miRNA发挥功能的分子机制
miRNA 调控功能的发挥主要是通过其5'端被称为种子序列（seed sequence）的长度约7 nt的序列与位于mRNA的3'-UTR的miRNA 调控元件（miRNA regulatory element，MRE）互补配对，以识别靶分子。miRNA与靶分子MRE间的互补配对程度可决定miRISC抑制靶分子mRNA的作用机制：与MRE配对程度较高的miRNA（如大部分植物中的miRNA）将通过类似于小干扰RNA（smallinterference RNA，siRNA）的作用机制，导致靶分子mRNA的切割和降解；在动物细胞中，大部分miRNA与靶分子mRNA并不能完全配对，可能通过翻译抑制发挥作用。
1.miRNA的作用机制
一般认为，miRNA对靶分子的负性调控主要在基因转录后的翻译过程中。现阶段研究表明，miRNA可能通过以下三种机制抑制翻译的起始过程：①miRNA通过抑制核糖体的组装以阻断翻译起始。Pillai等发现被miRISC沉默的mRNA缺乏耦联完整的核糖体，由此推测miRNA可能影响了靶分子mRNA核糖体的装配过程。②miRISC通过抑制翻译起始复合物的形成以阻断翻译起始。Mathonnet等在体外系统中发现，增加一种含mRNA的m7G帽子结合蛋白和翻译起始因子elF4E的复合物elF4E的水平，可部分恢复miRNA引起的翻译抑制。Kiriakidou等发现Ago2蛋白的中间结构域类似于elF4E，具有结合m7G帽子结构的活性，由此推测Ago2可能由miRNA招募到靶分子mRNA的3'-UTR，与翻译起始复合物竞争性结合m7G帽子结构，从而抑制翻译起始复合物的形成。③miRNA通过阻止polyA结合蛋白与mRNA结合以阻断翻译起始。Wakiyama等发现miRNA可引发靶分子mRNA的脱腺嘌呤反应，使得mRNA的polyA尾缩短，导致polyA结合蛋白与miRNA结合受阻，从而影响翻译起始。此外，也有研究指出miRNA对靶分子mRNA的抑制可发生在翻译起始之后。Petersen等发现，经内部核糖体进入位点起始、不依赖靶分子mRNA帽子结构的翻译也能被miRNA抑制，表明这种抑制发生在翻译起始之后。目前对miRNA翻译起始后抑制机制的认识有限，推测其可能与新生多肽链的翻译同步降解、翻译延伸过程核糖体脱落或者翻译提前终止产生的不完整多肽产物迅速降解等因素相关。
在动物细胞中，miRNA除调控翻译抑制外，也可以直接或间接介导靶分子mRNA的降解。Wu等在哺乳动物细胞中发现，miR-125b和let-7可诱导与之不完全配对靶分子mRNA的降解，从而调控靶分子的表达水平。Giraldez等在斑马鱼胚胎早期的发育过程中发现miR-430可促进其母本来源mRNA的降解。此外，Ago蛋白还可位于细胞中降解mRNA的RNA颗粒中，后者通常包含一些mRNA降解酶，提示其可能参与miRNA介导的靶分子mRNA降解过程。(https://www.daowen.com)
近期研究表明，miRNA不仅能够负性调控基因表达，在某些条件下miRNA也能上调基因表达。Vasudevan等发现miRNA发挥的效应会随着细胞周期的进程而发生改变：在G0期，miRNA能够活化翻译过程，从而促进基因表达，而在其他细胞周期中则抑制基因表达。其进一步研究表明，miRNA激活作用与靶分子mRNA中富含腺嘌呤和（或）尿嘧啶元件（AU rich element，ARE）相关。ARE是位于mRNA 3'-UTR的一种不稳定元件，其存在可影响mRNA的稳定性，另外，其也是 miRNA 活化翻译的信号：在miRNA引导下，miRISC被招募至ARE，活化翻译过程、促进mRNA的稳定性，从而上调基因表达。此外，miRNA还通过其他机制上调基因表达。有学者等发现miR-10a与核糖体蛋白编码基因的mRNA的5'-UTR相结合，促进其翻译，从而增加核糖体的生成，进而调控细胞中总蛋白的合成。
2.miRNA的调控特点
由于miRNA较为特殊的作用机制，其调控方式也具有以下特点：首先，miRNA具有“一对多”和“多对一”的调控方式。由于miRNA与靶分子mRNA的3'-UTR结合位点间存在不完全互补配对的特点，单个miRNA通常可同时调控数百甚至上千条蛋白编码基因的表达，同一mRNA也可能受到多个miRNA的共同调控。据生物信息学分析，人类约1/3的基因可能受到miRNA的调控。由于miRNA的靶分子可能处于不同的信号转导通路中，因此单个miRNA的表达量变化即可实现调控细胞内多个蛋白和多条通路的效应，由此，miRNA是调控细胞生物学行为的关键分子。其次，miRNA的调控具有“低耗能”和“高效率”的特点。与细胞内另一类反式作用因子（trans-acting factor）转录因子相比较，miRNA为非编码RNA，无须经历蛋白翻译及翻译后修饰等过程，合成速率较快，能量消耗较低；miRNA合成后，无须经历磷酸化修饰等活性调控和核转位等过程，能够直接在亚细胞部位抑制核糖体上的蛋白表达，较快地发挥调控作用。最后，miRNA的调控具有“可逆性”。一些RNA结合蛋白可能在这一过程中发挥作用：ARE结合蛋白HuR可通过促进miRISC与靶分子mRNA形成的复合体解离，从而去除miRNA的抑制作用；RNA结合蛋白Dndl可通过与mRNA的富含尿嘧啶区相结合，屏蔽miRNA的结合位点，从而解除miRNA的抑制效应。
（李 峰）