【佳學(xué)基因檢測(cè)】為什么腫瘤基因檢測(cè)除了全外顯子組外，還需納入miRNA基因檢測(cè)？

腫瘤基因檢測(cè)導(dǎo)讀：

miRNA基因檢測(cè)：

一般來說，microRNAs (miRNAs) 控制著 mRNA 的表達(dá)。然而，基因解碼表明，miRNA 也能夠靶向非編碼 RNA，包括長(zhǎng)鏈非編碼 RNA 和 miRNA。后者，稱為 miRNA:miRNA 相互作用，是一種自我調(diào)節(jié)形式。在《為什么腫瘤基因檢測(cè)除了全外顯子組外，還需納入miRNA基因檢測(cè)？》這篇科普介紹中，佳學(xué)基因解碼討論了 miRNA 的三種主要模式：miRNA 調(diào)控：直接、間接和全局相互作用，以及它們?cè)?a href='http://m.alivewithwords.com/cp/zhongliu/' target='_blank'>癌癥生物學(xué)中的意義。佳學(xué)基因解碼還討論了 miRNA:miRNA 相互作用的細(xì)胞類型特異性、當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)方法和生物大數(shù)據(jù)人工智能分析技術(shù)，以及這些策略如何不足以識(shí)別新的 miRNA:miRNA 相互作用。miRNA 的自我調(diào)節(jié)及其對(duì)基因調(diào)控的影響是佳學(xué)基因解碼正在持續(xù)研究的一個(gè)新的領(lǐng)域。

miRNA基因檢測(cè)關(guān)鍵詞: 

RNA 調(diào)控, miRNA 調(diào)控, miRNA:miRNA 相互作用

因?yàn)樗鼈儗?duì)基因表達(dá)的影響、在身體組織和體液中的強(qiáng)大存在以及它們作為疾病生物標(biāo)志物的潛在用途，MicroRNA (miRNA) 在基因解碼的引領(lǐng)下，已經(jīng)成為基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的一個(gè)深度技術(shù)趨動(dòng)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)投入領(lǐng)域。這些小的非編碼 RNA 的典型作用是通過 3' 非翻譯區(qū) (UTR) 中的識(shí)別位點(diǎn)影響信使 RNA (mRNA)，從而調(diào)節(jié)它們的穩(wěn)定性。miRNA 主要通過靶向 mRNA 影響基因表達(dá)水平。miRNA 表達(dá)的任何變化都可能影響靶標(biāo)調(diào)節(jié)的程度，從而影響細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。因此，miRNA 的相對(duì)水平以及由此而產(chǎn)生 mRNA的水平在時(shí)空及組織特異性中變化在癌癥的發(fā)生、藥物研究及其他疾病中具有不可忽視的作用。正因?yàn)榇?，佳學(xué)基因認(rèn)為在腫瘤基因檢測(cè)中，除了外顯子組基因檢測(cè)，還應(yīng)納入miRNA基因檢測(cè)。

基因解碼在miRNA腫瘤基因檢測(cè)中作用在于它揭示出miRNA在人體細(xì)胞內(nèi)由在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的一系列切割階段來產(chǎn)生。初級(jí) (pri)-miRNA 轉(zhuǎn)錄物在細(xì)胞核中被微處理器切割，微處理器是由 Drosha 和 Di George 關(guān)鍵區(qū)域 8 (DGCR8) 組成的催化復(fù)合物 。miRNA基因解碼進(jìn)一步表明，通過 Drosha 與基礎(chǔ) UG 基序的相互作用以及 DGCR8 二聚體與頂端 UGU 基序的比對(duì)，莖環(huán) pri-miRNA 正確定向指導(dǎo)切割。微處理器切割形成前體 (pre)-miRNA，通過 exportin-5 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中（Lund 等人，2004 年）。正是在這里，Dicer（也稱為 DICER1）切割 pre-miRNA（Bernstein et al., 2001 )，得到的雙鏈成熟 miRNA 隨后被 Argonaute (AGO) 結(jié)合 ( Song et al., 2004 )。引導(dǎo)鏈仍然與 AGO 結(jié)合以形成 miRNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物 (miRISC)，而稱為 miRNA* 搭載鏈（又稱為過客鏈、乘客鏈）被去除和降解 ( Schwarz et al., 2003 )。

miRISC 的主要作用是啟用 RNA 干擾 (RNAi) 途徑，由此 miRNA 的種子區(qū)域，從 5' 端跨越 2-8 個(gè)核苷酸 ( Lewis et al., 2003 )，在 mRNA 的 3'UTR識(shí)別 Watson-Crick 互補(bǔ)結(jié)合位點(diǎn) ( Lai, 2002 )。盡管成熟 miRNA 在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生，但研究表明，多達(dá) 75% 的已知成熟 miRNA 同時(shí)存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中（Gagnon 等人，2014 年）。核 miRNA、它們的核輸入機(jī)制和調(diào)控作用雖然已被基因解碼分析，但不是本文要介紹的內(nèi)容。請(qǐng)?jiān)诩褜W(xué)基因官網(wǎng)采用適當(dāng)?shù)年P(guān)鍵詞搜索相關(guān)內(nèi)容。

盡管 miRNA 的主要作用是進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控，但它們對(duì)其他非編碼RNA的控制成為基因解碼對(duì)人體基因信息深入、全面和正確了解的一個(gè)重要來源?；蛐畔⒌慕獯a和解密研究已發(fā)現(xiàn) miRNA 與長(zhǎng)鏈非編碼 RNA (lncRNA)、環(huán)狀 RNA (circRNA) 和假基因相互作用，以誘導(dǎo) miRNA 抑制或增加細(xì)胞對(duì) miRNA 結(jié)合位點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)（Gebert 和 MacRae，2019；Ransohoff 等，2018；烏利茨基，2018 年）。在"為什么腫瘤基因檢測(cè)除了全外顯子組外，還需納入miRNA基因檢測(cè)？"中，佳學(xué)基因解碼總結(jié)了賊近的研究，這些研究證明了 miRNA 實(shí)際上如何調(diào)節(jié)非編碼 RNA，特別關(guān)注它們對(duì)其他 miRNA 的控制。通過另一種 miRNA 進(jìn)行 miRNA 調(diào)控的分子過程以前被稱為 miRNA:miRNA 相互作用（Hill 和 Tran，2018）。在"為什么腫瘤基因檢測(cè)除了全外顯子組外，還需納入miRNA基因檢測(cè)？"中，佳學(xué)基因解碼討論了 miRNA:miRNA 相互作用背后的機(jī)制、它們?cè)诎┌Y發(fā)病機(jī)制中的作用以及當(dāng)前研究方法的中需要進(jìn)一步深入和改進(jìn)的地方。有關(guān) miRNA 與其他非編碼 RNA 相互作用的更多信息，佳學(xué)基因解碼向讀者推薦關(guān)于該主題的其他內(nèi)容（Fabbri 等人，2019 年；Grillone 等人，2020 年；Ulitsky，2018 年；Anastasiadou 等人，2018 年）。

miRNA的發(fā)現(xiàn)：miRNA相互作用

果蠅中的互補(bǔ) miRNA對(duì)于 2004 年新穎被注意到，Watson-Crick 結(jié)合用于鑒定 miR-5 和 miR-6 之間以及 miR-9 和 miR-79 之間的配對(duì)。預(yù)計(jì)這些 miRNA 對(duì)之間的結(jié)合比指導(dǎo) miRNA 和過客 miRNA* 鏈之間的結(jié)合更強(qiáng)（Lai 等，2004）。本研究的作者和其他研究小組提出，互補(bǔ) miRNA 對(duì)的形成會(huì)增加它們的穩(wěn)定性，或阻止靶點(diǎn)調(diào)節(jié)（Lai 等人，2004 年；Guo 等人，2012 年）。

這些 miRNA 對(duì)的鑒定是基于序列分析，并沒有在體外得到證實(shí)。然而，這項(xiàng)研究在理論上確立了 miRNA 可以與其他 miRNA 和非編碼 RNA 結(jié)合，并提出這可能如何改變穩(wěn)態(tài)基因調(diào)控 ( Lai et al., 2004 )。下面討論的后續(xù)工作已經(jīng)確定了在幾種不同機(jī)制下在體外發(fā)生的 miRNA:miRNA 相互作用。miRNA：miRNA 相互作用對(duì)細(xì)胞功能具有廣泛的影響，并且被認(rèn)為為 miRNA 和 mRNA 調(diào)節(jié)增加了另一層。

直接 miRNA:miRNA 相互作用

正如該術(shù)語所暗示的，當(dāng)一個(gè) miRNA 以互補(bǔ)方式結(jié)合另一個(gè)時(shí)，就會(huì)發(fā)生直接的 miRNA：miRNA 相互作用。這已在細(xì)胞質(zhì)中的兩個(gè)成熟 miRNA 之間得到證實(shí)（Chen 等人，2011；Lai 等人，2004），或涉及細(xì)胞核內(nèi)的成熟和 pri-miRNA（Forrest 等人，2010；Tang 等人） ., 2012 ; Wang et al., 2018a ; Zisoulis et al., 2012 ) (圖。1）。

圖。1。

直接 miRNA：miRNA 相互作用。這些發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的兩個(gè)成熟 miRNA 之間或細(xì)胞核中的成熟和初級(jí) miRNA 發(fā)夾之間。這些核相互作用通常會(huì)阻止微處理器的結(jié)合，從而阻止初級(jí) miRNA 的成熟，降低其水平并阻止其靶 mRNA 的沉默。兩個(gè)成熟 miRNA 之間的細(xì)胞質(zhì)相互作用是序列特異性的，并將兩個(gè) miRNA 結(jié)合的 RNA 誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物 (miRISC) 結(jié)合在一起。然而，這種相互作用對(duì) miRISC 活動(dòng)的功能后果尚不有效清楚。

作用機(jī)制

一些研究已經(jīng)調(diào)查了 miRNA 之間的直接結(jié)合作為 miRNA:miRNA 相互作用的一種模式。其中先進(jìn)個(gè)確定 miR-424 和 miR-503 都通過其 pri-miRNA 形式的識(shí)別位點(diǎn)直接調(diào)節(jié) miR-9（Forrest 等，2010）。雖然沒有直接說明，但 pri-miR-9 的靶向意味著這種特殊的相互作用發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)。miR-424 和 miR-503 都被歸類為分化 miRNA，這意味著它們促進(jìn)細(xì)胞分化，而 miR-9 是抗分化的。因此，miR-424 和 miR-503 對(duì) miR-9 的下調(diào)抑制了其將細(xì)胞維持在未分化狀態(tài)的能力，并促進(jìn)了細(xì)胞譜系的定型和生長(zhǎng)（Forrest 等，2010）。

在小鼠中的一項(xiàng)關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，即 miR-709 在細(xì)胞核中結(jié)合 pri-miR-15a/16-1 以調(diào)節(jié)其產(chǎn)生（Tang 等人，2012），引入了 miRNA 層次結(jié)構(gòu)的概念，其中初始組的特定 miRNA 負(fù)責(zé) miRNA 的廣泛轉(zhuǎn)錄后控制。這會(huì)誘導(dǎo)二級(jí) miRNA 的表達(dá)，以繼續(xù)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的級(jí)聯(lián)。該研究還表明，miRNA:miRNA 相互作用可以影響生物發(fā)生途徑，從而改變 miRNA 的產(chǎn)生 ( Tang et al., 2012 )。

Zisoulis 等人在一次交流中發(fā)現(xiàn)了 miRNA 的幾個(gè)重要方面：miRNA 相互作用。（2012 年）。本研究表明，成熟的秀麗隱桿線蟲miRNA let-7可以結(jié)合并調(diào)節(jié)pri-let-7促進(jìn)其產(chǎn)生，形成正反饋回路（Zisoulis et al., 2012）。由于初級(jí) miRNA 的切割發(fā)生在細(xì)胞核中，這一發(fā)現(xiàn)表明成熟的 miRNA 可以遷移到細(xì)胞核中發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，從而引發(fā)對(duì)核 miRNA 的進(jìn)一步研究（Zisoulis 等，2012；Liang 等，2013）。此外，這項(xiàng)研究還表明，miRNA 可以通過控制其未成熟形式來調(diào)節(jié)自身的產(chǎn)生。因此，miRNA:miRNA 相互作用可能在自動(dòng)調(diào)節(jié)中起作用。

兩項(xiàng)關(guān)注 miRNA:miRNA 相互作用的研究表明，成熟 miRNA 與 pri-miRNA 的識(shí)別和結(jié)合會(huì)阻礙微處理器的附著并阻止 pri-miRNA 切割，從而降低其豐度。對(duì)鼠心肌細(xì)胞的分析發(fā)現(xiàn)，pri-miR-484 序列在其轉(zhuǎn)錄本中含有一個(gè) miR-361 的結(jié)合位點(diǎn)，這種結(jié)合阻止了 pri-miR-484 在細(xì)胞核內(nèi)被Drosha切割，從而阻止了心肌細(xì)胞凋亡。等人，2014 年）。賊近的一份報(bào)告發(fā)現(xiàn)，通常在肝臟中表達(dá)的 miR-122 通過控制其初級(jí)轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)來調(diào)節(jié) miR-21 ( Wang et al., 2018a)）。pri-miR-21 轉(zhuǎn)錄本中的 miR-122 識(shí)別位點(diǎn)位于 Drosha 識(shí)別的區(qū)域內(nèi)，miR-122 與 pri-miR-21 的結(jié)合阻斷了 Drosha 介導(dǎo)的切割和加工，賊終減少了成熟 miR-21 的數(shù)量。 21 在細(xì)胞內(nèi) ( Wang et al., 2018a )。這種機(jī)制對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖具有重要意義，因?yàn)?miR-21 是已知的腫瘤抑制因子程序性細(xì)胞死亡 4 (PDCD4) 的調(diào)節(jié)因子（Lu et al., 2008 ; Wang et al., 2018a）。這在肝癌小鼠模型中賊為明顯，其中與野生型 pri-miR-21 相比，添加 miR-122 和突變 pri-miR-21 增加了腫瘤生長(zhǎng)。在這種情況下，pri-miR-21 的突變阻止了 miR-122 定向下調(diào)，并增加了總體 miR-21 水平以促進(jìn)腫瘤發(fā)展（Wang 等人，2018a）。這些 pri-miRNA 序列中 miRNA 結(jié)合位點(diǎn)的例子表明，作用于細(xì)胞核的 miRNA 可能會(huì)干擾 miRNA 的產(chǎn)生，尤其是通過阻斷 Drosha 切割。這可能表明調(diào)節(jié)和協(xié)調(diào) miRNA 表達(dá)的更廣泛的機(jī)制。

另一種直接 miRNA:miRNA 相互作用的方式是通過識(shí)別兩個(gè)成熟 miRNA 內(nèi)的互補(bǔ)序列。例如，miR-107 與抑制腫瘤的 miRNA let-7 內(nèi)的互補(bǔ)序列結(jié)合，從而抑制成熟的 let-7。這兩個(gè)成熟的miRNA形成的雙鏈在其結(jié)構(gòu)中具有一系列凸起，其中內(nèi)部環(huán)對(duì)于相互作用至關(guān)重要（Chen et al., 2011）。然而，這種相互作用引發(fā)了關(guān)于兩個(gè)成熟 miRNA 在被 miRISC 結(jié)合時(shí)如何進(jìn)行結(jié)合以及 miRISC 成分的作用的問題。一項(xiàng)研究表明，Argonaute 2 (AGO2) 中的氨基酸殘基可以讓 miRNA 與非規(guī)范靶標(biāo)結(jié)合并有助于 miRNA 合作（Flamand et al., 2017）。雖然這尚未在 miRNA:miRNA 相互作用的背景下進(jìn)行測(cè)試，但可能是這種機(jī)制負(fù)責(zé)結(jié)合兩個(gè) AGO2 復(fù)合物。此外，一些關(guān)于 miRNA:miRNA 相互作用的研究提出了它們可能增加 miRISC 穩(wěn)定性的觀點(diǎn)。與目標(biāo)的規(guī)范結(jié)合通常會(huì)導(dǎo)致 miRISC 穩(wěn)定，而非規(guī)范結(jié)合會(huì)導(dǎo)致其不穩(wěn)定（Park et al., 2017）。因此，兩個(gè) miRNA 的直接結(jié)合可能有助于穩(wěn)定和防止 miRNA 降解。

這些例子顯示了 miRNA:miRNA 相互作用的可變性，并提出了與 pri-miRNA 和成熟 miRNA 之間這種調(diào)節(jié)模式的程度有關(guān)的問題。此外，核 miRNA 執(zhí)行轉(zhuǎn)錄后沉默的正確機(jī)制，包括其他 miRNA 的機(jī)制（Tang 等人，2012 年；Wang 等人，2018a，2014 年；Zisoulis 等人，2012 年）)，仍有待充分理解。由于多項(xiàng)研究描述了成熟 miRNA 與 pri-miRNA 鏈的結(jié)合，這種結(jié)合機(jī)制可能代表了一種尚未有效探索的更廣泛的 miRNA 調(diào)節(jié)模式。兩個(gè)成熟 miRNA 結(jié)合背后的機(jī)制以及它如何調(diào)節(jié)兩個(gè) miRNA 的 RISC 成分也尚未得到解釋。

對(duì)疾病的影響

幾種直接的 miRNA:miRNA 相互作用與疾病發(fā)展有關(guān)。成熟的 let-7 miRNA 受 miR-107 控制。因?yàn)?let-7 是一種腫瘤抑制因子，它的下調(diào)和 miR-107 的抑制導(dǎo)致其靶癌基因的豐度增加，有助于下游腫瘤發(fā)生 ( Chen et al., 2011 )。同樣，由于 miR-484 在心肌細(xì)胞凋亡中的作用 ( Wang et al., 2012 )，miR-361 和 miR-484 之間的直接相互作用對(duì)心肌梗塞等心臟病具有影響 ( Wang et al., 2014 ) . 此外，miR-503 和 miR-484 對(duì) pri-miR-9 的下調(diào)促進(jìn)了細(xì)胞譜系的確定（Forrest 等人，2010）。如果這種相互作用被破壞，miR-9就會(huì)上調(diào)，導(dǎo)致癌細(xì)胞典型的未分化狀態(tài)。

另一種致癌 miRNA，miR-21，在大多數(shù)實(shí)體惡性腫瘤中過度表達(dá)。在非癌性肝細(xì)胞中，miR-21 處于 miR-122 介導(dǎo)的抑制作用下，這會(huì)增加 miR-21 靶基因PDCD4的表達(dá)，從而控制細(xì)胞增殖。然而，如果 miR-122 調(diào)節(jié)缺失，miR-21 表達(dá)增加，導(dǎo)致 PDCD4 水平下降，從而導(dǎo)致癌癥表型（Lu 等人，2008 年；Wang 等人，2018a）。miR-21 上調(diào)影響細(xì)胞增殖和大小，并允許癌細(xì)胞繼續(xù)生長(zhǎng)和存活。因此，miR-122 和 pri-miR-21 之間的 miRNA:miRNA 相互作用對(duì)于控制細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞周期和預(yù)防致癌變化至關(guān)重要。

由于討論的許多 miRNA:miRNA 相互作用涉及將成熟 miRNA 運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核以調(diào)節(jié) pri-miRNA，因此確定 miRNA 運(yùn)輸是否在癌細(xì)胞中發(fā)生改變非常重要。中斷 miRNA 的核輸入將阻止 pri-miRNA 靶向，并可能改變其靶 miRNA 和 mRNA 的表達(dá)，從而增加致癌改變的級(jí)聯(lián)。這方面的一個(gè)例子已經(jīng)被證明，其中 importin 8 的敲低阻止了 miR-709 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，隨后增加了 miR-15a/16-1 的水平 ( Wei et al., 2014）。建議進(jìn)一步研究確定 miRNA 在癌細(xì)胞中與正常生理水平相比的核和細(xì)胞質(zhì)分布，以評(píng)估是否對(duì) miRNA 和 mRNA 表達(dá)有影響。

間接 miRNA:miRNA 相互作用

盡管討論的幾項(xiàng)研究表明 miRNA 能夠在其生物發(fā)生的不同階段直接調(diào)節(jié) miRNA，但 miRNA:miRNA 相互作用也可以通過間接方式發(fā)生。圖 2）。

圖 2。

間接 miRNA：miRNA 相互作用。這些相互作用是通過 miRNA 定向抑制 miRNA 生物發(fā)生途徑成分或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子而發(fā)生的。生物發(fā)生成分的抑制對(duì)特定 miRNA 的產(chǎn)生產(chǎn)生影響，而不是對(duì)整體 miRNA 產(chǎn)生的預(yù)期負(fù)面影響。靶向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)劑可能包括轉(zhuǎn)錄因子、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶和阻遏物。

轉(zhuǎn)錄因子的作用

一種這樣的 miRNA:miRNA 相互作用途徑是轉(zhuǎn)錄控制及其對(duì) miRNA 產(chǎn)生的影響。在該模型中，miRNA 靶向編碼轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子（如轉(zhuǎn)錄和甲基化因子）的 mRNA 的 3'UTR，以誘導(dǎo)其表達(dá)發(fā)生變化。通過這種方式，一個(gè) miRNA 可以通過作為基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的一部分控制其轉(zhuǎn)錄或調(diào)控途徑來調(diào)節(jié)另一個(gè) miRNA 的表達(dá)（Song et al., 2015）。因此，這種 miRNA:miRNA 相互作用是由二級(jí)轉(zhuǎn)錄控制引起的，而不是直接相互作用。

這種調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)個(gè)例子在小鼠成年心肌細(xì)胞中得到證實(shí)，其中 miR-208a 調(diào)節(jié)了 miR-208b 和 miR-499 的轉(zhuǎn)錄 ( van Rooij et al., 2009）。在這里，miRNA 編碼在各種肌球蛋白基因的內(nèi)含子中。在快速肌球蛋白基因中編碼的 miR-208a 能夠負(fù)調(diào)節(jié)負(fù)責(zé)沉默含有 miR-499 和 miR-208b 的慢速肌球蛋白基因轉(zhuǎn)錄物表達(dá)的阻遏物。miR-208a 的增加會(huì)降低慢肌球蛋白基因抑制因子的可用性，從而降低 miR-499 和 miR-208b 的上調(diào)。在心臟中，miR-208b 上調(diào)需要額外存在壓力信號(hào)，例如鈣或甲狀腺功能減退，但 miR-499 的激活不需要外部刺激。這些 miRNA 的增加通過靶向阻遏物誘導(dǎo)慢肌基因的表達(dá)。慢肌基因的激活放大了包含 miR-499 和 miR-208b 的基因表達(dá)的信號(hào)。van Rooij 等人，2009 年）。這是先進(jìn)個(gè)通過 miRNA 介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子和阻遏物控制引入 miRNA 調(diào)節(jié)概念的研究（van Rooij 等人，2009 年；Zhang 和 Zeng，2010 年）。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)涉及 miR-20a 和 E2 因子 (E2F) 家族的轉(zhuǎn)錄因子的自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)，它們是重要的細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)劑。在這種反饋機(jī)制中，含有 miR-20a 的 miR-17-92 家族調(diào)節(jié) E2F 基因的表達(dá) ( Sylvestre et al., 2007 )。同時(shí)，E2F 成員 E2F1、E2F2 和 E2F3 通過與其啟動(dòng)子結(jié)合激活 miR-20a 的表達(dá)。通過這種方式，miR-20a 水平的增加抑制了 E2F 轉(zhuǎn)錄因子的產(chǎn)生，隨后降低了 miR-20a 轉(zhuǎn)錄。作者提出，這種機(jī)制的主要作用是調(diào)節(jié) E2F 基因的表達(dá)以防止細(xì)胞凋亡 ( Sylvestre et al., 2007）。然而，這個(gè)反饋回路也突出了轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的間接 miRNA 自動(dòng)調(diào)節(jié)。

賊近對(duì)肺癌細(xì)胞的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤抑制因子 miR-660-5p 通過小鼠雙分鐘 2 (MDM2) 和 p53 (也稱為 TP53) 控制 miR-486-5p 的表達(dá) ( Borzi et al., 2017 ) . 在該模型中，miR-660 沉默其直接靶標(biāo)MDM2，從而導(dǎo)致 p53 增加（Borzi 等人，2017 年）。因?yàn)?p53 是一種參與 miRNA 生物發(fā)生的轉(zhuǎn)錄因子，并且是一種有效的腫瘤抑制因子，它在 MDM2 沉默時(shí)的激活會(huì)啟動(dòng) miR-486-5p、miR-29 和 miR-34 家族的轉(zhuǎn)錄（Borzi 等人，2017） . 因此，該網(wǎng)絡(luò)通過它們對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控的控制證明了 miRNA:miRNA 調(diào)節(jié)的更廣泛影響。

除了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子外，miRNA 還可能通過誘導(dǎo)表觀遺傳標(biāo)記的變化來影響其他 miRNA 的產(chǎn)生。一項(xiàng)對(duì)舌鱗狀細(xì)胞癌組織的研究表明，miR-29b 下調(diào) DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶基因DMNT3B，進(jìn)而改變 miR-195 啟動(dòng)子的甲基化模式。這誘導(dǎo)了 miR-195 產(chǎn)生的增加，產(chǎn)生了一個(gè)正調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中 miR-29b 的上調(diào)增加了 miR-195 的水平。由于這兩種 miRNA 都是在癌癥中下調(diào)的腫瘤抑制因子，這種機(jī)制可能為舌鱗狀細(xì)胞癌提供治療窗口（Jia et al., 2016）。這些例子展示了通過轉(zhuǎn)錄因子、啟動(dòng)子和表觀遺傳學(xué)間接控制 miRNA 如何對(duì) miRNA 表達(dá)產(chǎn)生更廣泛的影響，以及影響包括癌癥發(fā)展在內(nèi)的多種細(xì)胞途徑的能力（Ali Syeda 等人，2020 年）。

miRNA生物發(fā)生成分的作用

miRNA 可以調(diào)節(jié) miRNA 生物發(fā)生途徑成分的表達(dá)，這些成分已被證明會(huì)影響幾種 miRNA 的產(chǎn)生，并且可能會(huì)影響細(xì)胞系統(tǒng)中 miRNA 的整體豐度。一項(xiàng)針對(duì)上皮性卵巢癌的研究表明，miR-98-5p 可以通過靶向 Dicer 的 mRNA 轉(zhuǎn)錄物來調(diào)節(jié) miR-152 的表達(dá)，形成間接的 miRNA:miRNA 相互作用（Wang et al., 2018b）。該研究表明，miR-152 水平會(huì)隨著 miR-98 過表達(dá)和 Dicer 敲低而發(fā)生變化。然而，由于 Dicer 參與該途徑，預(yù)計(jì)該系統(tǒng)中大多數(shù) miRNA 的表達(dá)水平會(huì)發(fā)生變化（Song 和 Rossi，2017 年），并且這種調(diào)節(jié)方式將不限于 miR-152 .

另一項(xiàng)研究還調(diào)查了涉及生物發(fā)生途徑成員 AGO2 的間接 miRNA：miRNA 相互作用（Leonov 等人，2015 年）。在人真皮淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞中，當(dāng)被肉豆蔻酸佛波醇 (PMA) 激活時(shí)，miR-132 會(huì)抑制 AGO2。相反，抑制 miR-132 會(huì)導(dǎo)致 AGO2 增加。miR-132 的 PMA 激活還導(dǎo)致 miR-221 減少和 miR-146a 增加，隨后抑制 miR-132 使 miR-221 和 miR-146a 升高。這些 miRNA 表現(xiàn)出隨著 AGO2 的降低而降低成熟與前 miRNA 的比率，這意味著它們的成熟鏈不太豐富（Leonov 等人，2015）。然而，該研究還強(qiáng)調(diào)，其他調(diào)節(jié)機(jī)制也可能有助于觀察到 miR-221 和 miR-146a 的變化（Leonov 等人，2015 年）。這些 miRNA 之間的相互作用對(duì)炎癥和血管生成有影響，因?yàn)榇傺苌?miR-132 促進(jìn)了抗血管生成 miR-221 的減少和炎癥 miR-146a 的增加（Leonov 等，2015）。

這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)，盡管 miRNA 本身對(duì) miRNA 生物發(fā)生途徑成分的下調(diào)可能導(dǎo)致 miRNA 豐度的整體下降，但研究人員更普遍地觀察到這種機(jī)制僅影響選定的 miRNA。對(duì)于生物發(fā)生途徑的幾個(gè)成員，例如 Drosha，miRNA 靶位點(diǎn)尚未經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（Chou 等人，2018 年；Kishore 等人，2011 年）。有人建議，如果 Drosha 受到 miRNA 的負(fù)調(diào)控，由于其在 miRNA 產(chǎn)生中的關(guān)鍵作用，這將對(duì) miRNA 組產(chǎn)生影響。在文獻(xiàn)中也很明顯，對(duì) miRNA 的改變及其產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞相互作用和功能的總體影響缺乏了解。

對(duì)癌癥的影響

幾種 miRNA：miRNA 相互作用被整合到對(duì)癌癥進(jìn)展至關(guān)重要的途徑中。這種相互作用包括 miR-205 和 miR-184 之間的相互作用，其介導(dǎo)含有脂質(zhì)磷酸酶 SH2 的磷酸肌醇 5'-磷酸 2 (SHIP2；也稱為 INPPL1) 的水平 ( Yu et al., 2008 )。這兩種 miRNA 在SHIP2的 3'UTR 內(nèi)具有重疊的結(jié)合位點(diǎn)，由此 miR-184 通過阻止進(jìn)入結(jié)合位點(diǎn)而不誘導(dǎo)調(diào)節(jié)來介導(dǎo) miR-205 驅(qū)動(dòng)的 SHIP2 抑制。然而，在癌癥中觀察到 miR-205 的增加和 miR-184 的減少，這也降低了 SHIP2，特別是在角膜鱗狀細(xì)胞癌中（Yu et al., 2008）。由于 SHIP2 參與 AKT 通路，這對(duì)細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)和凋亡有影響，這意味著這種 miRNA:miRNA 相互作用是癌癥表型的主要貢獻(xiàn)者。

先前描述的涉及 miR-660-5p、MDM2 和 miR-486-5p 的 miRNA：miRNA 相互作用被提議通過穩(wěn)定腫瘤抑制因子 p53 作為肺癌治療的潛在靶標(biāo)（Borzi 等，2017）。除其他功能外，p53 還參與 PI3K-AKT 通路，并且通常在癌癥中失調(diào)。因此，該途徑的破壞會(huì)導(dǎo)致 p53 不穩(wěn)定，從而對(duì)癌癥發(fā)展產(chǎn)生下游影響。博爾齊等人。(2017)提出誘導(dǎo) miR-660-5p 可能是一種潛在的治療方法，因?yàn)樗鼘?duì) MDM2 的抑制將有效地穩(wěn)定 p53，減少腫瘤生長(zhǎng)。

同樣，miR-98 和 miR-152 通過上文討論的 Dicer 調(diào)節(jié)的間接相互作用（Wang 等人，2018b）對(duì)上皮性卵巢癌的化療耐藥性有影響。在這種癌癥類型中，觀察到高水平的 miR-98 和低水平的 miR-152，這導(dǎo)致 DNA 修復(fù)基因RAD51的上調(diào)，促進(jìn)了化療耐藥性 ( Wang et al., 2018b )。小鼠體內(nèi)模型顯示，與僅用 miR-152 或順鉑治療的腫瘤相比，用 miR-152 和化療劑順鉑治療的腫瘤明顯更小，細(xì)胞增殖減少（Wang et al., 2018b）。該研究表明，miRNA:miRNA 相互作用也有助于癌細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和抗治療特性。

已發(fā)現(xiàn)致癌 miRNA miR-21 參與多種 miRNA:miRNA 相互作用；例如，通過間接調(diào)節(jié)結(jié)腸癌中 miR-145 的表達(dá)來維持致瘤性變化（Yu et al., 2015）。miR-21 的增加啟動(dòng) K-Ras 信號(hào)傳導(dǎo)，激活轉(zhuǎn)錄因子 Ras 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白 (RREBP；也稱為 RREB1)，進(jìn)而抑制 miR-145 的轉(zhuǎn)錄 ( Yu et al., 2015 )。因此，在癌癥中觀察到的 miR-21 的增加導(dǎo)致 miR-145 的表達(dá)降低，從而放大了致癌變化。此外，miR-21 水平受 miR-122 靶向其初級(jí)鏈的影響，以防止肝細(xì)胞的致癌變化（Wang 等人，2018a）。

全球 miRNA:miRNA 相互作用

我們已經(jīng)討論了一個(gè) miRNA 可以調(diào)節(jié)其他幾個(gè)或整個(gè) miRNA 家族的表達(dá)的想法（Borzi 等人，2017）。然而，很少有研究關(guān)注 miRNA 對(duì)細(xì)胞系統(tǒng)中全局 miRNA 表達(dá)的影響。圖 3）。

圖 3。

全局 miRNA：miRNA 相互作用是由于細(xì)胞內(nèi)控制 miRNA 表達(dá)的反應(yīng)達(dá)到頂點(diǎn)。這些考慮了 miRNA 和 mRNA 表達(dá)的所有直接和間接變化，以響應(yīng) miRNA 表達(dá)的擾動(dòng)。全面理解 miRNA 的復(fù)雜性：細(xì)胞系統(tǒng)中的 miRNA 相互作用涉及多種機(jī)制的整合，以及對(duì) miRNA 和 mRNA 的繼發(fā)性變化的考慮。

在Matkovich 等人的開創(chuàng)性研究中，高階 miRNA：miRNA 相互作用在小鼠心臟細(xì)胞中得到解決。(2013) , 其中下游 miRNA 和 mRNA 變化是針對(duì) miR-499 和 miR-378 進(jìn)行測(cè)量的。miR-499 的轉(zhuǎn)基因過表達(dá)上調(diào)了 11 個(gè) miRNA，下調(diào)了 6 個(gè) miRNA，而 miR-378 上調(diào)了 18 個(gè) miRNA，下調(diào)了 31 個(gè) miRNA。結(jié)果表明 miR-499 和 miR-378 都影響其他心臟 miRNAs 的轉(zhuǎn)錄，盡管不是直接的，因?yàn)槟繕?biāo) miRNAs 的穩(wěn)定性和引導(dǎo)-乘客鏈比沒有受到影響 ( Matkovich et al., 2013)）。在受影響的 miRNAs 中，有 13 個(gè)在 miR-499 或 miR-378 直接靶向的基因內(nèi)編碼，因此在轉(zhuǎn)基因模型中被共同調(diào)控，這解釋了一小部分受調(diào)控的 miRNAs 背后的機(jī)制。提示 miRNA 的其余變化是 miR-499 和 miR-378 靶標(biāo)失調(diào)的結(jié)果。值得注意的是，miR-378 抑制 MAF 和 RORA 轉(zhuǎn)錄因子，導(dǎo)致 miR-99 減少。因此，31 個(gè) miR-99 靶標(biāo)被 miR-378 間接解除調(diào)控（Matkovich et al., 2013）。作者還發(fā)現(xiàn)，在 miR-499 模型中，76 個(gè)下調(diào)的 mRNA（7.8%）是 miR-499 的靶標(biāo)，298 個(gè)（31%）是上調(diào)的 miRNA 的靶標(biāo)。有人提出剩余的 595 個(gè)（75%）下調(diào)的 mRNA 是繼發(fā)性 miRNA 變化的結(jié)果。這是該領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究，因?yàn)樗_定了 miRNA 水平的變化對(duì) miRNA 環(huán)境具有全球影響，導(dǎo)致繼發(fā)性 mRNA 和 miRNA 變化。因此，這項(xiàng)研究拓寬了我們對(duì)驅(qū)動(dòng)間接 miRNA:miRNA 相互作用的機(jī)制的理解。

正如我們上面所討論的，已經(jīng)研究了 miRNA 通過它們對(duì) miRNA 表達(dá)的影響來間接調(diào)節(jié)靶轉(zhuǎn)錄物。沙哈布等人。(2012)在卵巢癌細(xì)胞中過表達(dá) miR-7，并分析了 miRNA 和 mRNA 表達(dá)水平的變化。他們確定了細(xì)胞環(huán)境中的二級(jí)調(diào)控基因 ( Shahab et al., 2012）。然而，問題仍然在于 miRNA 的引入如何以間接和直接的方式影響下游 miRNA 水平。關(guān)于單個(gè) miRNA 變化對(duì) miRNA 組的更廣泛影響已經(jīng)出現(xiàn)了幾種理論，包括 miRNA 基因組編碼區(qū)下游啟動(dòng)子活性的變化、失調(diào)基因中包含 miRNA 序列或轉(zhuǎn)錄因子活性改變的影響（Shahab等人，2012 年）。

賊近的研究觀察到，一種 miRNA 可以調(diào)節(jié)另一種 miRNA 的表達(dá)，以放大對(duì)共同靶點(diǎn)的調(diào)節(jié)作用。肺動(dòng)脈高壓中 miR-130/301 家族表達(dá)水平升高，導(dǎo)致 miR-204、miR-322 和 miR-503 通過過氧化物酶體增殖物激活受體 γ (PPARG) 和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子 3 降低。 STAT3) ( Bertero et al., 2014）。在缺氧條件下，miR-130/301 家族的升高導(dǎo)致 PPARG 有針對(duì)性地降低。在肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞內(nèi)，這會(huì)導(dǎo)致 STAT3 升高，從而導(dǎo)致 miR-204 表達(dá)降低，從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖增加。此外，在肺動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，PPARG 抑制 apelin 以及 miR-424 和 miR-503，也增加了細(xì)胞增殖。這兩種途徑共同促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞增殖，導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓表型。在 miRNA 中觀察到的變化及其對(duì)細(xì)胞增殖的影響表明，許多 miRNA 可能協(xié)同作用以驅(qū)動(dòng)分子變化，從而產(chǎn)生比單個(gè) miRNA 的作用更大的影響（Bertero 等人，2014）。

miRNA 協(xié)同作用的概念意味著存在“主調(diào)節(jié)劑”miRNA，一種影響細(xì)胞系統(tǒng)內(nèi)大多數(shù) miRNA 的 miRNA。因此，主調(diào)節(jié) miRNA 表達(dá)的任何變化也會(huì)改變其協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中的 miRNA。同樣，靶向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的 miRNA 可能會(huì)改變功能相似的 miRNA 的轉(zhuǎn)錄活性，以幫助協(xié)調(diào)反應(yīng) ( Ooi et al., 2017 )。

然而，很少有研究調(diào)查這種 miRNA:miRNA 相互作用現(xiàn)象，尤其是在癌細(xì)胞中。鑒于其對(duì) miRNA 和 mRNA 環(huán)境的巨大整體影響，主調(diào)節(jié)因子和協(xié)同 miRNA 的變化可能對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生可怕的后果，并可能影響癌癥中改變的許多細(xì)胞途徑。因此，重要的是在癌細(xì)胞系統(tǒng)中研究全局 miRNA:miRNA 相互作用。

miRNA：疾病中的miRNA相互作用

上述章節(jié)中討論的許多例子已經(jīng)在癌癥的背景下進(jìn)行了觀察和測(cè)試。然而，關(guān)于 miRNA:miRNA 相互作用的性質(zhì)、它們失調(diào)背后的機(jī)制以及對(duì)它們?cè)诨熌退幈尘跋掠绊懙睦斫猓匀淮嬖趲讉€(gè)問題。

細(xì)胞類型的排他性

鑒于 miRNA 和 mRNA 表達(dá)與細(xì)胞類型相關(guān)，可以假設(shè) miRNA:miRNA 調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)也傳達(dá)了這種特異性。核 miRNA 分布也由細(xì)胞類型決定，因此延伸到核 miRNA:miRNA 相互作用的范圍（Salmanidis 等人，2014 年）。當(dāng)前的預(yù)測(cè)算法沒有考慮到這種區(qū)別（Rock et al., 2019）。因此，來自 miRNA:target 相互作用數(shù)據(jù)庫(kù)的信息可能無法傳達(dá)所研究的細(xì)胞類型，這可能導(dǎo)致在挖掘數(shù)據(jù)時(shí)得出不正確的結(jié)論。這些不正確性也會(huì)影響用于繪制 miRNA:miRNA 網(wǎng)絡(luò)的基因和 miRNA。來自一種細(xì)胞類型的網(wǎng)絡(luò)不能用于推斷另一種細(xì)胞類型。目前，目標(biāo)信息的細(xì)胞特異性和miRNA預(yù)測(cè)是一個(gè)正在進(jìn)行的研究領(lǐng)域，挖掘現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)的研究人員應(yīng)該將細(xì)胞特異性作為關(guān)鍵因素考慮。

失調(diào)背后的機(jī)制

目前，對(duì)于癌癥中 miRNA 的失調(diào)，還沒有一種理論或機(jī)制?？紤]到生理系統(tǒng)的復(fù)雜性，可能有多種機(jī)制在起作用，包括那些涉及 miRNA 生物發(fā)生成分、轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控和 miRNA 鏈內(nèi)突變的機(jī)制。

miRNA 生物發(fā)生途徑成分的異常會(huì)影響 miRNA 的表達(dá)。賊近的一份報(bào)告顯示，Dicer 的 RNase IIIb 結(jié)構(gòu)域內(nèi)的突變耗盡了 5p 鏈 miRNA，這影響了 3p 與 5p 成熟 miRNA 的比率（Vedanayagam 等人，2019 年）。3p 與 5p 比率的改變改變了靶向基因的譜，例如在子宮內(nèi)膜癌中，具有 Dicer 突變的患者的基因被解除抑制，這些基因包含富含 let-7、miR-17、miR-15/16、 miR-29 和 miR-101 家族。盡管罕見，但在其他幾種癌癥（包括膀胱癌、腎癌和子宮癌）中也觀察到 Dicer 突變，并且可能僅在特定組織中提供選擇性優(yōu)勢(shì)（Vedanayagam 等，2019）。這項(xiàng)研究提出了 miRNA:miRNA 網(wǎng)絡(luò)如何響應(yīng)鏈選擇的變化而改變的問題，因?yàn)檫@會(huì)影響靶基因和下游轉(zhuǎn)錄因子和 miRNA 的表達(dá)。

同樣重要的是要考慮抑制 miRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞核是否會(huì)影響 miRNA 靶向 pri-miRNA 或基因啟動(dòng)子的程度。在 exportin-5 功能喪失突變的情況下，pre-miRNA 無法運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中，導(dǎo)致成熟 miRNA 水平下降（Kim et al., 2016）。因此，假設(shè)成熟 miRNA 的減少可能會(huì)影響兩個(gè)細(xì)胞區(qū)室中的 miRNA:miRNA 相互作用，從而導(dǎo)致癌癥表型 ( Hata and Kashima, 2016 )。

在全基因組范圍內(nèi)，超級(jí)增強(qiáng)子的丟失或獲得對(duì) miRNA 和基因表達(dá)有廣泛的影響，超級(jí)增強(qiáng)子是包含多個(gè)增強(qiáng)子元件并共同結(jié)合多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的基因組位點(diǎn)（Suzuki et al., 2017）。在正常生理?xiàng)l件下，超級(jí)增強(qiáng)子控制決定細(xì)胞類型的基因和 miRNA 的轉(zhuǎn)錄。如果改變，這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞特異性喪失，這是典型的致癌作用（Matsuyama 和 Suzuki，2019 年）。決定細(xì)胞類型的 miRNA 的減少導(dǎo)致先前以較低水平表達(dá)的 miRNA 的增加。因此，這種改變的 miRNAome 控制了一組不同的基因，進(jìn)一步增加了潛在的致癌變化 ( Li et al., 2018）。通常，超增強(qiáng)子區(qū)域的缺失會(huì)導(dǎo)致腫瘤抑制 miRNAs 的增加，而超增強(qiáng)子的增加會(huì)豐富致癌 miRNAs ( Suzuki et al., 2017 )。因此，未來對(duì) miRNA:miRNA 相互作用的研究必須在系統(tǒng)范圍內(nèi)進(jìn)行，以更好地了解 miRNA 表達(dá)及其靶標(biāo)可能發(fā)生的變化（Matsuyama 和 Suzuki，2019 年）。

另一個(gè)驅(qū)動(dòng) miRNA 表達(dá)變化的因素是其種子區(qū)域內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性 (SNP) ( Lewis et al., 2003 )。種子序列對(duì)于與目標(biāo) mRNA 或目標(biāo)識(shí)別序列的結(jié)合是必不可少的。對(duì)這些域中的任何一個(gè)進(jìn)行更改都可能導(dǎo)致失去目標(biāo)調(diào)節(jié)。此外，不同的 miRNA 異構(gòu)體 (IsomiRs) 可以通過添加來自 miRNA 的 5' 或 3' 末端的核苷酸來改變種子區(qū)域。IsomiR 對(duì)基因靶向有影響，并在疾病發(fā)展中發(fā)揮作用（Bofill-De Ros 等人，2020 年）。改變種子區(qū)域的 SNP 或 IsomiR 的存在有可能改變 mRNA 和 miRNA 的表達(dá)，這將對(duì)細(xì)胞環(huán)境產(chǎn)生級(jí)聯(lián)效應(yīng)（Króliczewski 等，2018）。miRNA 種子序列參與 miRNA:miRNA 相互作用的程度目前尚不清楚。然而，有人認(rèn)為該區(qū)域的改變可能會(huì)破壞 miRNA-mRNA-miRNA 網(wǎng)絡(luò)。

協(xié)助開發(fā)療法

了解 miRNA 之間的相互作用及其對(duì)基因表達(dá)的影響對(duì)于探索潛在的癌癥療法及其脫靶效應(yīng)是不可或缺的（Lapa 等人，2019 年）。一些關(guān)于 miRNA:miRNA 相互作用的報(bào)告研究了這些網(wǎng)絡(luò)在它們對(duì)化學(xué)治療劑的反應(yīng)的背景下，例如對(duì) Erb-B2 受體酪氨酸激酶 2 (ERBB2) 抑制劑曲妥珠單抗在乳腺癌中的反應(yīng) ( Cilek et al., 2017 )，卵巢癌中的順鉑耐藥 ( Wang et al., 2018b ) 或?qū)嶒?yàn)性抗 miRNA 藥物，如 miR-34 ( Ooi et al., 2017）。進(jìn)一步研究 miRNA:miRNA 在癌癥和其他疾病中的相互作用將有利于我們對(duì)這些疾病的機(jī)制理解，并有助于確定可行的治療靶點(diǎn)。

生物信息學(xué)的作用

生物信息學(xué)方法在研究 miRNA:miRNA 相互作用的影響方面發(fā)揮了重要作用。一些研究將與基因、miRNA 和 lncRNA 相互作用相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中（Liu 和 Ye，2019；Ulitsky，2018；Zhao 等人，2008）。這使人們對(duì)可能導(dǎo)致疾病的編碼和非編碼遺傳因素有了更深入的了解。

例如，當(dāng)給定的 miRNA 改變 mRNA 的表達(dá)時(shí)，這可能反過來改變下游 miRNA 的表達(dá)。miRNA-mRNA-miRNA 網(wǎng)絡(luò)的形成可用于識(shí)別控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大多數(shù) miRNA 表達(dá)的主調(diào)節(jié) miRNA（Hu et al., 2020 ; Ooi et al., 2017），例如 miR- 1 已使用生物信息學(xué)鑒定為前列腺癌中潛在的主要調(diào)節(jié) miRNA（Alshalalfa，2012 年）。顯然，生物信息學(xué)是理解不同 RNA 種類之間相互作用以及識(shí)別主調(diào)節(jié) miRNA 和 miRNA 層次結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)方法（Bertero 等，2014）。

miRNA 之間的相互作用也已通過識(shí)別具有重疊子通路的那些來確定（Wu et al., 2013）。在這里，作者使用計(jì)算工具表明 miR-21 與下調(diào)的 miRNA 的聯(lián)系比與上調(diào)的 miRNA 的聯(lián)系更多。同樣，這可能會(huì)影響分析中 miR-21 和其他 miRNA 參與的直接途徑，但也會(huì)通過這些 miRNA 間接影響其他亞途徑（Wu et al., 2013）。

然而，需要持續(xù)考慮的一個(gè)問題是缺乏與 miRNA 和 mRNA 表達(dá)和相互作用的細(xì)胞特異性有關(guān)的信息。這包括存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中并具有活性的 miRNA，以及細(xì)胞特異性 IsomiR ( Salmanidis et al., 2014 )。當(dāng)前預(yù)測(cè) miRNA 結(jié)合的算法，例如 miRanda ( Betel et al., 2010 )，沒有考慮組織或細(xì)胞的起源類型，這可能會(huì)扭曲生物信息學(xué)和實(shí)驗(yàn)分析 ( Rock et al., 2019 )。miRNA 序列的細(xì)胞特異性變異也為 miRNA 靶標(biāo)和 miRNA:miRNA 相互作用的鑒定增加了額外的復(fù)雜性（Glogovitis 等人，2021）。此外，僅基于生物信息學(xué)分析的發(fā)現(xiàn)應(yīng)通過體外實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)（Liu 和 Ye，2019 年）。

許多研究 miRNA 對(duì)控制細(xì)胞過程的更廣泛影響的研究使用 miRNA 測(cè)序 (miRNAseq) 或 miRNA 陣列方法。目前的陣列方法只能識(shí)別具有高置信度的注釋 miRNA，而 miRNAseq 已被用于識(shí)別新的 miRNA 和 IsomiR，尤其是細(xì)胞類型特異性的那些。因此，與 RNAseq 配對(duì)，miRNAseq 是確定 miRNA 變化及其各自靶標(biāo)水平的先進(jìn)方法，隨后可用于網(wǎng)絡(luò)分析。

如前所述，一些直接的 miRNA:miRNA 相互作用涉及成熟 miRNA 識(shí)別 pri-miRNA 鏈內(nèi)的結(jié)合區(qū)域（Tang 等人，2012；Wang 等人，2018a；Zisoulis 等人，2012）。雖然 miRNA 的前體序列是已知的并且注釋很好，但每個(gè) miRNA 的一級(jí)序列的序列相對(duì)未知。許多研究試圖定義 pri-miRNA 序列庫(kù)，但由于 pri-miRNA 的高度瞬態(tài)性，這已被證明是困難的，有幾項(xiàng)研究使用了 Drosha 依賴的測(cè)序協(xié)議 ( Kim et al., 2017 )。目前，多達(dá) 20% 的已知 miRNA 尚未顯示具有 pri-miRNA 基序或有效鑒定的 pri-miRNA 序列 ( Auyeung et al., 2013）。研究人員還通過設(shè)計(jì)前體鏈上游和下游 100 bp 的引物來靶向 pri-miRNA 鏈（Conrad 等人，2020），以定義 pri-miRNA 序列本身（Wang 等人，2018a）。然而，這種方法限制了識(shí)別調(diào)控元件的潛力，包括 miRNA 結(jié)合位點(diǎn)，這些位點(diǎn)可能位于所選引物指定的區(qū)域之外。

miRNAseq 和 RNAseq 文庫(kù)的生物信息學(xué)分析對(duì)于發(fā)現(xiàn) miRNA:miRNA 相互作用及其細(xì)胞影響非常寶貴。然而，研究人員應(yīng)該仔細(xì)考慮當(dāng)前方法的局限性和缺點(diǎn)，并通過生命系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)。

本綜述中討論的 miRNA:miRNA 相互作用的范圍擴(kuò)展到特定癌癥環(huán)境的背景。盡管許多癌癥類型表現(xiàn)出相似的特征，但 miRNA 的表達(dá)、miRNA:miRNA 調(diào)節(jié)途徑和靶點(diǎn)抑制程度是特定于起源細(xì)胞類型的（Matsuyama 和 Suzuki，2019 年；Shao 等人，2019 年）。因此，在調(diào)查 miRNA:miRNA 相互作用和廣泛應(yīng)用這些發(fā)現(xiàn)時(shí)必須謹(jǐn)慎，因?yàn)橛?miRNA 與 miRNA 關(guān)聯(lián)介導(dǎo)的特定調(diào)節(jié)途徑在其他細(xì)胞類型中可能不同。

目前研究 miRNA:miRNA 相互作用的策略通常涉及轉(zhuǎn)染 miRNA 模擬物或反義抑制劑。任何基于這些方法的結(jié)論都需要謹(jǐn)慎，因?yàn)橐胪庠葱?miRNA 會(huì)固有地改變內(nèi)源性 miRNA 和 mRNA 表達(dá)（Khan et al., 2009）。應(yīng)與加擾 miRNA 對(duì)照進(jìn)行比較，以識(shí)別生物學(xué)相關(guān)的變化。另一種方法可能是在初級(jí)或前體轉(zhuǎn)錄階段調(diào)節(jié) miRNA，以避免 AGO2 飽和。另一種可能性是使用適體或更長(zhǎng)的反義鏈來隔離內(nèi)源性 miRNA。未來的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該考慮如何確定 miRNA:miRNA 相互作用及其對(duì)細(xì)胞功能的影響，而不會(huì)有效改變內(nèi)源性 miRNA 和 mRNA 的微妙平衡。

目前，很少有 miRNA 研究考慮 miRNA 對(duì)整體 miRNA 表達(dá)的更廣泛影響。miRNA 領(lǐng)域：miRNA 相互作用通常集中在一對(duì)特定的 miRNA 或一小部分，而不是 miRNA 環(huán)境中發(fā)生的變化。由 miRNA:miRNA 相互作用導(dǎo)致的 miRNA 和 mRNA 改變已被證明會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移（Borzi 等人，2017；Wang 等人，2018a）。通過考慮一個(gè)或幾個(gè) miRNA:miRNA 相互作用，我們忽略了 miRNA 介導(dǎo)的調(diào)節(jié)固有的系統(tǒng)級(jí)影響。

總之，miRNA:miRNA 相互作用，尤其是那些包含 miRNA 和 mRNA 環(huán)境的相互作用，需要重新評(píng)估，而這種增加的調(diào)節(jié)途徑可能支持或推動(dòng)對(duì)疾病機(jī)制的更好理解。有趣的是，細(xì)胞核中 miRNA 的存在及其靶向 pri-miRNA 的潛力表明它們?cè)诨蛘{(diào)控中的作用可能比靶向 mRNA 的 3'UTR 的經(jīng)典模型更廣泛。我們不能再持有一個(gè)簡(jiǎn)單的 miRNA 可以調(diào)節(jié)多個(gè)靶點(diǎn)的概念。相反，這必須擴(kuò)展以納入 miRNA 可以相互調(diào)節(jié)的想法。由于 miRNA 是有效的調(diào)節(jié)劑，并且已被證明可以驅(qū)動(dòng)致癌途徑，因此 miRNA:miRNA 相互作用的影響可能是深遠(yuǎn)的。向前進(jìn)，