生命科学   2018, Vol. 30 Issue (2): 222-232.  DOI: 10.13376/j.cbls/2018029.
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石嵘, 韩卫东, 洪微. 国家自然科学基金资助非编码RNAs与肿瘤研究. 生命科学, 2018, 30(2): 222-232. DOI: 10.13376/j.cbls/2018029.
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SHI Rong, HAN Wei-Dong, HONG Wei. Survey of research on non-coding RNAs in oncology funded by National Natural Science Foundation of China. Chinese Bulletin of Life Sciences, 2018, 30(2): 222-232. DOI: 10.13376/j.cbls/2018029.
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作者简介

洪微,医学博士,研究员,国家自然科学基金委员医学科学部七处处长、肿瘤学项目主任。1989年本科毕业于中国人民解放军第二军医大学,1997年获该校博士学位,1989—1992年、1997—2004年就职该校附属长征医院皮肤科,历任住院医师/助教、主治医师/讲师、副主任医师/副教授,从事医疗、科研和教学工作,主要研究方向是皮肤纤维化的基础和临床研究,关于硬皮病成纤维细胞与细胞外基质相互作用及其在胶原蛋白合成中的调控机制的科研成果以第一完成人获2000年军队科技进步奖二等奖。2004年至今任职国家自然科学基金委员会,分别在生命科学部、医学科学部任项目主任,2006年评为研究员,主要从事肿瘤学自然科学基金项目管理工作 。

通信作者

洪微,E-mail: hongwei@nsfc.gov.cn

文章历史

收稿日期:2017-11-16
国家自然科学基金资助非编码RNAs与肿瘤研究
石嵘 1, 韩卫东 1,2, 洪微 1     
(1 国家自然科学基金委员会医学科学部,北京 100085)
(2 浙江大学医学院附属邵逸夫医院肿瘤内科,杭州 310016)
摘要:现总结2010—2017年国家自然科学基金委员会医学科学部肿瘤学代码下非编码RNAs (non-coding RNAs, ncRNAs)相关研究的申请、资助情况;展示自然科学基金资助下,中国在ncRNAs与肿瘤研究领域的现状和发展趋势;分析ncRNAs在肿瘤领域的前沿科学方向以及存在的问题。
关键词肿瘤    非编码RNAs    项目受理    项目资助    国家自然科学基金    
Survey of research on non-coding RNAs in oncology funded by National Natural Science Foundation of China
SHI Rong 1, HAN Wei-Dong 1,2, HONG Wei 1     
(1 Department of Health Sciences, National Natural Science Foundation of China, Beijing 100085, China)
(2 Department of Medical Oncology, Sir Run Run Shaw Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou 310016, China)
Abstract: This paper summarized the grant applications and supports on non-coding RNAs (ncRNAs) in the Division of Oncology, Department of Health Sciences of the National Natural Science Foundation of China (NSFC) from 2010 to 2017. The current situation and development trends with the support of the NSFC funds in the field of ncRNAs and cancer research were studied. The frontiers of science and the existing problems related to ncRNA researches in the field of oncology were analyzed.
Key words: oncology    non-coding RNAs    applied projects    funded projects    National Natural Science Foundation of China    

深度测序等技术揭示大多数基因可转录成RNA,然而其中仅有1%~2%的基因为蛋白质编码基因,提示有大量非编码RNA (non-coding RNAs, ncRNAs)的存在[1]。过去研究人员对具有编码潜能的mRNAs开展了大量的研究,而ncRNAs曾被认为是“进化垃圾”,但随后越来越多的研究证实ncRNAs在多种生理病理过程中具有重要作用。此外,值得一提的是,ncRNAs的种类明显较mRNAs丰富,是RNA的主要组成部分。生物体中ncRNAs的数量与机体的复杂性相关,其对高等动物的生长发育具有重要作用[2]

在20世纪70年代发现mRNAs的选择性剪接后,研究的焦点从对病理、生理过程的研究逐渐转移至蛋白质、蛋白质编码RNA以及基因突变与上述过程之间的联系。随着Ribozyme (核酶)的发现,ncRNAs的功能才逐渐为人们所认识,从而开始了对ncRNAs的系统研究[3]。既往研究发现,从线虫到人类,这些调节性RNAs具有保守性[4]。越来越多的新技术,如微小RNA (microRNAs, miRNAs)测定法[5]、RNA足迹法[6]、RNA捕获测序[7]和基因组大数据分析[8]等,很大程度上促进了人类对调节性RNAs的认识。ncRNA包括microRNAs、超保守区非编码RNA (transcribed ultra-conserved regions, T-UCRs)[9]、核仁小RNAs (small nucleolar RNAs, sno-RNAs)[10]、PIWI蛋白互作RNAs (PIWI-interacting RNAs, piRNAs)[11]、基因间非编码RNAs (intergenic non-coding RNAs, lincRNAs)[12]、环状RNAs (circular RNAs, circRNAs)[13]等。根据其长度将ncRNAs分成两类:小分子(20~200 nt)即小非编码RNAs (small non-coding RNAs, sncRNAs)和大分子(超过200 nt)即长链非编码RNAs (long non-coding RNAs, lncRNAs)。

ncRNAs是现代医学研究取得重大突破的前沿之一,大量研究表明,ncRNAs在人类多种肿瘤中的表达改变与肿瘤发生、发展、预后密切相关,具有应用于肿瘤诊断与治疗的可能性[14]。本文总结了2010—2017年8年间国家自然科学基金委员会(National Natural Science Foundation of China, NSFC)肿瘤学ncRNAs相关研究的项目申请和资助概况,分析和展望了该领域基础研究的发展趋势与存在的问题。

1 ncRNAs相关研究在肿瘤学科的申请与资助情况

肿瘤学(H16)下设25个二级申请代码,其设置分为两类,一类是以科学问题为导向,申请代码为H1601~H1614,先后依次包括肿瘤病因、肿瘤发生、肿瘤遗传与表观遗传、肿瘤免疫、肿瘤预防、肿瘤复发与转移、肿瘤干细胞、肿瘤诊断、肿瘤化学药物治疗、肿瘤物理治疗、肿瘤生物治疗、肿瘤综合治疗、肿瘤康复、肿瘤研究体系新技术。第二类是以肿瘤所在系统、器官(包括社会心理康复)进行分类,申请代码为H1615~H1626,包括呼吸系统肿瘤、消化系统肿瘤、神经系统肿瘤(含特殊感受器肿瘤)、泌尿系统肿瘤、男性生殖系统肿瘤、女性生殖系统肿瘤、乳腺肿瘤、内分泌系统肿瘤、骨与软组织肿瘤、头颈部及颌面肿瘤以及皮肤、体表及其他部位肿瘤等(血液淋巴系统肿瘤除外)[15]。本文总结的有关ncRNAs与肿瘤的研究代码覆盖了所有H16下的代码。

1.1 ncRNAs相关研究在面上项目、青年基金、地区基金中的申请与资助情况

2010—2017年间,肿瘤学、肿瘤与ncRNAs相关研究的面上、青年、地区基金申请与资助数量总体上均呈递增趋势。肿瘤学三类项目申请总计66 338项,申请总数增长近2倍,年增长率为-9.80%~ 34.94%,年平均增长率9.29%。其中,ncRNAs相关研究共计申请11 739项,占肿瘤学申请总数的17.70%,年增长率为0.16%~55.14%,年平均增长率21.71% (图 1A)。ncRNA相关研究申请增速高于肿瘤学总体申请增速,在肿瘤学中的占比持续上升,从2010年的11.06%增长至2017年的26.18% (图 1B)。

图 1 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与非编码RNA研究项目申请与资助情况

2010—2017年肿瘤学资助面上、青年、地区基金共计12 176项,年资助项目数逐年递增,从2010年的1 009项增长到2017年1 840项。其中,ncRNAs相关研究共计资助2 290项,年资助项目125~475项(年均增长18.16%),资助项目占肿瘤学资助总数的18.81%;资助占比(18.81%)较申请占比(17.70%)稍高(图 1CD)。

ncRNAs研究申请数、资助数在肿瘤学科的占比呈现波动中上升的趋势,特别从2015年以来,项目申请的增长趋势较为明显,这与近年来肿瘤ncRNAs研究被广泛关注有关。2012、2014年度ncRNAs相关研究在肿瘤学资助项目总体中的占比呈现负增长(图 1D),然而与之对应的年度申请数占比仍呈现上升趋势(图 1B)。其可能原因在于:早期ncRNAs相关研究集中在miRNAs与肿瘤的研究,经过一段时间资助和研究后,申请项目中有较大比例的跟踪、移植研究,评审中难以得到认可和资助。之后研究的关注点又渐渐转移到lncRNAs及circRNAs等研究,2015年后出现了以lncRNAs为主的ncRNAs研究的申请和资助的增长(详见后续miRNAs及lncRNAs相关研究分析)。

2010—2017年肿瘤学科及ncRNAs相关研究的面上、青年、地区基金申请数、资助数及资助率详情参见图 2。总体来看,ncRNAs相关研究在该三类项目的资助率均高于肿瘤学相应类别项目的总体资助率(表 1)。此外,2013及2014年度面上项目肿瘤学科的总体资助率显著上升,可能原因是NSFC对于面上项目实行了新的申请限项规定(即:连续2年申请未获资助,需停止申请面上项目1年;获得面上项目资助,次年不得再申请同类项目),减少了低水平申请书数量以及总体申请量(图 2A)。

图 2 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与非编码RNA研究面上、青年、地区基金三类项目申请与资助数量变化
表 1 2010—2017年肿瘤学申请代码下ncRNAs研究项目申请和资助情况
1.2 ncRNAs相关项目涉及的研究方向和代码情况

ncRNAs作用广泛,其相关研究涉及肿瘤学所有科学问题及肿瘤类型。有关ncRNAs与肿瘤研究的项目其申请、资助情况按学科代码的分布见表 2。其中,申请数目排在前五位的代码分别为:H1617-消化系统肿瘤(2 689项)、H1606-肿瘤复发与转移(1 241项)、H1621-女性生殖系统肿瘤(820项)、H1615-呼吸系统肿瘤(708项)、H1602-肿瘤发生(698项)。资助数目排在前五位的代码分别为:H1617-消化系统肿瘤(478项)、H1606-肿瘤复发与转移(234项)、H1602-肿瘤发生(164项)、H1622-乳腺肿瘤(147项)、H1619-泌尿系统肿瘤(143项)。申请前五位与资助前五位代码不一致,说明不同代码之间申请书总体质量与ncRNAs研究项目的申请书质量存在差异。ncRNAs研究申请量超过100项的代码中,资助率排名前五位的依次为:H1610-肿瘤物理治疗(26.59%)、H1620-男性生殖系统肿瘤(24.41%)、H1602-肿瘤发生(23.5%)、H1603-肿瘤遗传与表观遗传(21.79%)、H1622-乳腺肿瘤(21.65%);资助率最低的为H1608-肿瘤诊断(12.39%),其次为H1621-女性生殖系统肿瘤(14.63%)。肿瘤诊断作为肿瘤研究中的重要组成部分,关于ncRNAs的研究较为薄弱,可能由于大部分申请书属于筛查类项目,前期基础也较为薄弱,需要加强引导。

表 2 2010—2017年肿瘤学申请代码下ncRNAs研究申请和资助项目数分布
1.3 ncRNAs相关研究在杰出青年、重点及重大基金中的申请和资助情况

2010—2017年肿瘤学国家杰出青年科学基金项目(以下简称杰青)申请共计375项,资助36项,平均资助率为9.60%。其中ncRNAs相关研究申请71项,资助5项,占肿瘤学科杰青资助总数的13.89%。

2010—2017年肿瘤学重点项目申请共计867项,资助124项,平均资助率为14.30%,其中ncRNAs相关研究申请161项,资助18项,占肿瘤学重点项目资助总数的14.52% (图 3)。2010—2017年间肿瘤学科重点项目立项领域共计35个,其中28个立项领域的项目申请中涉及ncRNAs研究,获得资助的ncRNAs研究项目涵盖13个立项领域。2010年度设立“非编码RNA与肿瘤发生、发展及转归”的重点项目立项领域,当年申请33项,资助3项(表 3)。

图 3 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与非编码RNA研究重点项目申请与资助数变化
表 3 2010~2017年肿瘤学重点项目立项领域及ncRNAs研究申请与资助情况

NSFC医学部于2014年设立“长非编码RNA调控网络在恶性肿瘤转移中的功能和机制研究”重大项目,包括三个子课题:(1)肿瘤微环境的长非编码RNA调控恶性肿瘤转移的作用和机制研究;(2)长非编码RNA调控恶性肿瘤转移信号转导的分子机制研究;(3)肿瘤转移相关lncRNA的系统识别和功能研究。资助总金额1 800万元。

2 ncRNAs与肿瘤研究项目涉及的主要科学问题分析

ncRNAs与肿瘤研究涉及的内容和科学问题广泛,主要的科学问题包括:肿瘤中ncRNAs异常表达的分子机制;ncRNAs (包括外泌体ncRNAs)作为肿瘤诊断、预后判断及治疗反应预测的标志物研究;ncRNAs调控肿瘤增殖、凋亡、转移、耐药及肿瘤干细胞的分子机制;ncRNAs调控肿瘤免疫的分子机制;ncRNAs间相互调控的作用方式;运用CRISPR/Cas9、Knockout或Transgenic等技术从动物整体水平研究ncRNAs与肿瘤发生发展的关系等。研究最多的ncRNAs为microRNAs和lncRNAs,近年来circRNAs也成为研究热点(表 4)。

表 4 2010—2017年肿瘤学ncRNAs研究项目中ncRNAs种类分布
2.1 miRNAs与肿瘤研究

miRNAs是一类由内源基因编码的长度为18~ 23 nt的非编码单链RNA分子,miRNAs具有高度保守性、序列同源性、时序性及组织特异性,这些性质与其功能密切相关。miRNAs参与多种细胞进程的调控,如细胞增殖、分化、凋亡和周期等,其在人类多种肿瘤中表达异常,与肿瘤发生、发展、诊断、治疗及预后密切相关[16]。2010—2017年间NSFC肿瘤学科miRNAs相关研究申请共计9 580项,占肿瘤学申请总数的14.18%,占ncRNAs研究申请数的80.03%;共计资助1 714项,占肿瘤学资助总数的13.89%,占ncRNAs资助项目数的74.10%。8年间,miRNAs相关研究的申请数呈逐年上升趋势,年均增长率17.05%,而资助项目数波动中略有上升,较前者上升趋势放缓,年均增长率12.34%;但年平均资助率呈负增长态势,年均增长-4.02%;资助占比在2012、2014及2015年度出现较大幅度下降(图 4)。如前所述,miRNAs研究呈现较多跟踪或移植式的申请项目,导致资助率下降;近3年外泌体研究为miRNAs研究注入新的活力,缓解了资助率下降的趋势。

图 4 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与miRNAs研究项目申请与资助情况

miRNAs在肿瘤学领域的主要研究方向包括:(1) miRNAs与肿瘤转移,申请5 307项,资助922项,资助率17.37%;(2) miRNAs作为肿瘤诊断标志物的研究(包括血清、外泌体miRNAs等),申请2 813项,资助447项,资助率15.89%;(3) miRNAs对肿瘤干细胞的调控,申请2 342项,资助442项,资助率18.87%;(4) miRNAs与肿瘤免疫,申请2 364项,资助419项,资助率17.72% (图 5)。

图 5 2010—2017年miRNAs、lncRNAs、circRNAs与肿瘤转移、肿瘤诊断标志物、肿瘤干细胞、肿瘤免疫相关研究的项目申请及资助情况
2.2 lncRNAs与肿瘤研究

lncRNAs是长度大于200 nt的非编码单链RNA分子,在哺乳动物基因组普遍被转录,具有强大的生物学功能,参与了基因表达的各个层面的调控,包括表观遗传水平、转录水平、转录后水平。lncRNAs的生物学作用机制极其复杂,可以作为转录活性的分子信号或指示剂;作为诱饵与其他具有调控功能的RNA或蛋白质结合并抑制其功能;指导核糖核蛋白复合物定位到特定目标;作为相关蛋白和(或) RNA分子元件组装的平台;此外,lncRNA可以不依赖于招募其他蛋白或RNA分子,直接与靶蛋白作用发挥抑制功能。越来越多的研究显示,lncRNAs与肿瘤发生、发展及治疗敏感性密切相关,lncRNAs也可以作为多种肿瘤早期诊断、预后判断的标志物[17]

2010—2017年间,NSFC肿瘤学科lncRNAs相关研究共计申请3 087项,占肿瘤学申请总数的4.57%,占ncRNAs研究申请数的25.79%;共计资助721项,占肿瘤学资助总数的5.84%,占ncRNAs研究资助项目数的31.17%。8年间,lncRNAs研究的申请数、资助数均显著上升,年均增长率分别为81.41%、78.26%,资助占比始终高于申请占比;但资助率却也呈波动下降趋势,lncRNA研究领域也存在较多低水平的移植式、套路式研究申请,且缺乏前期预实验结果支持(图 6)。

图 6 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与lncRNAs研究项目申请与资助情况

lncRNAs在肿瘤学领域的主要研究方向包括:(1) lncRNAs与肿瘤转移,申请1 562项,资助358项,资助率22.92%;(2) lncRNAs作为肿瘤诊断标志物的研究(包括血清、外泌体lncRNAs等),申请899项,资助181项,资助率20.13%;(3) lncRNAs对肿瘤干细胞的调控,此方向申请193项,资助54项,资助率27.98%;(4) lncRNAs与肿瘤免疫,申请492项,资助125项,资助率25.41%;(5) lincRNAs相关研究,此方向申请56项,资助14项,资助率25% (图 5)。

2.3 circRNAs与肿瘤研究

circRNAs是一种特殊的内源性ncRNAs,因其呈环状而得名,1976年在类病毒中被首次发现。circRNAs与线性RNAs的不同之处在于其3′端与5′端相连,形成闭合的共价环状结构,该结构使circRNAs较线性RNAs更加保守和稳定[18]。circRNAs稳定且广泛地存在于生物界,具有较线性mRNAs含量更丰富的转录本,能够在转录或转录后水平调控多种生命活动。随着第二代测序技术和生物信息学的发展,越来越多的研究发现,circRNAs在真核生物生命活动以及包括恶性肿瘤在内的疾病发生发展中发挥重要的调节作用[19]

在NSFC项目申请中,近4年才开始出现有关circRNAs的研究,4年间NSFC肿瘤学circRNAs相关研究申请371项,占肿瘤学申请总数的0.55%,占ncRNAs研究申请项目数的3.10%;资助94项,占肿瘤学资助总数的0.76%,占ncRNAs研究资助项目数的4.06%。2014—2017年间,circRNAs相关的项目申请数及资助数上升趋势非常明显,年均增长率分别为153.04%及109.69%,但资助率有下降趋势(图 7)。

图 7 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与circRNAs研究项目申请与资助情况

circRNAs在肿瘤学领域的主要研究方向包括:(1) circRNAs与肿瘤转移,申请220项,资助60项,资助率27.27%;(2) circRNAs作为肿瘤诊断标志物的研究(包括血清、外泌体circRNAs等),申请150项,资助29项,资助率19.33%;(3) circRNAs调控肿瘤干细胞,申请18项,资助6项,资助率33.33%;(4) circRNAs与肿瘤免疫,申请60项,资助14项,资助率23.33% (图 5)。

lncRNA与circRNA常作为竞争性内源RNAs (competitive endogenous RNAs, ceRNAs)发挥生物学作用。2011年,Pier Paolo Pandolfi课题组在Cell杂志第一次提出了“ceRNAs假说”,认为细胞内存在竞争性内源RNA分子即ceRNAs,其可以通过与miRNAs应答元件(microRNAs response element, MRE)竞争结合相同的miRNAs以调节彼此表达水平[20]。该假说代表了一种全新的基因表达调控模式,相比miRNAs调控网络,ceRNAs调控网络更为精细和复杂,涉及更多的RNAs分子,包括mRNAs、假基因、lncRNAs、circRNAs、miRNAs等。越来越多的研究发现,各种类型的RNAs可通过ceRNAs机制来进行相互交流,从而调控多种肿瘤细胞及其微环境,影响肿瘤的增殖和迁移等[21]

2010—2017年间NSFC肿瘤学科ceRNAs相关研究申请568项,占肿瘤学申请总数的0.84%,占ncRNAs相关研究申请数的4.87%;其中资助157项,占肿瘤学资助总数的1.27%,占ncRNAs研究资助项目数的6.79%。2010—2017年间项目申请数、资助数呈稳步上升趋势。相反地,项目资助率呈下降趋势,从2012年的42.86%下降至2017年的22.53%,可能的主要原因还是:随着该领域的研究被广泛关注,出现较多跟踪热点但又缺乏创新的移植式低水平项目申请(图 8)。

图 8 2010—2017年肿瘤学、肿瘤与ceRNAs研究项目申请与资助情况
2.4 其他ncRNAs与肿瘤研究

随着测序及分析技术的飞速发展,越来越多类型的ncRNAs被发现,并被证实与多种肿瘤的发生、发展过程密切相关。除上述三类被广泛研究的ncRNAs外,还有核糖体RNAs (ribosomal RNA, rRNAs)、转运RNAs (transfer RNAs, tRNAs)、小激活RNAs (small activating RNAs, saRNAs)、piRNAs、snoRNAs、小核RNAs (small nuclear RNA, snRNAs)等。2010—2017年间NSFC肿瘤学科申请及资助其他ncRNAs的具体情况见表 4

3 存在问题

我国ncRNAs与肿瘤研究领域在NSFC资助下取得了一系列的优秀成果,但申请项目中仍然存在一些共性的问题,表现为:缺乏针对ncRNA作用机制的原创性、开拓性的研究申请;研究内容缺乏深入的机制探讨,主要是现象的描述和相关性的观察;有相当部分申请书缺乏扎实的前期研究基础、预实验不足以支持科学假说,如仅仅是通过生物信息学分析,或简单地以几个临床指标的相关性分析来预测ncRNAs功能及作用的分子机制,并据此设计常规的研究方案,机制研究的预设性很强,缺乏必要的备选方案;有些申请者缺乏ncRNAs相关的研究背景,甚至不熟悉该领域内的一些基本知识与技术,仅仅是跟踪研究热点,移植、拼凑ncRNAs相关的研究内容,形成一种移植式的方案,缺乏逻辑性、可行性;还有部分申请人跟踪、移植国外已经发表的论文,仅更换研究的肿瘤类型,学术态度不端正等等。

随着RNA测序等技术的进步,大量的新的ncRNAs被发现,这些ncRNAs在生理、病理过程中的功能及机制有待进一步阐明。然而,ncRNAs与mRNAs的序列特征和分子功能上的不同,导致ncRNAs研究中有许多难题需要克服。在已经获得资助的大部分ncRNAs研究项目中,尚未针对这些难题有清晰明确的解决方案。(1) ncRNAs的功能研究。使用siRNA、ASOs (antisense oligonucleotides)等进行RNAi是基因功能研究中常用的功能缺失手段。但由于ncRNAs具有复杂的二级结构,并且大量ncRNAs定位于细胞核中,导致RNAi对某些ncRNAs的沉默效率非常低[22]。CRISPR/Cas9系统也是基因敲除的常用手段,由gRNA引导进行DNA剪切造成移码突变即可完成。然而,由于ncRNAs不编码的特性,利用CRISPR/Cas9进行敲除时需要将整个基因序列或者其启动子序列敲除,这种大片段的敲除导致其效率显著降低[22]。在功能获得实验中,利用各种瞬时表达载体和病毒载体系统能够很好地进行基因表达。然而,某些ncRNAs具有与mRNAs不同的结构特征,如没有3' polyA尾、定位于细胞核甚至核仁等。瞬时表达或病毒载体的RNA产物通常具有mRNA的结构特征(5' cap和3' polyA尾),这可能会导致所表达的ncRNAs走向翻译途径或改变其最终的二级结构、亚细胞定位等[23]。(2) ncRNAs的机制研究。ncRNAs的功能机制复杂而多样,可以通过结合蛋白质、RNA、DNA等分子发挥功能。结合其他分子后,ncRNAs可以调控基因表达,或作为分子海绵、脚手架分子、信号转导分子、引导分子等发挥作用[24]。如此多样的机制为ncRNAs的研究带来困难。可能需要尝试不同方向,在探索中寻找其潜在机制。此外,由于ncRNAs的研究才刚刚起步,可能存在新的功能机制有待阐明。这些无疑为机制研究增加了困难和挑战。(3) ncRNAs分子结合的结构基础。与蛋白编码基因相比,ncRNAs序列在进化上的保守性较差[25]。有学者提出ncRNAs的结构保守性比其序列保守性更重要[26]。在结构生物学研究中,通过分析蛋白质的三维结构,能够解析蛋白质功能及蛋白质间相互作用的结构基础。然而,ncRNAs的结构研究还停留在二级结构的解析上。在运用生物信息学手段预测ncRNAs的二级结构时,使用不同的计算模型会得到不同的二级结构,提示其预测结果的准确性较差。目前报道的解析ncRNAs二级结构的实验手段得到的结果的精确性还非常有限[27]。此外,结构解析前的RNA抽提过程是否会导致RNA结构的改变尚不清楚。(4) ncRNAs研究结果的可重复性。随着基因编辑技术的发展,运用基因工程小鼠进行ncRNAs的研究也逐渐展开。然而,诸多在细胞模型研究中具有重要功能的ncRNAs,其功能并不能在动物模型中重现,如细胞模型中调控发育的lncRNA HOTAIR[28-29]、调控可变剪接的MALAT1等[30]。甚至对于某些ncRNAs,使用不同品系小鼠的研究结果也不相同。这可能是由于不同物种、品系之间的差异,或不同组织来源细胞之间的差异[31]。提示ncRNAs的作用可能存在高度的物种或细胞特异性。然而,如果大量的ncRNAs功能研究无法在不同的模型中被有效重复,那么其功能的重要性可能需要进一步探讨。

4 结语

随着针对ncRNAs的深入研究,基因组的复杂性得到了充分的体现。ncRNAs对细胞生物学的影响超过了研究人员的预期水平,这也使得ncRNAs的研究更加复杂化。尽管对ncRNAs的认识尚处于初步阶段,但已有部分研究成果在临床诊治中得到了广泛应用[32]。ncRNAs或许可以为人类医疗事业开启一条新的途径,产生更加特异、高效的相关药物以及更加个体化的诊疗方案,提高肿瘤的诊治效率。

在NSFC资助下,中国学者在肿瘤ncRNAs研究方向上积累了较好的研究基础和人才储备,希望未来研究人员能不断提升基础研究水平,并重视研究成果的转化应用,带动ncRNAs相关的抗肿瘤临床研究的开展,逐渐形成一种新的药物治疗模式,最终服务于更多的肿瘤患者。

[参考文献]

[1]
Cabili MN, Trapnell C, Goff L, et al. Integrative annotation of human large intergenic noncoding RNAs reveals global properties and specific subclasses. Genes Dev, 2011, 25: 1915-27. DOI:10.1101/gad.17446611
[2]
Moran VA, Perera RJ, Khalil AM. Emerging functional and mechanistic paradigms of mammalian long non-coding RNAs. Nucleic Acids Res, 2012, 40: 6391-400. DOI:10.1093/nar/gks296
[3]
Morris KV, Mattick JS. The rise of regulatory RNA. Nat Rev Genet, 2014, 15: 423-37.
[4]
Pasquinelli AE, Reinhart BJ, Slack F, et al. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Nature, 2000, 408: 86-9. DOI:10.1038/35040556
[5]
Pritchard CC, Cheng HH, Tewari M. MicroRNA profiling: approaches and considerations. Nat Rev Genet, 2012, 13: 358-69.
[6]
Xin S, Gu L, Zhao NH, et al. Smaller sulfur molecules promise better lithium-sulfur batteries. J Am Chem Soc, 2012, 134: 18510-3. DOI:10.1021/ja308170k
[7]
Roberts A, Pimentel H, Trapnell C, et al. Identification of novel transcripts in annotated genomes using RNA-Seq. Bioinformatics, 2011, 27: 2325-9. DOI:10.1093/bioinformatics/btr355
[8]
Mercer TR, Gerhardt DJ, Dinger ME, et al. Targeted RNA sequencing reveals the deep complexity of the human transcriptome. Nat Biotechnol, 2011, 30: 99-104.
[9]
Calin GA, Liu CG, Ferracin M, et al. Ultraconserved regions encoding ncRNAs are altered in human leukemias and carcinomas. Cancer, 2007, 12: 215-29.
[10]
Kiss-Laszlo Z, Henry Y, Bachellerie JP, et al. Site-specific ribose methylation of preribosomal RNA: a novel function for small nucleolar RNAs. Cell, 1996, 85: 1077-88. DOI:10.1016/S0092-8674(00)81308-2
[11]
Landgraf P, Rusu M, Sheridan R, et al. A mammalian microRNA expression atlas based on small RNA library sequencing. Cell, 2007, 129: 1401-14. DOI:10.1016/j.cell.2007.04.040
[12]
Guttman M, Donaghey J, Carey BW, et al. lincRNAs act in the circuitry controlling pluripotency and differentiation. Nature, 2011, 477: 295-300. DOI:10.1038/nature10398
[13]
Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, et al. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency. Nature, 2013, 495: 333-8. DOI:10.1038/nature11928
[14]
Gutschner T, Diederichs S. The hallmarks of cancer: a long non-coding RNA point of view. RNA Biol, 2012, 9: 703-19. DOI:10.4161/rna.20481
[15]
National Natural Science Foundation of China. Project guide of national natural science foundation of China in 2017: Beijing: Science Press, 2017.
[16]
Pereira DM, Rodrigues PM, Borralho PM, et al. Deliver-ing the promise of miRNA cancer therapeutics. Drug Discov Today, 2013, 18: 282-9. DOI:10.1016/j.drudis.2012.10.002
[17]
Huarte M. The emerging role of lncRNAs in cancer. Nat Med, 2015, 21: 1253-61. DOI:10.1038/nm.3981
[18]
Panda AC, Grammatikakis I, Munk R, et al. Emerging roles and context of circular RNAs. Wiley Interdiscip Rev RNA, 2017, 8: e1386.
[19]
Li J, Yang J, Zhou P, et al. Circular RNAs in cancer: novel insights into origins, properties, functions and implications. Am J Cancer Res, 2015, 5: 472-80.
[20]
Salmena L, Poliseno L, Tay Y, et al. A ceRNA hypothesis: the Rosetta Stone of a hidden RNA language?. Cell, 2011, 146: 353-8. DOI:10.1016/j.cell.2011.07.014
[21]
Tay Y, Rinn J, Pandolfi PP. The multilayered complexity of ceRNA crosstalk and competition. Nature, 2014, 505: 344-52. DOI:10.1038/nature12986
[22]
Leone S, Santoro R. Challenges in the analysis of long noncoding RNA functionality. FEBS Lett, 2016, 590: 2342-53. DOI:10.1002/1873-3468.12308
[23]
Yin QF, Hu SB, Xu YF, et al. SnoVectors for nuclear expression of RNA. Nucleic Acids Res, 2015, 43: e5. DOI:10.1093/nar/gku1050
[24]
Wang KC, Chang HY. Molecular mechanisms of long noncoding RNAs. Mol Cell, 2011, 43: 904-14. DOI:10.1016/j.molcel.2011.08.018
[25]
Johnsson P, Lipovich L, Grander D, et al. Evolutionary conservation of long non-coding RNAs; sequence, structure, function. Biochim Biophys Acta, 2014, 1840: 1063-71. DOI:10.1016/j.bbagen.2013.10.035
[26]
Jenkins AM, Waterhouse RM, Muskavitch MA. Long non-coding RNA discovery across the genus anopheles reveals conserved secondary structures within and beyond the Gambiae complex. BMC Genomics, 2015, 16: 337-76. DOI:10.1186/s12864-015-1507-3
[27]
Blythe AJ, Fox AH, Bond CS. The ins and outs of lncRNA structure: How, why and what comes next?. Biochim Biophys Acta, 2016, 1859: 46-58. DOI:10.1016/j.bbagrm.2015.08.009
[28]
Amandio AR, Necsulea A, Joye E, et al. Hotair is dispensible for mouse development. PLoS Genet, 2016, 12: e1006232. DOI:10.1371/journal.pgen.1006232
[29]
Rinn JL, Kertesz M, Wang JK, et al. Functional demarcation of active and silent chromatin domains in human HOX loci by noncoding RNAs. Cell, 2007, 129: 1311-23. DOI:10.1016/j.cell.2007.05.022
[30]
Zhang B, Arun G, Mao YS, et al. The lncRNA Malat1 is dispensable for mouse development but its transcription plays a cis-regulatory role in the adult. Cell Rep, 2012, 2: 111-23. DOI:10.1016/j.celrep.2012.06.003
[31]
Li L, Helms JA, Chang HY. Comment on " Hotair is dispensable for mouse development". PLoS Genet, 2016, 12: e1006406. DOI:10.1371/journal.pgen.1006406
[32]
Byron SA, Van Keuren-Jensen KR, Engelthaler DM, et al. Translating RNA sequencing into clinical diagnostics: opportunities and challenges. Nat Rev Genet, 2016, 17: 257-71.