医学篇-获得诺奖的miRNA如何赢战国自然2025？这几个新方向了解下

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刚获得了2024年诺贝尔生理或医学奖的miRNA，被人们拉回到了聚光灯下。那么如何借这个热点重新杀回国自然呢？今天这篇推文一次全部给大家说清楚。

首先，如果仅仅是讨论miRNA这个概念或者相关延伸的实验技术，是无法获得基金委专家以及各杂志审稿人的青睐。如何让自己的课题出彩，我们需要借助miRNA之外一些新的概念。下面，小编总结了目前几种较为热门的miRNA课题设计方向：miRNA+热门概念、miRNA+热门通路、激活型miRNA——NamiRNA调控机制以及miRNA在队列研究和机器学习中的应用。最后还会附带一下其他几种小众的小RNA如piRNA以及tsRNA。

这种是目前较为容易入手的课题设计方向。miRNA在mRNA的3’UTR区域结合抑制mRNA的翻译，通常现在无法发表高水平论文或者申请相关的基金。这边需要一些热门的概念组合起来。近两年获批的国自然基金以及发表的论文来看，外泌体、衰老、免疫、肿瘤微环境、RNA疫苗、细胞治疗等关键词高频出现。

所以这就需要一个出彩的生物学故事或临床故事，像这种课题主角通常不是组学技术或者一个热门分子，而是聚焦生物学故事或者临床故事本身。但是这个故事必须具有独特性，如样本独特性，实验处理的独特性或者描述的现象具有独特性，且miR本身属于发挥主要因素的关键target分子，而不是辅助分子。

如上面这篇发表在2024年Nature Communications文章（拓展阅读：诺奖热点NC：T细胞介导肠炎诱导miR-29a抑制Th1细胞活性）所描述的，这篇文章本身主角和亮点是乏氧环境下肠炎组织中CD4+ T细胞与Th1细胞互作。借着miRNA“借尸还魂”，使得miR-29成为减轻肠道炎症的关键靶标，与Th1细胞互作来减轻Th1细胞驱动的炎症。这篇文章中，miR-29成为一种潜在的RNA药物，选择合适的载体进行注射治疗后可降低炎症。

而这篇Nature Aging的文章（拓展阅读：诺奖热点Nat Aging：骨髓巨噬细胞外泌体miRNA诱导全身衰老）中，miRNA成为衰老的关键标志物。

通过衰老个体单核细胞/巨噬细胞中的外泌体来引起年轻组织的衰老表型，而外泌体中的主角正是miRNA。这些miRNA成为后期干预的重要靶标。例如通过外泌体或者纳米递送材料进行干预，来延缓衰老表型。

所以miRNA+衰老也顺利成为高分文章的热点，还有另外一项miRNA研究也是类似的情况（拓展阅读：诺奖热点Commun Biol：miR-29是衰老相关表型的重要驱动因素）

类似结合外泌体的研究还有这篇发表于Nature Cell Biology的文章，不过这项研究中作者发现了一种有别于外泌体的细胞外纳米颗粒supermere。在supermere中含有大量的miRNA，可能是肿瘤以及阿兹海默症的关键生物标志物。

另一种高分文章及国自然基金申请中，高频出现的组合是miRNA+热门通路，如铁死亡、m6A等，也是一种不错的组合。

在这篇Molecular Cancer的研究中，作者发现在骨肉瘤细胞系和骨肉瘤组织中miR-144-3p高表达且靶向ZEB1，继而引发铁死亡阻止了骨肉瘤的进展。所以这项研究把几个热点如外泌体、miRNA以及铁死亡有机联系起来。

另外在这篇Cancer Letters的文章中，作者非常聪明的将m6A甲基转移酶METTL3与miRNA有机结合起来。METTL3作用于EBV-miR-BART3-3p，而EBV-miR-BART3-3p的靶标为PLCG2。从而串联起METTL3/miR-BART3-3p/PLCG2调控轴促进淋巴瘤的进展。

类似的研究还有之前联川生物位于美国洛克菲勒大学的客户发表在2015年《Nature》上的一篇研究（拓展阅读：Nature：m6A调控miRNA初级体识别加工 | RNA甲基化套路解读），首次证实在乳腺癌细胞系以及其他各种细胞系内，METTL3泛调控miRNA基因的激活。

另一个热门领域就是miRNA与代谢重编程，如谷氨酰胺代谢、乳酸化代谢（可能涉及到蛋白乳酸化修饰以及组蛋白乳酸化修饰）等联系起来。

在这篇Nature Communications的文章中，作者发现乳腺癌脑转移患者中，血浆外泌体中的miR-199b-5p能够靶向脑转移患者脑部中神经元以及星形胶质细胞中的靶基因，并且影响神经细胞谷氨酸、谷氨酰胺以及乳酸的代谢水平促进乳腺癌细胞脑转移。

这篇文章中的热点包括外泌体、miRNA和脑转移机制，其中乳腺癌细胞分泌的外泌体中miRNA随着脑转移影响神经细胞的代谢重编程能力继而引发脑转移。

NamiRNA（Nuclear activating miRNA）即核激活的miRNA。它是一类具有特定功能的非编码RNA（拓展阅读：NamiRNA和增强子的新网络）。

NamiRNA作用机制主要包括基因调控和表观遗传调控。

其中基因调控方面，NamiRNA主要在细胞核内发挥作用，能够直接靶向基因启动子区域，激活基因转录。通过与特定的DNA序列结合，招募转录因子和其他调控蛋白，促进RNA聚合酶对目标基因的转录起始和延伸，从而上调基因的表达水平。例如，某些 NamiRNA可以与特定的转录因子相互作用，增强其与启动子的结合能力，进而激活下游基因的表达。

在表观遗传调控方面，NamiRNA还可以参与表观遗传修饰，影响染色质结构和基因的可及性。例如，它可以通过与染色质重塑复合物相互作用，改变染色质的紧密程度，使原本沉默的基因区域变得易于转录。此外，NamiRNA还可能参与 DNA 甲基化和组蛋白修饰等表观遗传过程，进一步调节基因的表达。

那么NamiRNA与传统的miRNA究竟有什么不同之处呢？简单总结下来分为以下四个方面

① 作用部位不同

传统 miRNA主要在细胞质中发挥作用，通过与靶mRNA的3’ UTR区域结合，抑制其翻译或促进其降解，从而下调基因的表达水平。而NamiRNA主要在细胞核内发挥激活基因转录的作用。

② 靶基因不同

传统miRNA主要靶向mRNA，通过与mRNA的特定序列互补结合来发挥作用。NamiRNA的靶标主要是基因启动子区域，直接影响基因的转录。

③ 功能不同

传统的miRNA对基因表达是负调控，而NamiRNA对基因表达属于正调控。

④ 调控机制/生物物理层面的不同

传统miRNA主要通过与Argonaute蛋白等形成RNA诱导沉默复合物（RISC）来发挥作用。NamiRNA则通过与转录因子和其他调控蛋白（各种修饰的组蛋白如组蛋白乙酰化、组蛋白乳酸化等）相互作用来激活基因转录。

因此研究NamiRNA本身，后期应该还要和ATAC-seq、ChIP-seq等组学联系起来。配合细胞核/细胞质分离试剂盒使用，效果更佳。

这个小众的领域，复旦大学于文强教授已经发表了一系列高质量的NamiRNA相关研究。

如上图所示，这篇NAR研究中，于文强课题组首先通H3K27ac-ChIP-seq及miRNA测序对乳腺癌样本进行检测，发现乳腺癌组织中miR-399低表达及靶基因GPER1的Peaks下调，两者正相关。

随后双荧光报告基因证实miR-399与GPER1上游增强子区域互作。过表达miR-399后ChIP-seq证实H3K27ac水平上升，增强子活性增加。GEPR1增强子区域受miR-399靶向调控影响GPER1转录表达。

最后AGO2 ChIP-seq证实AGO2影响miR-399激活GPER1。miR-399和GPER1共同调控乳腺癌组织生长。

目前开展的多项队列研究中，miRNA、Olink以及DNA甲基化是出现频率较高的词汇。那么miRNA测序这种技术对于队列研究究竟有何优势呢？

第一，miRNA的特异性和稳定性较高。miRNA在生物样本中具有较高的特异性。与其他组学技术所关注的分子相比，如转录组中的mRNA，miRNA的序列相对较短且保守，特定的miRNA 通常与特定的生理或病理状态紧密相关。例如，在心血管疾病的队列研究中，某些miRNA如miR-1、miR-21、miR-133、miR-146a等的表达变化具有高度的特异性，可作为心血管疾病早期诊断和风险评估的重要指标。

同时，miRNA在各种生物样本中表现出较高的稳定性。它们能够在血液、尿液、组织等样本中稳定存在，不易被降解。这使得在队列研究中，即使经过长时间的样本收集和存储过程，miRNA仍然能够保持相对稳定的表达水平，从而为研究提供可靠的数据。例如，在癌症的队列研究中，从患者的血清或血浆中可以检测到特定的miRNA表达谱，这些miRNA可以作为癌症的生物标志物，用于疾病的早期诊断和监测。

第二，miRNA的调控作用/调控的靶基因较为广泛。miRNA在基因表达调控中起着关键作用，具有广泛的调控网络。一个miRNA可以调控多个靶基因的表达，而一个靶基因也可能受到多个miRNA的调控。这种复杂的调控网络使得miRNA能够参与到几乎所有的生物学过程中，包括细胞增殖、分化、凋亡、代谢、免疫反应等。在队列研究中，通过分析miRNA的表达变化，可以深入了解疾病发生发展过程中的分子机制，为疾病的预防、诊断和治疗提供新的思路。

例如，在神经退行性疾病的队列研究中，发现特定的miRNA表达谱与疾病的进展密切相关。这些miRNA可能通过调控神经元的存活、突触可塑性等过程，参与到神经退行性疾病的发生发展中。通过进一步研究这些miRNA的调控机制，可以为开发新的治疗方法提供潜在的靶点。

第三，miRNA的检测方法相对简便和成熟。miRNA测序技术相对成熟，检测方法较为简便。与其他组学技术相比，如蛋白质组学、代谢组学等，miRNA测序所需的样本量较少（例如联川生物可对<200μL且存放多年的血清血浆样本展开miRNA测序检测），实验操作相对简单。这使得miRNA测序在大规模的队列研究中更具可行性。

例如，在一些大型的人群队列研究中，可以通过采集少量的血清或血浆样本（<200μL），进行miRNA测序分析，从而快速、准确地获得大量的生物学信息。同时，随着测序技术的不断发展，miRNA 测序的效率和准确性也在不断提高，为队列研究提供了更强大的技术支持。

第四，miRNA的早期诊断潜力大。由于miRNA在疾病发生的早期就可能出现表达变化，因此在队列研究中，miRNA 测序具有较大的早期诊断潜力。通过对队列人群进行定期的miRNA检测，可以在疾病症状出现之前就发现潜在的疾病风险，为早期干预提供机会。

例如，在某些癌症的队列研究中，发现特定的 miRNA 在癌症发生的早期阶段就出现异常表达。这些 miRNA 可以作为癌症的早期生物标志物，用于筛查高风险人群，提高癌症的早期诊断率。此外，miRNA 还可以用于监测疾病的进展和治疗效果，为临床决策提供依据。

那么讲完了miRNA测序的技术优势，我们再来讨论下miRNA在队列研究中的重要作用，主要体现在以下3个方面

① miRNA作为疾病预测的生物标志物

• 疾病进展预测：通过对队列人群中miRNA表达水平的长期监测和分析，可以发现一些与疾病进展密切相关的 miRNA。例如，在某些慢性疾病的队列研究中，特定的 miRNA 表达变化可能预示着疾病未来的发展方向、严重程度或治疗反应。

• 疾病风险评估：在健康人群的队列研究中，某些miRNA的表达模式可能与未来患特定疾病的风险相关。通过识别这些 miRNA生物标志物，可以对人群进行分层，筛选出高风险人群，以便进行更密切的监测和早期预防。一些miRNA可能与心血管疾病、癌症等常见疾病的发病风险相关，对这些miRNA的研究可以为疾病的早期预防提供依据。

② 辅助疾病的诊断和分型

• 疾病诊断：队列研究可以收集大量人群在不同时间点的样本和临床信息，为miRNA作为疾病诊断标志物的验证提供了有力的支持。通过比较患病组和健康对照组之间miRNA的表达差异，可以确定具有诊断价值的miRNA组合。这种组合可以是2个或多个miRNA分子，也可以miRNA和其他标志物如蛋白等一起的组合进行评分。

• 疾病分型：对于一些复杂的疾病，不同的亚型可能具有不同的临床表现和治疗反应。miRNA 的表达谱可以帮助区分疾病的不同亚型，为精准治疗提供依据。在某些癌症的队列研究中，发现不同亚型的癌症患者具有特定的miRNA表达模式，这有助于更准确地诊断和治疗疾病。

③ 评估治疗效果和预后

• 治疗反应评估：在队列研究中，可以监测患者在接受治疗过程中miRNA的表达变化，评估治疗对miRNA表达的影响，进而判断治疗的效果。例如，某些抗癌药物的治疗可能会导致特定miRNA的表达改变，通过检测这些miRNA的变化，可以评估药物的疗效。

• 预后判断：miRNA 的表达水平还可以作为患者预后的指标。在队列研究中，对患者进行长期随访，观察miRNA的表达与患者的生存时间、疾病复发率等预后指标的关系，可以确定具有预后价值的miRNA。例如，在一些癌症的队列研究中，发现特定 miRNA 的高表达或低表达与患者的不良预后相关。

说了那么多miRNA在队列研究中的优势，我们后续来看下几个非常典型的miRNA队列案例。

在这篇发表于Circulation Research的研究（拓展阅读：大样本专题7：>20分的miRNA+Olink多组学队列标志物研究套路）中，作者对多中心>400名急性心梗患者血清开展miRNA测序+Olink检测，利用曲线拟合分析找到miR-208b+miR-499+hs-cTnT标志物组合 (AUC=0.957)。

而在这项研究中，作者搜集了多中心>2,000名接受肾脏透析患者，展开miRNA测序，利用决策树学习模型、回归树模型及袋装算法，锁定miR-632 (AUC=0.72) 为终点时间标志物（拓展阅读：大样本专题4：大样本专题4：机器学习预测2000人肾透析miRNA相关心血管疾病风险标志物 | 转录调控专题）。

在这项队列研究中，作者对多中心>400名胰腺导管癌患者展开miRNA测序，使用Logistics回归分析组成一个miRNA panel (AUC=0.98) 提高胰腺导管癌诊断率。传统的CA19-9基础上加上miRNA，可以使得诊断性能得到更大的提升。最终这项研究发表在Gastroenterology上（拓展阅读：大样本专题1：33分杂志教你机器学习挖掘miRNA标志物诊断胰腺导管癌多中心队列研究 | 转录调控专题）。

转运RNA衍生小RNA（tsRNA）是一类由转运 RNA（tRNA）加工而来的非编码小RNA。tsRNA的产生主要有两种方式——

• tRNA片段（tRF）：在特定的核酸内切酶作用下，tRNA被切割成不同大小的片段，这些片段即为tRF。

• tRNA半分子（tiRNA）：在应激条件下，tRNA可以在特定位置被切割成5'和3'两个半分子，形成tiRNA。

tsRNA可以与Argonaute蛋白结合，形成RNA诱导沉默复合体（RISC），通过与靶mRNA结合，抑制其翻译或促进其降解，从而调控基因表达。这种功能与miRNA比较相似。

某些tsRNA还可以直接结合到染色质上，调节基因的转录活性。部分tsRNA还能够与核糖体结合促进翻译，甚至是与核糖体复合物RNP结合。

在细胞应激条件下，如氧化应激、热休克、饥饿等，tsRNA的表达水平会发生显著变化。这些tsRNA可能通过调节基因表达，帮助细胞适应应激环境。例如，在氧化应激条件下，某些tsRNA可以促进抗氧化基因的表达，增强细胞的抗氧化能力。

tsRNA在细胞发育和分化过程中也发挥着重要作用。不同类型的细胞和组织中，tsRNA的表达谱存在差异。研究表明，tsRNA可以调节干细胞的自我更新和分化，以及细胞的命运决定。

此外tsRNA与多种疾病的发生发展密切相关。例如，在癌症中，某些tsRNA的表达水平发生改变，可能作为肿瘤诊断和预后的生物标志物。

总之，tsRNA是一类具有重要生物学功能的非编码小RNA。随着研究的不断深入，tsRNA在基因调控、应激反应、细胞发育和疾病发生发展中的作用将得到更全面的揭示。

piRNA（Piwi-interactingRNA）是一类小分子非编码RNA。而piRNA命名由来是因特异性地与Piwi蛋白结合而得名。Piwi蛋白是Argonaute蛋白家族的一个亚家族，在动物生殖细胞中高度表达。piRNA长度通常为23-31个核苷酸，5′端有尿嘧啶（U）偏好性，3′末端有2′-O-甲基化修饰。与miRNA和siRNA相比，piRNA更长且其生成不依赖于Dicer酶。另外，piRNA前体和由此产生的piRNA序列进化速度快，在物种之间的保守性较低，具有巨大的序列多样性。

通常piRNA有以下几种功能：

• 沉默转座元件：这是piRNA最主要的功能之一。转座元件/转座子是基因组中可以自我复制并在基因序列中移动的特定基因片段，其移动可能会导致基因组损伤，引发各种疾病。piRNA可以与Piwi蛋白形成复合物，在动物生殖细胞的转录水平和转录后水平沉默转座元件，维持生殖细胞基因组的稳定性和完整性。

• 调控基因表达：越来越多的研究发现，piRNA还可以通过与靶mRNA结合，在生殖细胞中调控大量蛋白编码基因的表达，从而参与生殖细胞的发育、分化等过程。

• 其他潜在功能：在一些模式生物的研究中，发现piRNA可能与生物体的干性和再生能力有关，例如在涡虫中；在秀丽隐杆线虫中，piRNA还可能参与跨代遗传。此外，piRNA的失调与多种人类疾病相关，包括不孕症、癌症和神经退行性疾病等。

所以，miRNA想要申请国自然或者发表高水平研究，这几个方向你get到了没？