RNA的結構、功能及應用RNA最早由FriedrichMiescher于1869年在細胞核中發現，被稱作“nuclein”（中譯名為“核素”）。１９世紀后半葉，科學家們不斷深入探索，將其與ＤＮＡ和蛋白質區別開來，最終定名為RNA。隨后，諾貝爾獎獲得者AlbrechtKossel純化得到RNA樣本。以此為基礎，RNA的化學結構組成被逐步揭示，其由核糖、磷酸和堿基所構成的核糖核苷酸通過磷酸二酯鍵縮合而成。不同RNA分子中腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶等堿基的排列順序不同。RNA化學結構的確定為其生物學功能探討奠定了堅實基礎。２０世紀中后期，與蛋白質合成密切相關的信使RNA（ｍRNA）、轉運RNA（ｔRNA）和核糖體RNA（ｒRNA）分別被鑒定出來，不同類型的RNA及其序列結構在體內、體外的合成方式得以闡明，而發現ｍRNA堿基排列順序決定氨基酸序列的對應關系使人們認識到，RNA是基因表達和生命遺傳的關鍵載體分子。20世紀末，分子生物學技術的發展推動了微小RNA（miRNA）、小干擾RNA（siRNA）、長鏈非編碼RNA（lncRNA）及環狀RNA（circRNA）等的發現，這些新發現的RNA并不直接作為遺傳信息載體，而是通過調控基因表達等方式參與特定的細胞生命活動。１.ｍRNA在細胞核內，以DNA反義鏈為指導模板，RNA聚合酶將核苷三磷酸與ＤＮＡ分子的堿基配對連接，合成攜帶遺傳信息的RNA分子即為ｍRNA，這一過程稱為轉錄。ｍRNA序列形成的三聯體密碼子，指導蛋白質的合成，因此也被稱為遺傳密碼。真核生物ｍRNA在轉錄過程中，５′端會添加７甲基鳥苷殘基形成帽子結構，保護ｍRNA免遭核酸酶降解，該帽子結構可被帽子結合蛋白識別，使ｍRNA與核糖體小亞基結合促進翻譯起始。ｍRNA的３′端一般為poly（Ａ）尾巴結構，能防止核酸外切酶對ｍRNA遺傳序列的降解，提高ｍRNA在細胞質中的穩定性。新近發現poly（Ａ）還可附著核輸出因子，促進ｍRNA通過核孔轉移到細胞質中。真核生物ｍRNA一般需要經過修飾、剪接等轉錄后加工才能成熟為具有翻譯功能的ｍRNA，成熟的ｍRNA是單順反子，一條ｍRNA鏈只編碼一種蛋白質。原核生物ｍRNA在轉錄過程中，不生成５′端帽子結構，３′端有較短的或沒有poly（Ａ）尾巴結構。原核生物ｍRNA一般不需加工即可進行蛋白質的翻譯，其ｍRNA為多順反子，一條ｍRNA鏈可同時編碼幾種不同的蛋白質。由于ｍRNA是DNA轉錄產生，采用ｍRNA反轉錄法可得到相應的ｃDNA分子以進行基因擴增，基于此開發的qPCR技術常用來檢測基因的表達水平，應用于基因表達分析及疾病診斷。paul等采用qPCR方法分別檢測不同組嬰兒臍帶血中FZD4ｍRNA表達，結果顯示重癥缺氧缺血性腦病患兒中FZD4ｍRNA顯著高表達，因此FZD4ｍRNA可作為分娩時HLE嚴重程度的早期標志物。近年來ｍRNA還被應用于疫苗的研發。2020年12月2日，ｍRNACOVID19疫苗在英國獲得臨時緊急使用授權，該ｍRNA疫苗是由脂質納米顆粒中經核苷修飾的ｍRNA組成的，在宿主細胞中，ｍRNA被翻譯為SARSCOV２刺突蛋白，該蛋白在宿主細胞中表達，通過引起抗原的免疫反應預防COVID。此外，ｍRNA降解規律的逐步闡明將為法醫工作者準確判斷死者死亡時間提供新的科學證據。２.ｔRNAｔRNA是ｍRNA密碼子進入翻譯的結合載體，也被稱為第二遺傳密碼。所有的ｔRNA分子均可排布成三葉草形二級結構，包括４個雙螺旋區、３個環及１個附加叉。ｔRNA的３′末端螺旋區以CCAOH結束，是氨基酸結合位點，細胞質中的氨基酸經腺苷酸化后，通過腺苷酸的２′或３′羥基與對應的ｔRNA３′端結合生成氨酰ｔRNA，后者轉運到核糖體Ａ位點，然后ｔRNA反密碼子環中部的反密碼子與ｍRNA密碼子正確配對，進一步在肽酰轉移酶作用下，將Ｐ位點ｔRNA上的肽鏈轉移至Ａ位點ｔRNA的氨基酸上，延伸肽鏈。依據功能不同，一般將ｔRNA分為起始和延伸ｔRNA、同工ｔRNA及校正ｔRNA等（表１）。作為基因表達的必要輔助元件，針對ｔRNA的檢測和分析在一定程度上可反映疾病的發生，Ｈani等通過高通量的ｔRNA分析方法，發現人乳腺癌細胞獲得轉移活性時，特定ｔRNA上調。此外，在合成生物學中，ｔRNA已被用于擴展微生物的遺傳密碼，science上的一項研究發現，將３個反密碼子殘基從大腸桿菌ｔRNAMet移植到ｔRNAVal，即可使ｔRNAVal的特異性識別從ValRS合成酶轉變為MetRS合成酶，導致ｔRNAVal氨?；琢虬彼?。這種通過改造ｔRNA結構擴展遺傳密碼的方法可實現非天然氨基酸的編碼，幫助合成新功能蛋白。３.ｒRNAｒRNA約占細胞總RNA的80％，一般為含螺旋區的單鏈分子。原核生物有5S、16Ｓ和23ＳRNA，真核生物主要有5Ｓ、5.8Ｓ、18Ｓ和28ＳｒRNA。ｒRNA與核糖體蛋白結合形成大、小亞基，在肽鏈合成起始時進一步裝配成核糖體。ｒRNA的功能尚未完全明了，目前認為，ｒRNA從多方面參與蛋白質翻譯，如與ｍRNA的前導序列互補結合，幫助ｍRNA與核糖體結合；為ｔRNA提供結合位點；具有肽酰轉移酶活性，催化肽鍵形成等。ｒRNA在物種進化上較為保守，因此ｒRNA測序常用于物種鑒定。真核生物研究中常提取18ＳｒRNA，通過PCR擴增、測序、NCBIblast序列比對，鑒定生物種屬；原核生物研究中常利用16ＳｒRNA來鑒定微生物種屬或分析遺傳變異位點。目前，ｒRNA測序的應用已遍及環境科學、食品科學、生物工程及臨床醫學等多個領域。４.ｍiRNAmRNA是真核生物內源性非編碼單鏈RNA分子，長21—13nt，其主要通過結合ｍRNA的３′UTR區，降解或使靶ｍRNA不穩定，從而抑制轉錄后翻譯。ｍiRNA的結合序列一般為2—8ntｎｔ，因此1條ｍiRNA可抑制多個基因。但最新研究表明，部分ｍiRNA也可能參與翻譯激活調節，如在哺乳動物細胞有絲分裂靜止期（Ｇ０）翻譯起始不能正常進行時，部分ｍiRNA和AGO２組成的復合物與ｍRNA的３′UTR結合，在其他細胞因子的協同參與下，切除polyＡ）以啟動核糖體對目標ｍRNA的翻譯。由于絕大部分ｍiRNA的表達具有高度組織和細胞特異性，因此ｍiRNA可應用于疾病診斷和治療。如ｍiＲNA29已被認為是癌癥診斷和預后的重要標記分子。人肝臟中高表達的ｍiＲNA122已被證明是丙型肝炎病毒（HCV）感染的必需宿主因子，可以作為治療靶標來降低HCV病毒載量。５.siRNAsiRNA為長度20—25nt的RNA分子。外源性雙鏈RNA分子進入細胞后，經核酸內切酶切割生成siRNA，后者與靶ｍRNA結合導致目標ｍRNA降解，引發基因沉默，稱為RNA干擾。siRNA與miRNA均可抑制基因表達，但也存在明顯不同。利用siRNA的基因沉默功能，通過人工合成siRNA抑制基因表達探討基因功能的技術已成為當前科學研究的常用方法。此外，由于siRNA與靶ｍRNA結合的高度特異性，設計沉默病毒復制關鍵因子表達的siRNA是新型精準抗病毒藥物研發的熱點并展示出巨大的應用前景。已有研究表明，靶向人乳頭瘤病毒E7ｍRNA的siRNA轉染Hela細胞，會顯著抑制HPV復制，Hela細胞存活率明顯升高。針對人膠質母細胞瘤的siRNA納米藥物已進入臨床試驗階段，顯著提高了患者的存活率.６.lncRNAlncRNA是一類長度超過200nt的不編碼蛋白質的RNA分子。與ｍRNA相比，lncRNA具有５′帽子、莖環結構和３′poly（Ａ）尾巴，但缺乏開放閱讀框。lncRNA可從多個層次調節基因表達或蛋白質功能。在轉錄過程中，lncRNA可以通過調控增強子活性、競爭轉錄因子或抑制RNA聚合酶與啟動子結合等方式影響基因表達。lncRNA還可直接與靶ｍRNA序列互補配對形成RNA二聚體，參與ｍRNA的可變剪接、翻譯和降解等轉錄后調控。lncRNA還可通過控制miRNA間接影響ｍRNA靶基因的表達量，其上有多個區域可以與miRNA競爭性結合，削弱miRNA對目的基因表達的抑制，使ｍRNA正常翻譯。某些特定的lncRNA還可招募染色質重構或修飾復合體到特定位點，促發劑量補償效應、染色質修飾以及基因組印記等，使基因表達發生可遺傳性改變。lncRNA在多種疾病的發生發展過程中發揮著重要作用，針對過敏性鼻炎等頑癥的lncRNA分析正在開展，有望為相關疾病的治療開辟新方法。lncRNA還可作為生物標記物應用于癌癥治療方面，最新研究表明，lncRNALUCAT１在甲狀腺瘤中高表達，且LUCAT１表達升高的患者總生存期和無復發生存期較短，因此，可將LUCAT１作為甲狀腺癌等患者的預后標志物。７.cirｃRNAcirｃRNA是一種閉合環狀RNA分子，這種結構使其不易被核酸外切酶降解，表達更穩定，并因此成為RNA領域研究的最新熱點。根據序列特征及轉錄來源不同，cirｃRNA主要分為３類，即外顯子環化生成（占大多數）、內含子套索生成及內含子和外顯子共同轉錄生成。外顯子轉錄生成的cirｃRNA因含有ｍｉRNA結合位點原件，具有與lncRNA相似的miRNA海綿作用，通過競爭性結合相應的miRNA間接調控基因表達；內含子轉錄生成的cirｃｃRNA多與RNA聚合酶Ⅲ結合促進基因轉錄；細胞核內的內含子和外顯子共同來源的cirｃRNA可與小核糖體U1snRNP作用，形成的復合物在啟動子區與RNA聚合酶Ⅱ結合促進基因表達。cirｃRNA由特殊的可變剪切產生，大部分序列高度保守，少部分序列具有一定的組織和時序（如發育階段）特異性，因此其也是疾病診斷和治療的重要標志物或靶標。如cirｃRNAMTO１在肝癌組織中低表達，并且可以通過吸附MIＲ９促進p21的表達，抑制細胞增殖，因此是肝癌不良預后的預測因子。基于cirｃRNA可以通過充當miRNA海綿或者直接與RNA結合蛋白結合調節細胞自噬的分子機制，cirｃRNA可應用于腫瘤