2024年的诺贝尔生理学或医学奖授予了两位科学家，Victor Ambros和Gary Ruvkun，以表彰他们在microRNA研究方面的开创性贡献。他们的研究揭示了microRNA在基因表达调控中的重要作用，这是生物学和医学领域的一个革命性发现，为理解许多生理过程和疾病机制提供了全新视角。
小线虫大发现
microRNA的发现是科学研究中的一个重要里程碑，它为基因表达调控机制提供了全新的视角。microRNA的故事始于1980年代末期，当时研究人员对一种称为秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的小型模式生物产生了兴趣。
秀丽隐杆线虫是一种食细菌的线形动物，其体长度1mm，通身透明，为雌雄同体，以细菌为食，居住在土壤中，属于自由生活线虫类，对人无害。图源：Shutterstock
1981年，Victor Ambros和Gary Ruvkun在研究线虫的发育调控基因时，注意到一个叫做lin-4的基因，它在幼虫发育过程中具有显著的作用。然而，这个基因并不像其他传统的基因那样编码蛋白质。经过数年的研究，Ambros在1993年发现，lin-4基因实际上编码的是一种非编码RNA，这就是今天所知的microRNA。
Ambros的团队通过一系列实验确定，lin-4产生的microRNA（大约22个核苷酸）能够与目标mRNA结合，阻止其翻译成蛋白质。这种作用方式是通过与靶标mRNA上的某些序列互补结合，形成RNA-RNA复合体，使得mRNA不能正常被翻译，从而抑制了基因表达。这一发现为理解基因调控提供了一个全新的维度：microRNA可以通过抑制特定mRNA的功能来调控基因表达。
Ruvkun则在1998年对另一个基因let-7进行了研究，并发现它也具有类似的功能。let-7同样是一种microRNA，在进化上保守，存在于多种生物体内，包括果蝇、线虫和人类。这进一步证明了microRNA不仅仅是线虫特有的调控机制，而是一个广泛存在于生物界的基因调控通路。
图源：诺贝尔奖官网
microRNA的发现揭示了基因调控机制的复杂性。它们虽然不编码蛋白质，却在发育、细胞分化、免疫反应、甚至肿瘤发生等多种生物过程中的发挥重要作用。自从lin-4和let-7的发现以来，科学家已经识别出数百种microRNA，它们在不同生物体内执行着精细的调控任务。每种microRNA通常具有多个mRNA靶点，能够精确调控基因表达的时空模式。
值得注意的是，这已经是线虫研究第四次斩获诺贝尔奖了。
为何该研究能获奖？
Ambros和Ruvkun的研究极大改变了科学界对基因表达调控的传统理解。在microRNA被发现之前，研究人员普遍认为，基因表达调控主要由蛋白质（如转录因子和抑制因子）控制，而RNA的主要功能是作为遗传信息的传递工具，从DNA转录到mRNA，再从mRNA翻译成蛋白质。
microRNA的出现颠覆了这一传统观念。microRNA作为一种非编码RNA，不涉及直接的蛋白质合成，却在基因表达的调控中起着至关重要的作用。这一发现揭示了RNA不仅仅是遗传信息的中介，还可以直接参与基因调控。这一认识为RNA的功能研究开辟了新的领域，引发了RNA生物学的革命。
此外，microRNA研究表明，基因调控不仅仅是“开”和“关”的二元机制，而是一个复杂的、层级化的调控网络。在这一网络中，microRNA通过调节基因表达的强度和时机，使得细胞能够灵活地应对环境变化、维持稳态。这种灵活的调控机制在生物体发育、细胞周期调控、组织修复等过程中发挥着重要作用，也帮助科学家更好地理解了基因表达如何精确调控生物体的复杂行为。
microRNA的发现还推动了其他小分子RNA（如siRNA和piRNA）的研究，它们在基因沉默、抗病毒免疫和染色质修饰等方面也发挥着重要作用。这些研究极大地扩展了我们对RNA功能的认识，推动了生物学各个领域的发展。
microRNA的实际应用
microRNA的医学应用前景极为广泛，特别是在癌症、心血管疾病和神经退行性疾病的研究中。许多疾病的发生和发展都与microRNA表达的失调密切相关。例如，在癌症中，某些microRNA可以充当“致癌因子（oncomiR）”，通过抑制肿瘤抑制基因的表达，促进肿瘤的生长和扩散；而其他一些microRNA则可以充当肿瘤抑制因子，抑制癌症的发生。
研究人员已经发现了许多与癌症相关的microRNA，如miR-21在多种癌症中过度表达，成为了肿瘤的标志物。因此，microRNA不仅有潜力成为癌症诊断的生物标志物，还可以作为治疗靶点。例如，通过设计能够抑制致癌microRNA或增强肿瘤抑制microRNA功能的药物，可以有选择性地阻断肿瘤的生长。这一思路为开发新的癌症疗法提供了重要的基础。
在神经退行性疾病中，microRNA也被发现参与了阿尔茨海默病、帕金森病等疾病的病理进程。比如，研究表明某些microRNA在阿尔茨海默病患者的大脑中表现异常，影响了神经元的功能和存活。因此，microRNA研究不仅有助于揭示这些疾病的机制，还为开发基于RNA的治疗方法提供了可能。
此外，microRNA还在心血管疾病、代谢紊乱、免疫疾病等领域表现出重要的调控作用。通过分析患者的microRNA谱，医生可以更早、更精确地诊断疾病，并根据患者的microRNA状态制定个性化治疗方案。这种基于microRNA的精准医学正在成为现代医学的一个重要研究方向。
未来，随着对microRNA功能的进一步深入研究，科学家有望开发出更有效的基于microRNA的诊断工具和治疗方法，帮助人类更好地应对各种复杂疾病。
最后
2024年诺贝尔生理学或医学奖授予了Victor Ambros和Gary Ruvkun，这一殊荣不仅是对他们个人成就的肯定，更是对科学领域的一次深刻礼赞。他们的发现揭示了microRNA这种微小分子在基因调控中的巨大作用，彻底改变了我们对生命机制的理解。这个发现令人震撼，因为它打破了传统生物学对基因表达的固定观念。
对于Ambros和Ruvkun而言，获奖的意义不仅仅是因为他们发现了microRNA，而是他们揭开了生命调控的一层神秘面纱。这些微小的RNA分子，看似不起眼，却扮演着细胞功能的“指挥者”角色，通过精准调节基因表达，保持细胞的平衡与健康。这一成就让我们重新审视生命的复杂性与精细度。
他们的研究激发了全球科学家深入探索microRNA的应用潜力，尤其在癌症、神经退行性疾病以及代谢紊乱中的治疗前景令人充满希望。对Ambros和Ruvkun来说，这不仅是对他们数十年研究的认可，更代表着人类在理解自身生命奥秘的道路上迈出了重要的一步。他们的发现为未来医学打开了一扇新的大门，赋予了人类在抗击复杂疾病时更大的希望。
这样的贡献不仅仅是学术上的突破，它也在人类命运的航线上留下了重要的印记。
参考文献：
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2024/press-release/
https://www.nytimes.com/2024/10/07/health/nobel-prize-medicine.html
