MicroRNA (miRNA/miR) 是由 20-22 个核苷酸组成的短链非编码 RNA，通过与靶信使 RNA(mRNA) 分子相互作用，在基因调控中发挥关键作用。据估计，microRNA 在翻译水平上可调控人类基因组中高达 60% 的蛋白质编码基因。它们参与多种生理过程，如分化、增殖、凋亡和发育，其调控失衡已被证实与多种病理性疾病相关。
2024 年诺贝尔生理学或医学奖授予 Victor Ambros 和 Gary Ruvkun，以表彰他们“发现 microRNA 及其在转录后基因调控中的作用”，这凸显了 microRNA 的重要性。这些科学家于 1993 年首次发表了他们对 microRNA 的发现，到 2000 年，Ruvkun 的研究小组已经识别出 let-7，这是一种由 let-7 基因编码的 microRNA，该分子在多种动物物种中呈现高度保守性。自那时起，人们对开发 microRNA 疗法表现出了极大的兴趣。
这些核酸的毒性和有效递送问题仍然是一个挑战。少于 20 种 microRNA 治疗药物已进入临床试验，其中没有一种处于 III 期阶段。由于 microRNA 的毒性和其他严重副作用，约有一半已启动的 microRNA 治疗试验不得不暂停或终止。
然而，新的研究正在取得进展。纳米级药物递送系统的进步正在解决药效和毒性问题，随着递送方法的不断改进，microRNA 疗法可能会得到更广泛的应用。
microRNA的生物发生及作用机制
MicroRNA 可以作为独立的转录单元存在，或嵌套在其他基因的内含子或外显子中。microRNA 的生成有两种途径：经典途径和非经典途径（见图 1）。
在经典通路中，microRNA 基因被 RNA 聚合酶 II（偶尔 RNA 聚合酶 III）转录生成长初级 microRNA 转录本 (pri-miRNA)。Pri-miRNA 可长达数千碱基，并带有 5' 和 3' 侧翼序列，还可能包含多个成熟 microRNA 的茎环结构。Pri-miRNA 由核蛋白 DGCR8（DiGeorge 综合征关键区域 8）和酶 DROSHA 加工处理成发夹状结构，称为前体 miRNA 转录本 (pre-miRNA)。
在非经典途径中，位于 mRNA 内含子中的 microRNA 前体被剪接出来，绕过了 DGCR8/DROSHA 步骤。然后，Pre-miRNA 在 exportin-5 的帮助下被转运到细胞质中。一旦进入细胞质，RNase 酶 DICER 就会作用于 pre-miRNA 发夹环，并将其切割成成熟的 microRNA 双链。microRNA 双链的一条链（引导链）与 RNA 诱导的沉默复合体 (RISC) 中的 Argonaut (AGO) 蛋白结合，而另一条链（乘客链）则被降解。通常基于热力学稳定性等因素，会优先选择某一条链被整合进 RISC。最终，靶 mRNA 要么被降解，要么经历翻译抑制。
递送方法的改进使突破更近一步
由于 microRNA 的不稳定性和易降解性，将其有效输送到靶细胞是一项复杂的挑战。当前的方法包括病毒系统（腺相关病毒、腺病毒和慢病毒载体）以及非病毒系统（脂质纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、无机纳米颗粒、细胞外囊泡和肽）。
病毒介导的 microRNA 递送已被证实有效，但该方法存在高免疫原性。相反，非病毒载体表现出相对稳定性和低免疫原性。结果，研究人员正在探索多种类型的非病毒纳米载体，以有效地将 microRNA 运送到细胞中。
脂质纳米颗粒 (LNP) 是当前最常用的载体，因其能保护 microRNA 且具有良好的生物相容性。LNP 最近由可电离的阳离子脂质开发，以更高效地递送 microRNA。LNP 还可以包括“辅助脂质”，如胆固醇或二油酸磷脂酰乙醇胺 (DOPE)，以提高稳定性并降低毒性。引入聚乙二醇 (PEG) 已被证实能减少纳米颗粒聚集并延长循环时间。
聚合物基载体也正在取得新的突破，包括聚（乳酸-羟基乙酸共聚物）（PLGA）。研究人员开发了一种抑制 microRNA-210 的策略，使用具有改进 RNA 结合效能的反义 γ 肽核酸（γPNAs），并将其封装在 PLGA 纳米颗粒中。PLGA 已获得 FDA 批准作为输送载体，并正在进行小干扰 RNA（siRNA）疗法的二期试验。
无机纳米颗粒如金纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒也显示出作为 microRNA 载体的潜力，但持续存在的毒性问题，特别是金纳米颗粒，可能会限制其临床应用。
将 microRNA 用作治疗手段的不同策略
我们通过分析 CAS 内容合集TM（全球最大人工收录科学信息库），深入解析 microRNA 研究格局。尽管期刊发文量近期略有下降，但过去五年 microRNA 相关出版物增幅达 187%（2020-2025 CAS 数据），其中治疗应用研究占比从 32% 提升至 61%。不过，专利公开数量持续增长，表明该领域保持商业关注热度（见图 2）。
microRNA 治疗技术的核心目标在于调控并最终修复异常或病理性 microRNA 表达模式。目前主要通过两种方法实现：microRNA 激活剂/增强剂与 microRNA 抑制剂。第一组主要包括 microRNA 模拟物，而第二组则由抗 MIR 寡核苷酸 (AMO)、microRNA 掩蔽物、海绵和诱饵组成。请参见图 3，大多数出版物涉及 microRNA 抑制剂 （67.7%）。在这些出版物中，AMO 是最常见的。
这些不同策略的工作原理如下：
- microRNA 模拟物：合成的双链小 RNA 分子，与相应的 microRNA 序列匹配，模拟天然合成 microRNA 的作用。其目的是在病理条件下功能性补充丢失或减少的 microRNA 表达。
- antiMIR/AMO/anatagomiR：基于第一代反义寡核苷酸的合成单链小 RNA 分子，可能具有化学修饰（例如，带有 2-O-甲氧乙基修饰的 antiMIR 也称为 antagomiR）。它们通过与具有互补序列的 microRNA 功能性结合，阻止其与靶向 mRNA 的相互作用，从而最终提高后者的表达水平。
- microRNA 海绵：人工合成的 microRNA 分子，其包含寡核苷酸序列的串联重复结构，这些序列携带有目标成熟 microRNA 的结合位点 (MBS)。它们会封存目标内源性 microRNA，使目标 mRNA 上的 MBS 释放，从而导致其上调。CircmiR 是圆形 microRNA 海绵，具有相同的作用机制，但更加稳定。
- microRNA 诱饵：microRNA 海绵的一种变体，其特点是茎环结构（环包含 MBS）。
- microRNA 掩蔽物：带有 2ʹ-O-甲氧乙基修饰（或其他化学修饰）的单链寡核苷酸。它们与靶 mRNA 的 3'UTR 中的 MBS（microRNA 结合位点）完全互补，阻碍 microRNA 与 mRNA的相互作用，从而提高 mRNA 的表达水平。
探索 microRNA 作为治疗手段的潜力
MicroRNA 由于其在基因表达中的多种功能，可能有助于解决多种疾病。根据我们对 CAS 内容合集的分析，癌症是研究最为突出的治疗领域 (67.5%)，其次是心血管疾病 (10.2%)）、感染 (4.5%)、糖尿病 (4.4%) 和神经退行性疾病 (4.3%)（参见图 4）。
癌症
致癌性 microRNA (oncomiR) 通过参与多种信号通路，在癌症发展中起着重要作用，包括抑制抑癌基因和激活致癌基因。miR-34 家族（miR-34a、miR-34b、miR-34c），受 TP53 肿瘤抑制基因调控，能够下调多个基因，如 Cyclin D1、E2、CDK4、CDK6、BCl2 和 Myc，导致细胞周期停滞和凋亡，抑制肿瘤生长。MiR-17-92 基因簇，通常被称为“oncomir-1”，通过靶向抑制 PTEN、p21 和 E2F 等抑癌因子，导致细胞增殖、存活及血管生成能力增强。MiR-21 主要通过靶向作用 PTEN、PDCD4 和 TIMP3 基因，并激活 PI3K/Akt 和 MAPK 等支持细胞生存的通路，进一步促进肿瘤的生长、侵袭和转移。除了调节肿瘤抑制因子和致癌基因外，microRNA 还在调节癌细胞耐药性方面发挥着关键作用。
心血管疾病
最近的分析研究发现，众多 microRNA 在心血管疾病 (CVD) 中呈现时空差异性表达，为心肌梗死、动脉粥样硬化、心力衰竭、中风及高血压等疾病的调控提供了新思路。典型实例包括 miR-29 参与心肌纤维化（病理性心肌重塑）、miR-21 与 miR-155 调控心肌病发展、以及 miR-34 在心肌梗死中的关键作用。MiR-21 和 miR-29 在病理性心脏重构过程中也在细胞外基质沉积中发挥关键作用。Dicer 是一种参与所有 microRNA 成熟过程的酶，在心力衰竭期间表现出异常表达。功能性研究表明，心脏特异性敲除 Dicer 会导致小鼠出现进行性心肌病、心力衰竭以及死亡。现有数据综合表明，Dicer/microRNA 在正常心脏功能及病理状态下均发挥关键作用，并正被作为心血管疾病 (CVD) 中的潜在治疗靶点进行研究。
感染
在超过 50 种感染（包括细菌性、病毒性、真菌性和寄生虫性）的宿主与病原体相互作用机制研究中，microRNA 正被作为重点探索研究对象。microRNA 可以通过多种方式帮助对抗传染病。它们可以调节特定蛋白质，这些蛋白质参与先天和适应性免疫途径，帮助微调对感染的免疫反应。它们可以用于靶向病原体基因并抑制其复制。例如，RG-101和 miravirsen（miR-122 抑制剂）等疗法，通过靶向宿主 microRNA 来对抗丙型肝炎病毒感染。MicroRNA 也正被用于开发减毒疫苗的研究，其技术路径是通过将 microRNA 反应元件整合到病毒疫苗基因组中实现。一些病原体，例如 Ebola，会产生自己的 microRNA，可以通过针对性治疗来降低其致病性并改善治疗效果。
糖尿病
新兴的证据表明，microRNA 在 β 细胞功能（存活、增殖、分化和胰岛素分泌）以及调节胰岛素抵抗或敏感性方面发挥着关键作用。它们可以影响炎症反应，而糖尿病患者的炎症反应通常会加剧。通过降低炎症，microRNA 可以协助管理与糖尿病相关的并发症。多项旨在寻找基于 microRNA 的糖尿病治疗方法的临床前试验和体外研究已显示出可喜成果。
神经退行性疾病
MicroRNA 可以调节与神经退行性疾病相关的基因表达，减轻神经炎症，并保护神经元免于凋亡。例如，miR-124 和 miR-132 支持神经元健康和功能，而 miR-29 和 miR-34 系列则针对与阿尔茨海默病中淀粉样蛋白 β 生成有关的基因。MicroRNA 还能促进神经发生，这对大脑修复至关重要，其中 miR-9 和 miR-124 被认为在神经发生中发挥重要作用。失调的 microRNA 会导致神经功能恶化和神经退行性疾病的发展。因此，调节这些 microRNA 为治疗这些病症提供了新的方向。
我们绘制了文献数据集中最常见的 microRNA，并将它们在前五大治疗领域中的分布进行了可视化，作为我们分析的一部分（见图 5）。
我们还进行了共现分析，以确定哪些类型的 microRNA 疗法与文献中的五种主要疾病最密切相关（见图 6）。
microRNA治疗的前景
我们已经看到 microRNA 疗法领域近年来取得突破性进展，然而，在将这些疗法用于临床实践之前，仍需克服持续存在的挑战。必须进行临床试验，以确认不同 microRNA 策略和递送方法的安全性和有效性。不良免疫反应、非特异性组织积累和内体降解是开发基于 microRNA 的疗法所面临的其他重大挑战。
最新研究表明，这些疗法正在取得突破，未来一片光明。以 CRISPR/Cas 基因编辑技术精准调控 microRNA 基因表达，结合人工智能驱动的 microRNA 靶点预测模型，这些尖端技术的融合为 microRNA 疗法的开发开辟了突破性路径。
通过持续创新，microRNA 疗法很快就能改变许多疾病的患者护理方式。
