的新的生物活性小分子北京大学医学部生理学和病理生理学

1循环microRNA---参与机体稳态调节的新的生物活性小分子北京大学医学部生理学和病理生理学系北京大学第一医院临床医学研究所唐朝枢2代谢分子系统——机体稳态维持的第四大调节系统Homeostasis(CannonM1887-1945):Thevariousphysiologicarrangementswhichservetorestorethenormalstate,onceithasbeendisturbed.•3大调节系统：神经系统—通过递质、调质进行反射弧调节•内分泌系统：激素通过分泌方式进行体液调节•免疫系统：体液和组织免疫，细胞因子（Autoregulation:是调节方式不是系统）3大系统相互作用的网络调节维持机体内环境稳定（动态平衡）3代谢底物——（中）产物-------终产物（机体利用，‘废物’排除）•这些分子（群）不仅为物质和能量代谢所必需，还参与机体稳态调节•这些分子（群）不仅在代谢紊乱时有病理意义，对正常生理调节有重要意义•上帝不创造‘废物’---代谢终产物废物‘不废’•与已知的3大调节体系共同组成网络调节4•蛋白质水解成活性多肽和活性氨基酸；单氨基酸代谢产物分子家系（如蛋氨酸，精氨酸…）•磷脂代谢产生的磷脂介质分子（AAs，PGs，LTs，EET，LPA，LPC）•脂肪代谢分子（自由脂肪酸？）•多糖代谢分子？•气体分子•机体‘体外器官’—肠道菌丛（元基因组）代谢分子•核酸分子•其它物质代谢分子？体液因子效应，细胞内效应5DefinitionofmicroRNAs(Berezikov,Eetal.,NatureGenetics2006)1、miRNA小，成熟体只有22(21-25)个核苷酸左右2、miRNA前体结构具有一定特点，稳定性高，没有大的内环或有较长主干和发卡环等3、内源性的，其生物合成和作用有一定的特点（有dicer酶切，RISC指导发挥作用等）4、miRNA一般是保守的（*2006年前发现的miRNA大部分是保守的，随后发现很多miRNA是不保守的)6miRNA生物合成和作用机制7•转录因子转录---pri-miRNA---Drosha等酶切---pre-miRNA---Exportin蛋白等转运出核到细胞浆---Dicer酶等的处理---成熟miRNA.最后由RISC复合物引导去结合靶基因mRNA的3’非翻译区终效应：1.抑制靶mRNA的翻译，2.直接降解靶mRNA•其他通路，如miRNA结合Exon、5‘非翻译区等区域，miRNA有时还会激活靶mRNA8miRNA:转录后的基因调控Trans-actingTranscriptionfactorspostTrans-actingmiRNAs基因mRNA蛋白质转录翻译9miRNA研究的历史：标志性事件整个生物医学领域第一个miRNA（lin-4）被发现1993miRNA在发育中的作用2000miRNA功能：增殖、凋亡、分化、代谢、病毒感染。。。2003miRNA和疾病2005miRNA和药物等环境因子相互作用；血液miRNA作为疾病诊断或预后的分子标记物2008关于miRNA的研究开始兴起200220102011早期研究更多的关注在最基本的生物学上，后来逐渐关注医学问题。10miRNA和医学疾病发生发展中的作用机制疾病诊断疾病分型疾病治疗miRNA-环境因子（药物、病毒）相互作用miRNA在生物医学中的意义11理解心血管疾病发生发展的机制12疾病诊断:循环系统miRNA可以作为心血管系统疾病的生物标记物来自日本的一项研究发现血浆miR-208可以作为心肌损伤的标记物13疾病分型、易感•遗传水平•表达水平比利时的一项研究发现Texel绵羊myostatin基因3’UTR的一个G-A突变产生了肌肉特异表达miR-1和miR-206的结合位点，从而使肌肉中myostatin基因表达水平下降，从而Texel绵羊产肉量高。14另一个例子：SNP(rs11614913)athsa-miR-196a-2疾病人群文献非小细胞肺癌中国Hu,etal.,2008,JClinInvest.肺癌中国Tian,etal.,2009,CancerEpidemiolBiomarkersPrev.先天性心脏病中国Xu,etal.,2009,HumMutat.乳腺癌美国Hoffman,etal.,2009,CancerRes.胃癌中国Peng,etal.,2010,DigDisSci.胶质瘤中国Dou,etal.,2010,JCancerResClinOncol.头颈癌美国Christensen,etal.,2010,ClinCancerRes.肝癌中国Li,etal.,2010,Pathology.肠癌中国Zhan,etal.,2011,ArchMedRes.丙肝中国Hong,etal.,2010,ZhonghuaShiYanHeLinChuangBingDuXueZaZhi.肝癌土耳其Akkiz,etal.,2011,JViralHepat.15microRNA和环境因子（病毒、药物、饮食、吸烟、喝酒等）朝阳医院蔡军副教授课题组发现人巨细胞病毒（HCMV）及其编码的microRNA与原发性高血压有关。16来自复旦大学的朱依纯发现硫化氢是心肌肥大的直接抑制剂，其通过升高miR-133a并抑制细胞内ROS的升高来起作用。17microRNA直接作为药物？南京大学张辰宇发现植物（水稻）miRNA可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织。进一步发现miR168a调控肝脏LDLRAP1。18CirculatingMicroRNAs•既往：miRNA在细胞内发挥作用。细胞外广泛存在RNase酶，迅速降解miRNA•2008年Lawrie在血清中发现miRNA.以后实验证明miRNA广泛而稳定地存在于细胞外液，包括血清、血浆和组织间液中。正常人血循环中约含100-270多种miRNAs•它们不仅是细胞内基因转录和表达的调节分子，还是细胞之间信息传递的信号分子，这为miRNA功能研究又揭示了新的一页，开辟了一个新的领域19Why循环miRNA作为新一类的信号分子，在体内起着胞内分泌、自/分泌和循环分泌(内分泌)的作用：1.将激素样分子从蛋白、多肽、氨基酸、甾体、脂质和气体分子等，扩展到核酸（RNA和DNA）2.将信号分子的作用，从细胞外传递和功能调节，直接传递到细胞和细胞核内，以直接进行基因调控3.将信号分子的作用扩展到从基因到细胞到器官，从功能到表型的整个细胞分子生物学的全过程4.将miRNA的作用，从细胞内的基因调控，扩展到细胞间和远隔组织的功能调节。为内环境自稳态调节注入新的理念20What研究循环miRNA作为信号分子的生理和病理生理学意义1.其生成、来源、贮存和释放的机制及其自主和反馈调节2.其载体、转运和稳定性及其调节3.其存在形式、内含、组谱、相互关系和调节4.其与受体细胞和靶分子结合的机理、特性和细胞内转输和代谢5.其细胞和分子作用的特异性、靶向型、选择性和普遍性216.其在细胞内外的代谢、降解、再利用的途径和机理7.其与神经、内分泌和免疫系统相互关系和网络调节8.其组分的网络联系和细胞功能与表型的相互关系9.其和细胞外液中其他核酸和小分子RNA的特性、功能、生理和病生理学的作用10.其作为Biomarkers和Targets在临床疾病诊断、防治和新药发现22循环miRNAs的研究进展：3年累计发表SCI论文300篇，对其特性、来源、分泌、运转和作用有了初步了解包括：循环miRNAs的表达谱，主动（Ceramide-dependent）和被动分泌，Microparticles、Exosomes、Microvesicies、Ago2-蛋白复合体和HDL的运载体，神经酰胺和nSMas2的分泌调控，以及受体结合、膜融合和内吞等进入受体细胞的机理和在受体细胞内转运及作用方式等特别是循环miRNAs作为肿瘤、心血管病、糖尿病、退行病变等各种疾病的Biomarkers，开始试用于临床疾病的预测和诊断等23How循环miRNAs有别于一般的介质信号分子.载体的内容、成分和作用复杂。一个Exosome、微囊和包裹体可能含有几~几十种miRNAs。一种miRNA可以调控几十种细胞和几百种基因。细胞不同，条件不同，其载体所含miRNA的成分、数量、分泌、运载方式和作用亦可能不同。不同的运输载体，进入受体细胞的方式和作用亦可能不同。受体细胞接受miRNA方式不同，其作用亦异miRNA其本身还有序列的变异、修饰和表达的变化。其含量还受着合成和降解，前体和代谢的影响24循环miRNAs的研究是一个系统工程循环miRNAs检测的方法是关键，目前多采用qRT-PCR、NorthernBlot、miRNA芯片和高通量测序法。qRT-PCR快速、高效、简便、灵敏、特异，但不够广谱和高通量。芯片和测序，广谱和高通量，但重复性差，只能半定量。两者需要结合使用研究循环miRNAs需要开创新的检测和研究方法，既广谱又特异，既定性更定量；既静态又动态，既能分子成像又可示踪观察等作为信号调节分子，还应与其前体、运输、与受体结合、作用、降解等上下游系统相结合研究才更有意义25Biomarker研究生物信息学分析差异筛查确定可能的靶分子临床pilotstudy大样本临床试验实验室研究多中心试验验证Biomarker26心血管疾病血管系统中约有300多种miRNA，调控着心血管系统50%以上的基因，在心血管细胞和组织的发育、增殖、迁移、凋亡、代谢、损伤、再生、修复和表型变化过程中，发挥着十分重要的作用，参与所有心血管疾病，包括动脉粥样硬化、高血压、心律失常、心肌纤维化、心肌肥厚、心功能不全等疾病的发病和发展过程27目前作为心血管疾病诊断的循环miRNAs主要有：冠心病miR133a,miR-208a,miR199,miR-27miR-126,miR-17,miR92a,miR-155,miR145,miR-147急性心肌梗塞miR-1291,miR-6636,miR-499,miR-208,miR-423,miR-133a,miR-21,miR-133b,miR-30c,miR-145,miR-1，miR-122,miR-375,miR-233急性冠状动脉综合症miR-1,miR-133ab,miR-208b心功能不全miR-126,miR-423-5p,miR-208,miR-499,miR-29,miR-122，miR-199,miR-23miR-1,miR-133,miR-9心房纤颤miR-328，miR-26,miR-1,miR-133,miR-59028心肌炎miR-208b,miR-499心肌肥厚miR-1,miR-208,miR-23,miR-1996,miR-27a心肌纤维化miR-21,miR-30c,miR-33,miR-29b脑卒中miR-124,Let-7c,miR-16,miR-76,miR-19b,miR-23a,miR-103,miR-1066高血压miR-296-5p,Let-7e,miR-UL112肥胖miR-221,miR222,miR-17,miR-132miR-103,miR-143糖尿病miR-126,miR-15a,miR-29b,miR-223,miR-28-39再狭窄Let-7,miR-9,miR-299,miR-16,miR-7心血管药物治疗miR-146(ARB),miR-221/222(他汀),Let-7,miR-16,miR-30,miR-135,miR-30(Aspirin),miR-16,miR-125b(Warfarin)29谢谢大家！