MicroRNA：疾病診斷的潛在生物標記物

齊秀麗，徐莉，韓麗麗，陳高云，楊曉琮

（防化學院，北京102205）

MicroRNA：疾病診斷的潛在生物標記物

齊秀麗，徐莉，韓麗麗，陳高云，楊曉琮

（防化學院，北京102205）

MicroRNAs（miRNAs）是一類具有高度保守性內源性非編碼的小RNAs，許多研究都表明miRNAs表達的異常或缺乏通常被認為與病理生理紊亂相關。本文介紹miRNAs的生物學特性，分析miRNAs作為生物標記物的前景以及miRNAs應用于人類疾病診斷的優點。

miRNAs；生物標記物；疾病診斷

許多早期診斷的方法如內窺鏡檢查、糞便-血液測試等已經很成熟并廣泛應用在醫學的各個領域。血液檢測由于其微創性、精確性，在疾病診斷中越來越普遍。已經研究的血液標記有細胞、蛋白、mRNA和DNA標記等，但是這些診斷的結果大多不理想，難以作為診斷的主要依據。

miRNAs是一類進化上保守的、單鏈、非編碼的RNA分子，長度21～25nt。通過與mRNA3'端非編碼區域的目標基因序列結合，在轉錄后水平抑制調節基因表達。越來越多的證據表明，miRNAs參與機體的多種生物學過程，如細胞增殖、分化、凋亡及腫瘤。因此，miRNAs表達的異常或缺乏通常被認為與病理生理紊亂相關。

1 miRNAs的生物學特性

目前已經證明在綠藻、病毒、動物、植物和人類的體內存在miRNAs。很多研究表明，miRNAs參與多種生物學過程。在選擇壓力下超過半數的哺乳動物的信息保持著與miRNA的配對信息，這可能證明，對于某些類型的細胞來說，至少在某種程度上miRNA影響了所有的生物學功能或過程。

目前，miRNA庫（Sanger miRBase release20；http:// www.mirbase.org/，June 2014）中的206個物種中，有30 424個成熟的miRNA序列，這些序列是由24 521個有發夾結構的miRNAs前體所表達。數據表明2 652個成熟的人類miRNAs與許多的細胞的病理通路相關聯，并且對一些疾病的發病機制有重要的影響。

2 miRNAs和疾病診斷

miRNAs調節基因表達并與細胞凋亡、增殖、生長、血糖血脂代謝等多種生理學和病理學過程相關，越來越多的研究都揭示了miRNAs的表達和疾病之間的關系。

2.1 癌癥

已經證實miRNAs在癌癥中起到重要的調控作用，同時miRNAs在癌癥診斷、預測和治療中也有著重要的價值[1]。隨著miRNAs微陣列的快速發展，循環miRNA已成為包括大腸癌、胃癌及急性髓細胞白血病等癌癥的生物標記物。

大量的實驗室證據表明，miRNAs在癌癥發展的進程中或是原癌基因或是抑癌基因。Chim等[2，3]研究發現在血清或血漿中有循環miRNAs存在，他們已經在腫瘤患者的血漿和血清中發現了一些腫瘤源性的miRNAs。更多的研究表明，miRNAs在不同的疾病特別是癌癥中可能作為潛在的生物標記物。在癌癥的治療和診斷中發現和開發非侵入性的診斷工具成為癌癥研究的一個目標，miRNAs作為潛在的生物標記物的應用將會大大減少癌癥診斷和治療中所引起的痛苦。

2.2 心血管疾病

miRNAs在心血管疾病發生早期的診斷和治療方面具有重要的價值。研究表明，miRNAs表達的負調控不僅與心臟病有關，而且與心臟的發育、生長、功能及舒張壓相關聯。由于miRNAs在特定的細胞通路上具有特定的靶標，因此將其作為診斷的標記物或者通過操控其獲得治療作用是非常有前景的[4]。

2.3 糖尿病

截至目前，還沒有鑒定β細胞死亡和糖尿病早期檢測的敏感方法。Erener等[5]研究了一個富含miRNA的胰島miR-375的水平，通過大量的RT-PCR驗證在血液中的miR-375是否是鑒定β細胞死亡和預測小鼠糖尿病的可能的生物標記物。研究表明，細胞因子和鏈脲霉素誘導胰島中的循環miR-375水平顯著提高，而在細胞死亡抑制劑中miR-375水平下降。結果表明，循環miR-375可能是β細胞死亡和糖尿病預測的生物標記物。

2.4 職業病

暴露于石棉是胸膜間皮瘤（PM）的主要病因，PM是一種很難診斷的腫瘤。已經發現有13個與PM相關的新的miRNA。其中，過度表達有miR-148b、miR-374a、miR-24-1＊、Let-7d、Let-7e、miR-199b-5p、miR-331-3p和miR-96，不完全表達有miR-939、miR-671-5p、miR-605、miR-1224-5p和miR-202[6]。

2.5 器官移植急性排斥反應

目前已經有一些標記物適用于器官移植急性排斥反應（AR）的臨床診斷。為了驗證miRNAs是否是AR潛在的生物標記物，Hu等[7]采用大鼠原位肝移植模型和芯片，區分miRNAs的指紋圖譜、血漿水平和AR大鼠的移植物以及對照各自的變化，研究發現了3個血漿miRNAs：miR-122，miR-192和miR-146a。研究給出了大鼠急性排斥反應的血漿miRNAs的總圖譜，認為miR-122和miR-192和肝損傷相關聯，同時miR-146a可能和細胞排斥反應相關聯。此外，在腎移植手術后腎移植狀態評估中，許多研究也提出了miRNAs作為生物標記物的可能性[8，9]。

2.6 骨關節炎

骨關節炎（OA）遺傳因素復雜至今還不完全清楚。最近有研究表明了miRNA在軟骨功能上的意義[10]。Silvia等在正常和OA軟骨細胞中已查明識別和表征miRNA的表達譜。研究通過分析和確定OA中723個miRNAs的作用，發現其中7個miRNAs呈統計學顯著差異表達。此外，研究還發現，在這7個人類miRNAs中，has-miR-483-5p上調OA軟骨細胞，其他6個miRNAs上調正常軟骨細胞。這一結論也被特定miRNA的qPCR檢測所證實。在OA病理研究上，被檢測的miRNA可能的作用由潛在miRNA靶標預測以及差異表達的miRNA引起信號級聯改變所揭示和支持。

3 結語

大量的研究已經表明miRNA和疾病之間的關聯，如表1和圖1所示。事實上，許多研究已經探索了miRNAs的表達與疾病之間的聯系；而且這些研究越來越深入且不斷擴大。

在低風險和高風險人群中，根據miRNAs的特點進行分類和鑒別。開發出更多有效方法，建立miRNAs標記物數據庫，為早期的疾病診斷、預測、預防和治療反應的預測提供有價值的信息。

表1 miRNAs在疾病中的負調控

圖1 miRNA研究的一般方法

[1]Lujambio A,Lowe SW.The microcosmos of cancer[J].Nature,2001,482（7385）:347-355.

[2]Erster S,Mihara M,Kim RH,et al.In vivo mitochondrial p53 translocation triggers a rapid first wave of cell death in response to DNA that can precede p53 target gene activation[J].Molecular &Cellular Biology,2004,24（15）:6728-6741.

[3]Green DR,Kroemer G.Cytoplastmic functions of the tumor suppressor p53[J].Nature,2009,458(7242):1127-1130.

[4]Kartha RV,Subramanian S.MicroRNAs in cardiovascular diseases:biology and potential clinical applications[J].Journal of Cardiovascular Translational Research,2010,3(3):256-70.

[5]Erener S,Mojibian M,Fox JK,et al.Circulating miR-375 as a biomarker of β-cell death and diabetes in mice[J].Endocrinolo gy,2013,154(2):603-608.

[6]Sturchio E,Amadori A,Businaro J,et al.Possible use of microRNAs as biomarkers for monitoring of workers exposed to asbestos[J].G Ital.Med.Lav.Ergon.,2012,34(3Suppl):571-573.

[7]Hu J,Wang Z,Tan CJ,et al.Plasma microRNA,a potential biomarker for acute rejection after liver transplantation[J].Transplantation,2013,95(8):991-999.

[8]Bihrer V,Friedrich-Rust M,Kronenberger B,et al.Serum miR-122 as a biomarker of neuroinflammation in patients with chronic hepatitis C virus infection[J].American Journal of Gastroenterolo gy,2011,106(9):1663-1669.

[9]Li B,Hartono C,Ding R,et al.Noninvasive diagnosis of renal-allograft rejection by measurement of messenger RNA for perforin and granzyme B in urine[J].New England Journal of Medicine,2001,344(13):947-954.

[10]Farid WR,Pan Q,Van AJ,et al.Hepatocyte-derived microRNAs as serum biomarkers of hepatic injury and rejection after liver transplantation[J].Liver Transplantation,2012,18(3):290-297.

[11]Gilad S,Meiri E,Yogev Y,et al.Serum microRNAs are promising novel biomarkers[J].Plos One,2008,3(9):e3148-1-e3148-7.

[12]Lawrie CH,Gal S,Dunlop HM,et al.Detection of elevated levels of tumour-associated microRNAs in serum of patients with diffuse large B-cell lymphoma[J].British Journal of Haematolo gy,2008,141(5):672-675.

[13]Mitchell PS,Parkin RK,Kroh EM,et al.Circulating microRNAs as stable blood-based markers for cancer detection[J].Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2008,105(30):10513-10518.

[14]Chen X,Ba Y,Ma L,et al.Characterization of microRNAs in serum:a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases[J].Cell Research,2008,18(10):997-1006.

[15]Etzioni R,Urban N,Ramsey S,et al.The case for early detection[J].Nature Reviews Cancer,2003,3(4):243-252.

[16]Willeit P,Zampetaki A,Dudek K,et al.Circulating microRNAs as novel biomarkers for platelet activation[J].Circulation Research,2013,112(4):595-600.

[17]Sturchio E,Colombo T,Carucci N,et al.Molecular biomarkers in workers and population exposed to inorganic arsenic:preliminary study in vitro[J].G Ital.Med.Lav.Ergon.,2012,34(3Suppl):678-681.

[18]Bonauer A,Carmona G,Iwasaki M,et al.MicroRNA-92a controls angiogenesis and functional recovery of ischemic tissues in mice[J].Sci ence,2009,324(5935):1710-1713.

[19]Zhang Y,Jia Y,Zheng R,et al.Plasma microRNA-122 as a biomarker for viral-,alcohol-,and chemical-related hepatic diseases[J].Clinical Chemistry,2010,56(12):1830-1838.

[20]Bravo AA,Sheth SG,Chopra S.Liver biopsy[J].New England Journal of Medicine,2001,344(7):495-500.

[21]Silvia DP,Claudia C,Emma ML,et al.Characterization of microRNA expression profiles in normal and osteoarthritic human chondrocytes[J].Osteoarthritis &Cartilage,2012,13(1):144-156.

MicroRNAs:Potential Biomarkers for Disease Diagnosis

Qi Xiu-li,Xu Li,Han Li-li,Chen Gao-yun,Yang Xiao-cong
(Institute of Chemical Defence,Beijing 102205)

MicroRNAs (miRNAs) are a group of endogenous noncoding small RNAs characterized by high conservation,many studies have indicated that the abnormal or lack of expression of miRNAs was generally considered to be related to the pathophysiology of the disorder..Based on this,this paper introduced the biological characteristics of miRNAs,and analyzed the prospects of miRNAs as a biomarker and the advantages of miRNAs in the diagnosis of human diseases.

MicroRNA;Biomarker;Disease diagnosis

R346

A

2096-0387（2016）06-0072-04

齊秀麗(1973-),女，山西朔州人，碩士研究生，副教授，研究方向：生物防護。