微小RNA：小小的基因調(diào)控者

生命是宇宙中的一大奇跡，控制生命生生不息的密碼是基因。那么，又是什么在控制基因？科學(xué) 家發(fā)現(xiàn)RNA是基因調(diào)控的主要參與者，微小RNA是其中之一。美國(guó)科學(xué)家維克托·安布羅斯和加里·魯夫坎是微小RNA的發(fā)現(xiàn)者，他們因此獲得了2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

微小RNA的發(fā)現(xiàn)，為我們理解生命的奧秘開(kāi)啟了一扇嶄新的大門。

什么是微小RNA

RNA的中文名為核糖核酸，它們是生物體內(nèi)一類極其重要的生物大分子。RNA不僅種類繁多，而且其結(jié)構(gòu)也比DNA（脫氧核糖核酸）要復(fù)雜得多。RNA在蛋白質(zhì)生物合成中扮演著 重要角色，對(duì)基因表達(dá)和細(xì)胞功能進(jìn)行調(diào) 節(jié)，并在生物進(jìn)化中起重要作用。

在微小RNA被發(fā)現(xiàn)之前，科學(xué)家對(duì)基因調(diào) 控已經(jīng)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究。基因調(diào)控是生物體 內(nèi)控制基因表達(dá)的機(jī)制，是遺傳學(xué)研究的重 要領(lǐng)域。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，基因調(diào)控的主要過(guò) 程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使RNA的翻譯。然而，隨 著研究不斷深入，人們逐漸意識(shí)到，基因調(diào) 控遠(yuǎn)比想象的復(fù)雜。如今，科學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識(shí) 到，微小RNA在基因調(diào)控中發(fā)揮著不可或缺的 作用。

微小RNA是RNA大家族中的一員，它們是 由19～24個(gè)核苷酸組成的單鏈分子，其長(zhǎng)度 只有7納米左右。它們雖然不直接編碼蛋白 質(zhì)，但是在調(diào)控基因方面能力非凡?？茖W(xué)家 估計(jì)，在哺乳動(dòng)物的基因中，大約有30%編碼 蛋白質(zhì)的基因受到微小RNA的調(diào)控。有趣的是，一個(gè)微小RNA可以調(diào)控許多不同基因的表達(dá)，而一個(gè)基因也可能受到多個(gè)微小RNA的調(diào) 控，這種默契的配合讓生命的運(yùn)轉(zhuǎn)更加精確 和高效。

目前，科學(xué)家在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千種 微小RNA。從綠油油的植物到活蹦亂跳的動(dòng)物，從低等的細(xì)菌到高等的人類，微小RNA 無(wú)處不在。從細(xì)胞的分化凋亡到機(jī)體的生長(zhǎng) 發(fā)育，從植物的茁壯成長(zhǎng)到動(dòng)物的免疫防 御，都有微小RNA忙碌的“身影”?？梢哉f(shuō)，微小RNA是生命大戲中不可或缺的重要角色。

發(fā)現(xiàn)微小RNA

早在20世紀(jì)80年代末，安布羅斯和魯夫 坎就在諾貝爾獎(jiǎng)得主羅伯特·霍維茨的實(shí)驗(yàn) 室，對(duì)秀麗隱桿線蟲(chóng)展開(kāi)了細(xì)致研究。

秀麗隱桿線蟲(chóng)是一種不起眼的小蠕蟲(chóng)， 但正是它們促成科學(xué)家對(duì)微小RNA的發(fā)現(xiàn)。這 種線蟲(chóng)體形微小，僅約1毫米長(zhǎng)，但是它們擁 有復(fù)雜的細(xì)胞類型和發(fā)育過(guò)程，是研究多細(xì) 胞生物組織發(fā)育和成熟的理想模型。

兩人以無(wú)盡的耐心與敏銳的洞察力，在 研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些有著先天性缺陷的線 蟲(chóng)。這些線蟲(chóng)存在兩種突變基因，其代號(hào)分 別為lin-4和lin-14。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)揭示了驚人的秘密：lin-4基因編碼生成了一種很小的 RNA分子，這種分子只有21個(gè)核苷酸，它雖然 不編碼蛋白質(zhì)，卻能夠抑制lin-14基因的活 性，影響線蟲(chóng)的發(fā)育進(jìn)程。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著 微小RNA作為基因調(diào)控者首次出現(xiàn)在人們的視 野中。

兩人的研究成果于1993年發(fā)表在美國(guó)出 版的《細(xì)胞》雜志上，但當(dāng)時(shí)這一發(fā)現(xiàn)并未 引起科學(xué)界的重視?？茖W(xué)家普遍認(rèn)為這只是 線蟲(chóng)特有的基因調(diào)控機(jī)制，與其他動(dòng)物（包 括人類）的關(guān)系不大。

2000年，魯夫坎的研究小組發(fā)現(xiàn)了另一 種微小RNA，它是由let-7基因編碼生成的。這些微小RNA可以抑制腫瘤，降低癌癥對(duì)人體的傷害。更令人驚奇的是，這種微小RNA在所 有動(dòng)物體內(nèi)都存在。由于涉及癌癥這一普遍 關(guān)注的疾病，安布羅斯和魯夫坎的發(fā)現(xiàn)終于 引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注，極大推動(dòng)了微小 RNA研究領(lǐng)域的發(fā)展。

微小RNA的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

微小RNA目前主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，正在 為疾病的診斷和治療提供新思路。

在診斷方面，某些微小RNA可以作為疾病的生物標(biāo)志物。例如，微小RNA可以用于滴血識(shí)別癌癥，通過(guò)檢測(cè)血液中某些微小RNA的水 平，醫(yī)生可以更早地發(fā)現(xiàn)某些癌癥。這種無(wú) 創(chuàng)的檢測(cè)方法有望革新癌癥的早期診斷。

在治療方面，科學(xué)家正在探索通過(guò)調(diào)節(jié) 人體內(nèi)微小RNA的數(shù)量來(lái)治療疾病。比如，有些癌癥會(huì)讓某些微小RNA變得太多或太少，如 果能讓它們恢復(fù)正常，就可能讓腫瘤變小甚 至消失。

除了癌癥外，微小RNA還與多種遺傳病密切相關(guān)。例如，如果微小RNA的編碼基因發(fā)生突變，可能導(dǎo)致微小RNA的功能異常，從而令人出現(xiàn)先天性聽(tīng)力損失、視力障礙、骨骼異 常等癥狀。通過(guò)基因編輯技術(shù)修復(fù)那些突變 基因，可讓患者聽(tīng)力和視力得到改善，骨骼 逐漸堅(jiān)韌。

此外，微小RNA還在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出潛力。研究表明，通過(guò)操控某些微小RNA，可 以影響干細(xì)胞的分化方向，從而讓組織修復(fù) 和器官再生。例如，微小RNA可以促進(jìn)心肌細(xì) 胞的分化，為心臟病的治療提供新方法。在 神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中，微小RNA可以促進(jìn)神經(jīng) 細(xì)胞的再生和修復(fù)，治療帕金森病、阿爾茨 海默病等疾病。

微小RNA的未來(lái)影響

微小RNA的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)科學(xué)研究帶來(lái)了新 的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?？茖W(xué)家可以通過(guò)研究微小RNA 的作用機(jī)制，深入了解基因調(diào)控的奧秘，揭 示生命的本質(zhì)。例如，研究微小RNA與其他基 因調(diào)控機(jī)制的相互作用，可以更好地理解細(xì) 胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡等生理過(guò)程。

微小RNA的研究不僅推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展， 其臨床意義正在迅速顯現(xiàn)。目前，已有多個(gè) 基于微小RNA的靶向治療藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)階 段，有望在未來(lái)成為癌癥治療的重要手段。 未來(lái)，科學(xué)家將繼續(xù)探索微小RNA的作用機(jī)制，尋找更多與疾病相關(guān)的微小RNA。

此外，微小RNA研究也可能為其他領(lǐng)域帶 來(lái)啟發(fā)。例如，在農(nóng)業(yè)中，通過(guò)調(diào)控植物的 微小RNA，可能培育出抗病蟲(chóng)害或適應(yīng)氣候變化的新品種。在環(huán)境保護(hù)方面，微小RNA可協(xié) 助人們監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)的微妙變化，守護(hù)大自 然的健康與平衡。

微小RNA的發(fā)現(xiàn)與研究，不僅為我們揭示 了基因調(diào)控的新維度，更讓我們對(duì)生命這一 宇宙間最為復(fù)雜的存在，有了更為深刻與細(xì) 膩的理解。在未來(lái)的歲月里，這項(xiàng)研究將繼 續(xù)引領(lǐng)我們探索生命的奧秘，解開(kāi)更多關(guān)于 生命本質(zhì)的謎題。

獲獎(jiǎng)?wù)吆?jiǎn)介

維克托·安布羅斯，1953年出生于美國(guó) 新罕布什爾州，1979年獲得麻省理工學(xué)院博 士學(xué)位，并于1979年至1985年期間從事博士 后研究，2007年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院 士，現(xiàn)任職馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授。

加里·魯夫坎，1952年出生于美國(guó)加利 福尼亞州，1982年獲得哈佛大學(xué)博士學(xué)位， 2008年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，現(xiàn)為哈 佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授。

小詞典

1.DNA即脫氧核糖核酸，是生物細(xì)胞內(nèi)攜帶有合成RNA和蛋白質(zhì)所必需的遺傳信息的一種核酸， 是生物體發(fā)育和正常運(yùn)作必不可少的生物大分子。

2.核苷酸是一類由嘌呤堿或嘧啶堿、核糖或脫氧核糖以及磷酸等三種物質(zhì)組成的化合物，又稱 核甙酸。它主要參與構(gòu)成核酸，許多單核苷酸具有多種重要的生物學(xué)功能，如三磷酸腺苷（ATP）與 能量代謝有關(guān)。