作为曾经红极一时的研究方向，想必miRNA的大名早已在各位的脑海中留下过或深或浅的印象。这位在中心法则之外影响着基因表达的“幕后黑手”在教科书上虽然占有的篇幅不长，却在生命活动中举足轻重；同样的，它也是个十分重要的考点。在今日，2024 年诺贝尔生理学或医学奖颁给了美国科学家 Victor Ambros 及 Gary Ruvkun，以表彰他们「发现microRNA及其在转录后基因调控中的作用」。趁这个机会，我们一起来聊聊miRNA背后那些我们既熟悉又陌生的故事。

1980年代，麻省理工学院的Horvitz实验室正致力于当时如火如荼的发育生物学研究。彼时，发育生物学家们通过构建突变体，创造了许多奇异的变异生物，例如两对翅膀的果蝇，没有尾巴的老鼠……然而他们的研究对象并不像老鼠一般庞大，甚至比果蝇还要小上个几百倍，只有暴露在显微镜下，这些毫米级别的秀丽线虫才能被人们察觉到它们的存在。

正常情况下，秀丽线虫的发育要经过4个不同的幼体阶段，如同程序预设一样，每只线虫都无法跳过这一过程。在这个实验室，却饲养着两种基因突变的线虫：其中一种表现出发育的早衰，明明应该处于第一阶段的幼体却表现出了表皮充满褶皱的形态，这是晚期发育成熟的线虫的样子，似乎跳过了第一阶段的发育过程；另一种变异线虫则刚好相反，它们一直维持着光滑的外表，似乎发育停留在了第一阶段。

实验室的老板Horvitz一直很好奇这两种突变体背后的调控机制，这一问题同样引起了年轻的学者Victor Ambros的兴趣，在加入Horvitz 实验室之后，他与Gary Ruvkun一起搭档，利用分子克隆技术筛选出了突变体背后的两个关键基因：lin-4 和 lin-14。lin-4基因在发育早期起作用，它的突变会导致很多应该在早期出现的发育事件延迟，发育停留在幼虫阶段。同时，lin-14基因的缺失会造成完全相反的结果，线虫越过幼虫期，直接进入了后面的发育过程。

在之后的时间里，Ambros发现lin-4作用于lin-14的上游，且会抑制后者的活性。当时科学界的主流观点认为，蛋白质是行使基因调控功能的不二人选，因此这背后的机制理所应当的是lin-4编码的蛋白质以某种方式抑制了lin-14的表达。然而，令人感到困惑和震惊的是， lin-4 基因产生的RNA分子并不编码蛋白质。

莫非单纯的RNA也能执行调控基因表达的功能？正是这一大胆的猜想， Ambros 与 Ruvkun叩响了诺奖的大门。

之后的研究发现，lin-4基因真正起作用的关键部分，竟然是两种微型的RNA（microRNA，或miRNA）。其中一种只有61个碱基，比当时已知最短的功能性RNA（75个碱基）还要短。另一种RNA则更夸张，它只有22个碱基。随后人们发现，只有22个碱基的miRNA才是功能的真正执行着，而这一miRNA恰恰是由稍微长一点的那条miRNA剪切而来。

从最初发表突变体论文以来的12年间，Ambros 与 Ruvkun为首的团队逐渐揭示了lin-4由宏观到微观的调控原理。类似的，通过miRNA与mRNA结合来抑制转录的机制也逐渐被世界各地的学者证实在生物界广泛存在。

考点链接

miRNA名词解释：

microRNA（miRNA）是一类长度约为19-25nt的内源性非编码RNA，广泛参与基因转录后调控活动，其中多数miRNA具有高度序列保守性、表达时序性和组织特异性。最近的研究表明miRNA参与各种各样的调节途径，包括发育、病毒防御、造血过程、器官形成、细胞增殖和凋亡、脂肪代谢等，具有重要的基因表达调控作用。

miRNA产生过程：

在动物细胞中，miRNA首先在细胞核内转录出较长的初级miRNA（primary miRNA, pri-miRNA），然后在核内由Drosha加工成60~70个核苷酸的发夹状RNA，即前体miRNA（miRNA precusor, pre-miRNA），在Exprotin-5复合物的帮助下被转运出胞核，在胞浆中由Dicer剪切成为成熟miRNA，随即被整合进RNA沉默复合物（RISC）中，基于与mRNA完全或不完全配对来调节基因表达。

miRNA的作用机制：

1）翻译抑制

miRNA与靶mRNA不完全互补，可导致miRNA在蛋白质翻译水平上抑制靶基因表达（哺乳动物中比较普遍）。

2）mRNA的降解

miRNA也有可能影响mRNA的稳定性。如果miRNA与靶位点完全互补（或者几乎完全互补），那么这些miRNA的结合往往引起靶mRNA的降解(在植物中比较常见)。通过这种机制作用的miRNA的结合位点通常都在mRNA的编码区或开放阅读框中。每个miRNA可以有多个靶基因，而几个miRNAs也可以调节同一个基因。

3）转录调控

表观遗传是指在核酸序列水平上不涉及基因组改变的遗传变化。最近研究发现表明， miRNA影响基因启动子的CpG岛甲基化作用，在转录水平直接对靶基因进行调控作用。