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1.5 miRNA在转化医学中的应用

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摘要 : miRNA作为一种新兴的治疗技术,借助转化医学手段,已经以一种前所未有的速度迈进了临床试验阶段。 转化医学概述 转化或转换医学是近些年国际医学领域出现的新概念,它试图在基础研究与临床医疗之间建立更紧密的联系,强调的是从实验室到病床旁(bench to bedside)和从病床到实验室(bedside to bench)的双向转化通道(two sideway),简称为B2B。 转化医学是建立在基因组遗传学、组学芯片等系统生物学与技术基础上的现代医学,是医学研究的一个分支,随着它在医学研究中的地位不断提升,其内容也在不断的丰富。由于基础研究与临床应用之间的脱节逐渐加深,1992 年美国《科学》杂志首次提出B2B(从实验室到临床)的概念;1996年,著名医学杂志《柳叶刀》第一次提出 转化医学 一词,促进了此后转化医学的研究迅速进展。在美国、耶鲁、哈弗杜克等38所大学和医学院已相继建立了进行转化研究的医学中心或医学转化中心。2006年5月,阿斯利康中国创新中心建立,首次展开了针对中国基因的转化医学的研究。此后,卫生部比较医学重点实验室阜阳转化医学研究中心、中南大学转化医学研究中心、同济大学消化
miRNA作为一种新兴的治疗技术,借助转化医学手段,已经以一种前所未有的速度迈进了临床试验阶段。 转化医学概述 转化或转换医学是近些年国际医学领域出现的新概念,它试图在基础研究与临床医疗之间建立更紧密的联系,强调的是“从实验室到病床旁(bench to bedside)”和“从病床到实验室(bedside to bench)”的双向转化通道(two sideway),简称为B2B。 转化医学是建立在基因组遗传学、组学芯片等系统生物学与技术基础上的现代医学,是医学研究的一个分支,随着它在医学研究中的地位不断提升,其内容也在不断的丰富。由于基础研究与临床应用之间的脱节逐渐加深,1992 年美国《科学》杂志首次提出B2B(从实验室到临床)的概念;1996年,著名医学杂志《柳叶刀》第一次提出" 转化医学" 一词,促进了此后转化医学的研究迅速进展。在美国、耶鲁、哈弗杜克等38所大学和医学院已相继建立了进行转化研究的医学中心或医学转化中心。2006年5月,阿斯利康中国创新中心建立,首次展开了针对中国基因的转化医学的研究。此后,卫生部比较医学重点实验室阜阳转化医学研究中心、中南大学转化医学研究中心、同济大学消化疾病临床医学中心等医学转化研究中心在我国陆绩成立。目前,虽然我国转化医学水平在不断提高,但目前仍处于起步阶段,与国外比较有很大差距。因此,进一步实现基础研究成果真正应用于临床已成当务之急。 1.5 miRNA在转化医学中的应用 图1 转化医学模式示意图 使用miRNA治疗人体疾病的临床试验 miRNA功能的获得或缺失,与各种疾病的发生、发展都有着密切的关系。蛋白质功能既可以直接、也可以间接地受miRNA分子的调控。因此,miRNA表达水平的些许改变也会对基因表达调控带来巨大的影响。在因为miRNA表达水平改变而造成的疾病中,我们可以设想是否如此:如果能使miRNA表达水平恢复正常,那么就应该能够治疗该疾病?如果是这样,当miRNA表达水平过高时,我们就对其进行针对性下调;如果表达水平过低,我们就往细胞内诸如一些类似的miRNA模拟物。不过要达到这个目的,我们现有的miRNA传送系统的特异性和有效性都还有待提高。另外,要相对目标miRNA分子表达水平进行精细、准确的调控并非意见容易的工作。而且,人们现在还不清楚能否精确地只对一个miRNA分子施加影响而不会“伤及”同一miRNA分子家族中的其他成员。 有一些公司,比如美国Regulus Therapeutics公司等就将目光投向了miRNA。丹麦Santaris制药公司最近也开始为他们靶定人体miRNA分子(miR-22)的新药开始了I期临床试验项目。在该项药物试验里,miR-122是被下调的靶标,被试验的药物是抗miRNA的锁核酸药物SPC3649。锁核酸是一种骨架被修饰过的寡核苷酸分子,经过修饰之后它能更好地与底物杂交,避免底物被核酸酶降解。SPC3649最终目的是希望能够治疗丙型肝炎患者,因为miR-122可以促进丙型肝炎病毒复制。下调miR-122分子还能用于治疗高胆固醇血症患者。直接靶定在心脏里表达的miRNA分子,比如miR-208(它能够调控心脏肥大和纤维化)等也会达到治疗目的,因为在医疗实践中早就发现直接往靶器官里给药是可行的。 在实际治疗时,不论是上调还是下调miRNA的功能,我们都还应该考虑到miRNA分子调控机制的复杂程度。要知道,一个miRNA分子就可以调控数百个蛋白质的表达水平。因此,我们哪怕对一个miRNA分子进行调控也要特别小心。 miRNA可作为生物治疗手段或者疾病防治靶点 基于miRNA作用机制,通过人工合成miRNA模拟物或者miRNA抑制剂进入miRNA途径、或人工构建miRNA进入RNA干扰途径,实施基因和分子治疗。从而在分子水平上为研究新一代基因药物和生物治疗手段提供了新的切入点;利用miRNA对靶基因3'非翻译区不十分严格的配对要求,为对抗容易发生变异的病毒提供了一条新途径。miRNA靶基因也因此具有潜力,可成为临床治疗新靶点。 如上所述,国外近年来有科研机构、医院、药企都参与miRNA的临床研发工作。比如2011年美国Santaris Pharma A/S 公司报道了第1个进入临床试验的miRNA——miRNA-122,用于治疗慢性丙型病毒性肝炎。美国Mirna Therapeutics 公司专门从事miRNA 的临床应用和研发工作,2013 年5月美国食品和药物管理局批准Mirna Therapeutics 公司进行miRNA-34 治疗肝癌的临床试验,这是进入临床试验治疗癌症的第1 个miRNA[39]。 我国医药优发国际家在这个领域正在努力迎头赶上,比如同济大学2009 年在附属东方医院建立转化医学研究中心,把基础医学研究专家和临床一线专家联手汇聚,聚焦临床难题,开展转化医学的研究,包括miRNA的临床应用研究,建立和启动了一种转化医学研究的有效模式。 miRNA可作为诊断和预后的生物标志物 研究发现,miRNA可以被细胞分泌到细胞外,成为细胞微环境和机体体液中重要的生物信息和生物调控分子,在人体乳汁、唾液、尿液、血清中均有miRNA 存在。miRNA 在癌症患者血浆中有异常的分布和含量。有研究报道,乳腺癌患者外周血液中miRNA-195表达均高于正常人,而且乳腺癌术后外周血miRNA-195及let-7a 的含量与乳腺癌术后病情稳定状态相关。提示miRNA 可作为乳腺癌早期诊断的生物标志物,并能够反映乳腺癌手术的治疗效果。此外,已经有研究表明,miRNA-500 在肝癌、miRNA-25 及miRNA-233 在肺癌、miRNA-141在前列腺癌和卵巢癌患者外周血中含量异常。Yu 等前期工作证实,miRNA 可以被乳腺癌细胞分泌到培养液中,并具有生物学功能。miRNA-17/20高表达的人乳腺癌细胞系MCF-7(Michigan cancer foundation-7)细胞(非扩散型乳腺癌细胞)培养液可以有效抑制MDA-MB-231细胞(扩散型乳腺癌细胞)的侵袭和转移。对培养液的蛋白质分析表明,miRNA-17/20高表达可以抑制MCF-7 细胞对多种细胞因子和生长因子的分泌。尤为重要的是,被分泌到细胞外及外周血的miRNA 稳定性好,不易降解,并且具备生物学活性,能够被细胞摄入并在受体细胞内发挥功能。 miRNA的组织特异性、疾病特异性表达谱为miRNA研发和应用于疾病分类、疾病诊断和治疗预后提供了可能。尤其不同疾病、不同癌症患者,组织和血浆miRNA均有特殊的表达特征,筛选这些特殊高表达或者低表达的miRNA 分子,可研发为单一或者多种miRNA 的检测试剂盒。比如美国Rosetta Genomics 公司推出的miRview 试剂盒,利用肺癌miRNA 表达特征,通过患者穿刺获得少量癌细胞的miRNA 检测,就能实现肺癌的4 种主要亚型分类。到2012年11月,这项新产品已经获准在美国所有50 个州推广使用。我国科学家也不甘落后,充分利用病源和资源优势,在各种疾病领域(包括癌症)展开了miRNA 分子的筛选和应用研究。 miRNA治疗的安全性问题 完成了最初的试验之后,有很多报道都指出了miRNA这种新兴疗法,可能存在很多潜在的安全问题。 最早报道的是在一项小鼠试验中,实用Pol III启动子载体在肝脏中表达shRNA进行食疗,结果导致试验小鼠死亡。具体的致死机制现在还不清楚。但是至少有部分原因,可能是因为负责将miRAN分子从核内转运到胞质中的转运因子输出蛋白5(exportin 5)出现了宝盒。由于每个细胞miRNA都能够调控数上百种基因的表达,因此对miRNA途径,哪怕只带来一点小小的扰动也会造成非常严重的后果。 虽然我们还没能找到一种方法可以避免所有的脱靶效应,但是可以预见,使用恰当的RNA修饰方法和递送途径,从而使RNA分子避免接触天然免疫系统的受体,我们就一定能够解决拖把这个问题。 传统基础研究与临床医学之间隐形的“篱笆墙”,需要由转化医学来推翻。未来医学需要将实验室与临床紧密结合,实验室需要解决临床的问题,临床需要向实验室提供临床的需求与困惑,这样才能促进自主创新的医学发展。 目前miRNA的临床应用遇到的瓶颈问题是给药途径、给药浓度仍未解决。因现有模拟或干扰miRNA研究多基于细胞株及动物实验,所用的miRNA浓度并非正常生理条件下的人体内的miRNA浓度,所以其具体相关性功能还需进一步验证。此外,miRNA功能不需要完全互补,一个miRNA可同时作用于多个靶基因,在抑制肿瘤的同时,需排除不会对人体产生其它的不良影响,我们对于miRNA所调控的网络的认识需提高到更加全面的水平。

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