微小核糖核酸：为生命科学研究打开“传送门”

10月7日，2024年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。因发现微小核糖核酸（microRNA）及其在转录后基因调控中的作用，科学家维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎获奖。

什么是microRNA？它的发现带来了什么？为什么此次生理学或医学奖既让人意想不到，又称得上实至名归？就这些问题，科技日报记者连线采访了相关领域研究人员。

开拓药物研发全新领域

每年诺奖揭晓前，都有不同的预测。今年诺奖预测的“风向标”，包括脂质代谢遗传学、大脑神经等领域重磅成果。

相较于这些领域，microRNA领域近年来发展不算火热，最早的相关研究可追溯到30多年前。“微小RNA的发现为生命科学研究提供了得心应手的工具，其重要程度堪比大名鼎鼎的基因编辑工具‘CRISPR’（2020年获得诺贝尔化学奖）。”北京大学药学院化学生物学系教授张力勤告诉记者，microRNA这么多年后才获得诺奖，让人有些意想不到。

北京大学生命科学学院教授陆剑也认为，微小RNA的发现虽然应该获奖，但在今年获奖却出乎意料。他介绍，这个领域虽然前些年发展迅猛，但近年来“流量”和“关注度”有所下降，不属于科学研究和应用转化的大热门。此外，2006年诺贝尔生理学或医学奖颁给了RNA干扰，二者属于同一领域，但RNA干扰从主要论文发表到获奖仅用时8年。

“在microRNA被发现参与基因调控之前，人们进行药物研发，主要针对蛋白质的调控。有了microRNA，人们意识到调控体内生命活动，可以‘提前’到蛋白质形成之前。”张力勤说，这提供了一种全新的药物类别，为药物研发开拓了新领域，其获奖可谓实至名归。

催生一系列生物研究工具

根据中心法则，生物的遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，完成遗传信息的转录和翻译过程。这个过程没有提到的microRNA到底起什么作用呢？

“microRNA是一类小的、非编码RNA分子，长度为20—24个核苷酸。”陆剑解释，此次诺奖成果发现microRNA通过与传递信息的RNA结合，“阻止”它的翻译，进而在细胞生长、发育、分化及应激反应中发挥重要调节功能。

正是这种调节功能的发现，让科学家如获至宝。“人们最初认为，RNA承担信使、转运、装配工厂等任务。但随着生物技术的发展，越来越多不知道功能的RNA被发现，这些RNA被称为非编码RNA。”张力勤说，由于microRNA的发现，人们对RNA功能的认知实现了“破冰”，并发现大量非编码RNA执行着更重要的生命任务。

“microRNA调控还解释了基因调控网络的复杂性。”陆剑说，一个microRNA分子能够靶向数百个信使RNA，而一个信使RNA分子又能被多个microRNA识别，调控网络的复杂性确保了生命活动的精准有序。后来人们还发现，microRNA与癌症、神经退行性疾病等多种疾病有着密切关联。

微小RNA的发现让很多学术研究领域从无到有。“microRNA开创了精准靶向治疗的先河，让人们拥有了精确调控信使RNA的能力。”张力勤说，microRNA让实验室的研究工具更加丰富，催生出一系列转录后调控的工具，进一步助力生命科学和生物医药相关研究。

“microRNA有物种特异性的特点，即不同物种间有很大差异。有一小部分microRNA序列及表达方式在进化中是保守的（在不同物种间保持基本不变），而物种间不保守（存在较大差异）的microRNA当前理解较少。”陆剑介绍，基于这一特点，对不保守microRNA进行分析可以揭示microRNA的起源、演化及与靶基因的共进化等规律，有可能从物种演化的历史长河中发现生物性状创新的机制，进一步理解生命本源。

如果把生命科学研究比作探索宇宙，那么microRNA就如某个次元空间的“传送门”，因为打开了它，人类得以刷新认知，研究得以开疆拓土。

“随着信息科学的发展，当前结合生物信息学工具对microRNA与靶基因相互作用进行预测的研究仍在继续。”陆剑说，虽然microRNA的功能已经可以准确验证，但非常费工费时，要弄清microRNA背后的庞大网络，还需要庞大的计算能力和数据支持。