癌癥是由異常的細胞增殖所引起，其是世界上最主要的公共衛(wèi)生問題之一。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Cell上題為“A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency”的研究報告中，來自北京大學(xué)等機構(gòu)的科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的植物免疫蛋白或能通過減緩microRNA（miRNA）的缺陷來實現(xiàn)廣譜的抗腫瘤反應(yīng)，其或有望提供一種幫助抵御人類癌癥的強大武器。

miRNA被認為與致癌過程密切相關(guān)，哺乳動物成熟的miRNA雙鏈上存在一種2-nt 3'端終端過剩，其能被Argonaute（AGO）蛋白識別并裝載從而形成RNA所誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體（RISC），并能調(diào)節(jié)靶向基因的表達，實際上，全面性的miRNA的劑量減少被認為是誘發(fā)癌癥的原因。

細胞周期的過度激活是癌細胞異常增殖的一個必要條件，然而讓研究人員驚訝的是，很多miRNAs能直接靶向作用并抑制細胞周期基因從而控制細胞增殖。因此，通過修復(fù)腫瘤中缺陷的miRNA通路或許能作為一種新型的腫瘤療法來抑制腫瘤細胞的增殖。

與miRNA不同的是，siRNA來源于不同的RNA依賴性的RNA聚合酶（RDR）所合成的雙鏈RNA底物，植物中RDR1依賴性的siRNA是一種獨特的核心分子免疫反應(yīng)通路，尤其是能夠參與抗病毒免疫反應(yīng)。因此，研究人員旨在從動物和植物免疫系統(tǒng)的差異出發(fā)，在哺乳動物中開展基于植物RDR1的植物遺傳工程操作，并研究其在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

文章中，研究人員介紹了不能有效結(jié)合AGO2復(fù)合體的1-nt-shorter 3’末端的miRNA異構(gòu)體或許會在人類原發(fā)性癌癥和癌細胞系的不同樣本中廣泛積累。作為異位表達的植物免疫性蛋白，RDR1能通過其單核苷酸尾部來修飾AGO2的這些雙鏈游離性的miRNA異構(gòu)體，從而重新激活缺陷的miRNA通路，并能特異性地阻斷實體瘤和白血病中的癌細胞周期。

研究人員發(fā)現(xiàn)，RDR1蛋白能通過靶向作用細胞周期來抑制癌細胞的增殖，研究人員將擬南芥（At）和水稻（Os）的RDR1基因分別克隆到由Dox所誘導(dǎo)的慢病毒載體中，同時他們驗證了其在哺乳動物細胞中成功的異位表達。在分子水平上，基于RNA測序的基因富集分析結(jié)果（GSEA）表明，擬南芥和水稻中的RDR1能干預(yù)所有癌細胞系的細胞周期過程，同時還不會對非癌變的對照細胞產(chǎn)生明顯的損傷效應(yīng)。

研究人員認為，RDR1是一種外源性的腫瘤抑制子，其能特異性地靶向作用并干預(yù)癌細胞的細胞周期，同時還不會影響非癌變細胞，擬南芥和水稻中的RDR1對于癌細胞的增殖有著廣譜且特殊的抑制特性，且并不會對非癌變細胞系產(chǎn)生損傷影響。

3’末端的短1-nt miRNA異構(gòu)體在多種腫瘤中會廣泛積累。研究者提出，植物中的RDR1能通過增加全面性的miRNA表達來抑制細胞周期和細胞增殖，從而就能通過敲除和AGO2-CLIP的miRNA通路的關(guān)鍵組分來恢復(fù)癌細胞中miRNA的缺陷。而通過對已經(jīng)發(fā)表的miRNA測序數(shù)據(jù)及AGO2-IP的miRNA測序的系統(tǒng)性分析結(jié)果表明，異常的短1-nt雙鏈miRNA異構(gòu)體在癌細胞中進入AGO2或許并不是那么有效和穩(wěn)定，所以這可能與不同腫瘤中miRNA劑量的減少有關(guān)。

此外，研究者還發(fā)現(xiàn)，RDR1能通過單核苷酸尾部來修復(fù)癌細胞中的miRNA異構(gòu)體。通過進行體外生化實驗，研究人員就能直接證明，rAtRDR1或能通過3’末端單核苷酸來修飾單鏈miRNA和攜帶1-nt或2-nt過剩的雙鏈miRNA，但卻并不能修飾攜帶平末端的雙鏈miRNA。

研究者表示，具有核苷酸轉(zhuǎn)移酶活性的RDR1或能通過單核苷酸修飾從AGO2中分離出的短1-nt雙鏈miNA異構(gòu)體，從而恢復(fù)其對AGO2的裝載效率，最終修復(fù)癌癥中有缺陷的miRNA通路。最后，RDR1就能抑制多種小鼠實體瘤和白血病的進展，研究人員在免疫缺陷和體內(nèi)白血病的小鼠模型中驗證了植物RDR1的抗腫瘤作用。最后，通過納米囊泡包裝和AAV裝載的純化RDR1蛋白就能分別在體外細胞和體內(nèi)實體瘤水平上實現(xiàn)直接運輸和對腫瘤的抑制。

圖片來源：Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.04.030

綜上，本文研究結(jié)果表明，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了異常的3’端短鏈1-nt miRNA異構(gòu)體會在多種人類原發(fā)性腫瘤中進行積累，從而就為在腫瘤發(fā)生過程中miRNA劑量的全面下降提供了一個新的研究視角。而利用RDR1，研究人員或許就能通過修復(fù)癌細胞中的miRNA缺陷來實現(xiàn)廣譜的抗腫瘤反應(yīng)，并能開發(fā)出一種新型策略來編輯和操控miRNA，從而使其能成為一種有效抵御癌癥的強大武器。

原始出處：

Ye Qi,Li Ding,Siwen Zhang，et al.?A plant immune protein enables broad antitumor response by rescuing microRNA deficiency,?Cell?(2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.04.030