isomiR的复杂性：从分类到临床相关性

miRNA是一种短的、广泛保守的非编码RNA分子，通过互补碱基对结合来调控mRNA。因此，它们在各种细胞和代谢途径中起着至关重要的作用。在很长一段时间里，人们一直不知道miRNA的真正复杂性。miRNA按家族、前体和成熟形式分组。然而，随着测序数据的增加，越来越多的证据表明，成熟miRNA变异的数量超出了人们对生物或技术变异(即自发突变或测序错误)的预期。Morin等人在2008年通过深度测序研究人类胚胎干细胞中miRNA的表达时，首次将与其原型序列不同的miRNA称为“isomiR”。2012年，首次发表了一篇综合综述，强调了isomiR的生物发生和功能意义。到目前为止，PubMed上列出了402篇包含术语isomiR的文章，这些文章中有三分之二与人类研究有关。已经发表了大约150篇关于isomiR在各种人类疾病中的作用的文章——包括心血管疾病、神经退行性疾病、精神疾病和慢性炎症性疾病，尤其是癌症——强调了它们在疾病研究中的重要性日益增加。发表频率最高的作者(Guo Li)在该领域发表了28篇论文。

随着isomiR的重要性日益增加，关于isomiR研究的不同方面的综述也越来越多，从基本原理(如生物发生或靶组分析)到非常具体的临床应用(如结直肠癌)。这些综述详细描述了各自领域的最新进展:例如，在结直肠癌中，isomiR有望成为新的诊断和治疗方法，强调了对这一特定癌症类型进行全面研究的必要性。对miRNA变异的研究揭示了其在结直肠癌干细胞调控中的重要意义，提示isomiR可能影响癌症干细胞表型和患者预后。同样，对包括乳腺癌和前列腺癌在内的多种癌症类型的广泛综述强调了isomiR在促进致癌认识和生物标志物开发方面的潜力。此外，isomiR在新生血管在心血管疾病中具有潜在的治疗作用，为增强血管重塑提供了新的途径。同样，新兴技术已经揭示了isomiR在癌症和其他疾病中的关键作用，强调了它们在细胞过程(如分化和稳态)中的作用，以及它们作为生物标志物的潜力。最后，综述文章描述了isomiR的发现如何丰富了我们对miRNome的理解，提供了对转录后基因调控和植物系统中人类以外miRNA网络复杂性的见解。这些评论文章是isomiR日益增长的影响的很好的例子。

尽管如此，与关于miRNA的出版物相比，引用isomiR的出版物数量仍然很低。为了使研究人员能够方便和广泛地了解这一主题，Wagner等人最近概述了目前关于isomiR的知识，特别强调了它们潜在的临床相关性，因为对miRNA治疗应用的兴趣正在增加。从对isomiR的生物发生和分类（图1）的简要介绍开始，目标是对该领域的潜在挑战有一个基本的了解。然后讨论当前可用分析工具的技术进步和局限性。此外，作者们讨论了跨物种的比较研究，并描述了isomiR研究的临床重要性，特别是isomiR与癌症诊断/预后的相关性。最后，提出了未来的设想，isomiR分析将成为基于NGS的miRNA研究的必要，甚至是强制性的一部分。

图1 microRNA (miRNA)家族中的isomiR注释。(A)与原型miRNA比较的isomiR性状示例，如3'/5'isomiR、表观isomiR和多态isomiR，以及原型miRNA的mRNA靶向和(例如)5'isomiR由种子转移引起的靶谱改变。(B)人类miR-29家族的染色体组织概述，显示了miR-29a、miR-29b和miR-29c及其isomiR的原型序列，突出了可能产生的一个isomiR典型的miRNA生物发生是通过聚合酶II转录，形成pri-miRNA结构，然后通过Drosha微加工成pre-miRNA发夹。输出蛋白介导从细胞核到细胞质的转运，Dicer将发夹切割成miRNA双链，成熟序列被装载到Argonaut (Ago)复合体中，介导mRNA沉默。与此过程相反，非典型miRNA通过不同的生物发生过程产生，这些过程独立于Drosha和/或dicer催化的裂解。典型miRNA和非典型miRNA都能产生异构体

尽管在癌症方面进行了广泛的研究，但对isomiR生物学的深入研究表明，isomiR在其他疾病背景下具有重要的潜力。有几个问题需要解决以推进该领域。目前，已有多个isomiR数据库，但在miRNA研究领域中使用最多的数据库miRBase中没有纳入isomiR注释。isomiR文献的收录和对数据库中当前注释的原型miRNA的批判性评估在推进isomiR领域发挥着至关重要的作用。将在不同生物环境中经常检测到的isomiR信息添加到该数据库中，将对isomiR研究非常有益。此外，添加不同isomiR在特殊生物学环境下的表达信息，将提高人们对isomiR及其生物学功能的认识，并有望鼓励人们在研究中分析isomiR的表达。

采用通用的命名法也同样重要。结合isomiR家族身份可以确保准确的命名，防止错误地归因于单一原型miRNA，而是将其与所属的miRNA家族联系起来。建议使用原型miRNA作为标准命名法，以避免混淆，因为规范的miRNA命名法不包括有不同生物发生通路的miRNA。这些努力——以及在命名和注释方面建立的指导方针——将促进跨物种的比较研究，并有助于物种之间的功能发现，从而也简化了临床研究。

虽然某些isomiR的功能相关性已被证明与它们各自原型miRNA相关，但缺乏全面的比较研究来验证跨广泛的原型miRNA的功能isomiR，或单一原型miRNA的所有可检测的isomiR。对于某些原型miRNA的少数isomiR，已经证明了isomiR的功能相关性。然而，目前还没有比较研究来验证大量原型miRNA的功能isomiR，或者验证一种原型miRNA的所有可检测的isomiR。这些未来的研究将有助于深入了解功能性isomiR的特性，并简化生物学功能isomiR与没有任何功能含义的序列之间的区别，甚至可以通过测序错误检测到“isomiR”。研究使用不同的方法来验证isomiR的功能，可以用作基准研究工作流程的蓝图。这些研究的结果也将推进疾病背景下的isomiR研究，因为功能isomiR可以很容易地与非功能isomiR区分开来，并使isomiR能够作为治疗靶点使用。

总之，isomiR研究代表了一个不断发展的领域，如发现了episomiR，强调需要一个明确的跨物种命名法，并将isomiR纳入miRBase以加强研究领域内的交流。克服这些挑战将促进isomiR作为生物标志物和治疗靶点在临床应用中的使用。鉴于isomiR的不同作用模式和生物活性，作者们主张在所有当前和未来的miRNA研究中，特别是那些具有潜在临床应用的研究中，必须进行isomiR分析。

参考文献

[1] Wagner V, Meese E, Keller A. The intricacies of isomiRs: from classification to clinical relevance. Trends Genet. 2024. doi:10.1016/j.tig.2024.05.007

以往推荐如下：

1. 分子生物标志物数据库MarkerDB

2. 细胞标志物数据库CellMarker 2.0

3. 细胞发育轨迹数据库CellTracer

4. 人类细胞互作数据库：CITEdb

5. ​EMT标记物数据库：EMTome

6. EMT基因数据库：dbEMT

7. ​EMT基因调控数据库：EMTRegulome

8. RNA与疾病关系数据库：RNADisease v4.0

9. RNA修饰关联的读出、擦除、写入蛋白靶标数据库：RM2Target

10. 非编码RNA与免疫关系数据库：RNA2Immune

11. 值得关注的宝藏数据库：CNCB-NGDC

12. 免疫信号通路关联的调控子数据库：ImmReg

13. 利用药物转录组图谱探索中药药理活性成分平台：ITCM

14. AgeAnno：人类衰老单细胞注释知识库

15. 细菌必需非编码RNA资源：DBEncRNA

16. 细胞标志物数据库：singleCellBase

17. ​实验验证型人类miRNA-mRNA互作数据库综述

18. 肿瘤免疫治疗基因表达资源：TIGER

19. 基因组、药物基因组和免疫基因组水平基因集癌症分析平台：GSCA

20. 首个全面的耐药性信息景观：DRESIS

21. 生物信息资源平台：bio.tools

22. 研究资源识别门户：RRID

23. 包含细胞上下文信息的细胞互作数据库：CCIDB

24. HMDD 4.0：miRNA-疾病实验验证关系数据库

25. LncRNADisease v3.0：lncRNA-疾病关系数据库更新版

26. ncRNADrug：与耐药和药物靶向相关的实验验证和预测ncRNA

27. CellSTAR：单细胞转录基因组注释的综合资源

28. RMBase v3.0：RNA修饰的景观、机制和功能

29. CancerProteome：破译癌症中蛋白质组景观资源

30. CROST：空间转录组综合数据库