐药性会导致治疗无效，而 miRNA 在调节肿瘤细胞的药物敏感性方面起着关键作用。它们可以通过以下方式促成化疗耐药性 各种机制包括影响肿瘤干细胞、促进血管生成、改变药物靶点和调节耐药性相关蛋白。了解 miRNA 如何影响化学耐药性对于识别高风险患者和制定克服这一挑战的策略至关重要。此外，miRNA 谱可能预测患者产生化学耐药性的可能性，从而实现个性化治疗方法。

治疗潜力： 基于 miRNA 的疗法代表了癌症治疗的一种变革性方法。一种策略是使用合成 miRNA 模拟物替换下调的肿瘤抑制 miRNA，以恢复其功能并抑制癌细胞生长。例如，合成 miR-34a 类似物 在小鼠模型中表现出抗肿瘤作用，尽管安全问题导致临床试验终止。另一种有希望的策略是利用 miRNA 拮抗剂来阻断致癌 miRNA 的功能。例如， 抗miR-10b 在临床前研究中已证实可抑制乳腺癌转移。虽然基于 miRNA 的疗法尚处于早期阶段，但它们对未来的癌症治疗具有巨大潜力。

研究 ncRNA 的工具

研究 ncRNA 需要使用各种复杂的工具和技术，以分离、鉴定和分析这些难以捉摸的分子。在这里，我们深入探讨了该领域研究人员使用的一些关键方法：

1. RNA分离： 分离 RNA 是研究 ncRNA 的基础步骤。苯酚-氯仿提取、柱式纯化试剂盒和自动化平台等技术使研究人员能够从各种来源（包括细胞、组织和生物流体）中提取高质量的总 RNA。此分离过程对于后续分析（包括定量 PCR (qPCR)、微阵列分析和 RNA 测序）至关重要。

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2. 定量 PCR（qPCR）： 定量 PCR 是定量 ncRNA 表达水平的基础技术，具有高特异性和灵敏度。利用荧光标记探针或 DNA 结合染料，qPCR 能够准确测量生物样本中的 ncRNA 丰度。针对特定 ncRNA 的定制设计引物使研究人员能够量化其在不同实验条件或疾病状态下的表达，从而提供有关其在细胞过程和病理学中的作用的宝贵见解。

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3. RNA测序： RNA 测序 (RNA-seq) 彻底改变了转录组学领域，能够以高通量方式全面分析 ncRNA 表达。这种新一代测序技术能够识别已知和新的 ncRNA、差异表达分析和 RNA 异构体的特征。RNA-seq 数据集提供了对 ncRNA 转录组的复杂性和动态的深入了解，有助于发现调控网络和疾病相关特征。

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4. 北方印迹法： 北方印迹法仍然是分析 RNA 表达和大小分布的经典技术。虽然与 qPCR 和 RNA-seq 相比，北方印迹法不太常用，但它在检测特定 ncRNA 物种并评估其丰度和分子量方面具有优势。通过使用与目标 ncRNA 互补的标记探针，北方印迹法可提供有关不同实验条件或组织中 ncRNA 表达模式的定性和半定量信息。

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5. 荧光原位杂交（FISH）： 荧光原位杂交技术能够使细胞或组织内的 ncRNA 可视化和定位。通过使用与特定 ncRNA 序列互补的荧光标记探针，FISH 可让研究人员在空间上绘制 ncRNA 表达模式和亚细胞分布。该技术为 ncRNA 的空间调控及其在细胞组织和功能中的潜在作用提供了宝贵的见解。

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6.生物信息学工具： 生物信息学在分析和解释实验测定产生的 ncRNA 数据方面起着至关重要的作用。计算工具和算法有助于发现 ncRNA、预测 ncRNA 靶标、功能注释和通路分析。这些工具使研究人员能够整合各种数据集、识别调控网络并揭示 ncRNA 与细胞过程之间复杂的相互作用。

结语

总之，我们对 RNA 的探索揭示了比最初描述的简单信使分子更丰富的前景。NcRNA（以 miRNA 为例）表现出调节基因表达和影响复杂细胞过程的非凡能力。如前所述，miRNA 在癌症生物学中表现出令人着迷的二重性，既可作为肿瘤抑制因子，又可作为致癌基因。它们作为早期癌症检测和基于化学抗性谱的个性化治疗策略的强大生物标记物的潜力为未来的临床应用带来了巨大的希望。

揭开这个复杂世界的秘密需要专门的工具。值得庆幸的是，研究人员已经开发出一套复杂的生物信息学工具和湿实验室技术，专门用于研究 ncRNA。这些工具使科学家能够分离、测序和分析这些不同分子的表达模式，从而更深入地了解它们在健康和疾病中的作用。

毫无疑问，在这些不断发展的工具的推动下，对 ncRNA 功能复杂性的进一步研究将继续揭示其对人类健康和疾病的深远影响，为新的治疗干预铺平道路。

案例

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