?在我們的身體里，基因就像一家不停接單的 “蛋白質(zhì)工廠”，而 mRNA 則是負責將 “生產(chǎn)訂單” 從工廠送到核糖體的 “快遞員”。以往我們總以為，工廠訂單多（基因轉(zhuǎn)錄活躍），最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)品就會多，但現(xiàn)實往往并非如此——有些 mRNA 剛出發(fā)就 “半路夭折”，即使基因轉(zhuǎn)錄再活躍，也難以合成足夠的蛋白質(zhì)。這背后的關(guān)鍵，就是被長期忽視的mRNA 穩(wěn)定性。

近日，加州大學洛杉磯分校團隊在《Nature Genetics》發(fā)表重磅研究，不僅找到 5000 多個能改變 mRNA 穩(wěn)定性的基因變異，還發(fā)現(xiàn)這些變異竟是類風濕關(guān)節(jié)炎、紅斑狼瘡等免疫疾病的 “隱形推手”；他們開發(fā)的新工具RNAtracker，更首次破解了 “轉(zhuǎn)錄調(diào)控” 和 “mRNA 穩(wěn)定性調(diào)控” 的邊界，為理解基因如何影響健康打開了全新視角。

世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，全球約 3.5 億人受遺傳性疾病困擾，基因變異是核心誘因之一。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，科學家已定位數(shù)百萬個基因變異，但多數(shù)變異如何影響健康仍是謎團，因為過去的研究幾乎都聚焦在 “基因如何轉(zhuǎn)錄成mRNA”（即 “訂單生成” 環(huán)節(jié)），卻忽略了 “mRNA 能存活多久”（即 “快遞員存活時間”）這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

實際上，細胞內(nèi)的 mRNA 豐度由轉(zhuǎn)錄速率和降解速率共同決定，就像快遞總量取決于 “下單速度” 和 “快遞員能送多久”，任一環(huán)節(jié)出問題都會影響最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)量。而這項研究，正是首次系統(tǒng)性地剖析了基因變異如何通過改變 mRNA 穩(wěn)定性，進而引發(fā)疾病。



為解開這個謎題，研究團隊首先借助Bru-seq/BruChase-seq 代謝標記技術(shù)追蹤 mRNA 的 “生命周期”：給細胞加入帶溴尿苷（Bru）的核苷酸，新合成的 mRNA 會帶上 “溴尿苷標簽”；之后要么直接提取標簽 mRNA 測序（Bru-seq，記錄 “初始訂單量”），要么換成普通尿苷繼續(xù)培養(yǎng)（BruChase-seq），分別在 2 小時、6 小時后提取標簽 mRNA，通過對比不同時間點的標簽 mRNA 量，就能算出 mRNA 的降解速度。

在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)出RNAtracker 計算工具，用貝塔二項混合模型分析 11 種人類細胞系（如 HCT116 結(jié)腸癌細胞、MCF-7 乳腺癌細胞）的測序數(shù)據(jù)，最終將基因分為三類：asRS 基因（受等位基因特異性 RNA 穩(wěn)定性調(diào)控，即 “快遞員存活時間有差異”，僅在后期時間點出現(xiàn)等位基因表達失衡）、asRT 基因（受等位基因特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控，即 “下單速度有差異”，所有時間點都有表達失衡），以及 “混合基因”（兩種調(diào)控都存在）。

結(jié)果令人驚訝：在 11 種細胞系中，共鑒定出 665 個 asRS 基因（對應 5051 個獨特變異）、491 個 asRT 基因（對應 3397 個獨特變異），還有 434 個 “混合基因”。比如 asRS 基因TJP2，在 0 小時（Bru-seq）時兩個等位基因的 mRNA 量持平，但 2 小時、6 小時后，其中一個等位基因的 mRNA 快速減少，說明其穩(wěn)定性更差；而 asRT 基因FN1從 0 小時開始就有明顯的等位基因表達差異，說明其調(diào)控出在轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)。更關(guān)鍵的是，這些 asRS 基因并非隨機分布——它們的變異大量富集在RNA 結(jié)合蛋白（RBP）結(jié)合位點（如 MATR3、FMR1、SUB1）和microRNA 靶區(qū)：MATR3 和 FMR1 是已知的 mRNA 穩(wěn)定因子，變異破壞它們的結(jié)合會導致 mRNA 降解加快；而 SUB1 能通過結(jié)合 mRNA 延長其存活時間，asRS 變異會削弱這種結(jié)合，進而降低 mRNA 豐度。同時，約 2.2% 的 asRS 變異會改變 microRNA 的結(jié)合（比如創(chuàng)造或破壞結(jié)合位點），比如某個變異讓 microRNA 更容易結(jié)合到 mRNA 上，直接加速其降解。

為驗證這些發(fā)現(xiàn)，團隊做了三重驗證：首先用放線菌素 D（ActD）抑制轉(zhuǎn)錄，觀察 mRNA 自然降解，結(jié)果 74.3% 的 asRS 基因（214 個中 159 個）表現(xiàn)出與 Bru-seq/BruChase-seq 一致的穩(wěn)定性差異，比如 MCF-7 細胞中的GEN1基因，ActD 處理 8 小時后，其中一個等位基因的 mRNA 量僅剩初始的 30%，而另一個仍有 60%；其次用MapUTR 大規(guī)模并行報告基因 assay篩選功能變異，發(fā)現(xiàn) 29.04% 的 asRS 變異（106 個 / 365 個）能顯著改變 mRNA 豐度，說明它們是真正的 “功能性變異”；最后用CRISPR Prime 編輯將 CDCA7 和 CD151 基因的 asRS 變異精準導入 HEK293T 細胞，發(fā)現(xiàn)這些變異確實會改變 mRNA 穩(wěn)定性，比如 CDCA7 的 T>C 變異讓 mRNA 存活時間延長，ActD 處理 24 小時后，變異等位基因的 mRNA 量是原始等位基因的 1.8 倍，直接證實這些變異是導致 mRNA 穩(wěn)定性差異的 “元兇”。



圖：RNAtracker根據(jù)等位基因失衡的潛在機制對基因進行分類

更重要的是，這些 asRS 基因還揭示了疾病的新機制：基因本體（GO）富集分析顯示，asRS 基因大量集中在免疫相關(guān)通路，比如 “先天免疫反應”“對革蘭氏陽性菌的防御反應”，以及 “mRNA 降解調(diào)控” 相關(guān)通路（如 “多聚腺苷酸依賴的 mRNA 降解”）。通過與全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）數(shù)據(jù)對比，團隊發(fā)現(xiàn) asRS 變異在類風濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、1 型糖尿病等免疫疾病的風險位點中顯著富集；進一步的轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析（TWAS）還找到 17 個與疾病強關(guān)聯(lián)的 asRS 基因，比如FAM114A1與過敏性鼻炎在肺組織中關(guān)聯(lián)極強（P=5.41×10??1），該基因的 asRS 變異會導致 mRNA 穩(wěn)定性降低，進而影響肺部炎癥反應；SMG7（一種參與無義介導 mRNA 降解的基因）的變異則與系統(tǒng)性紅斑狼瘡（全血中 P=7.01×10??）和 1 型糖尿病（P=2.53×10??）都有關(guān)聯(lián)，其 mRNA 穩(wěn)定性下降會導致免疫相關(guān)蛋白合成異常，加劇自身免疫反應。

這項研究的突破不僅在于發(fā)現(xiàn)了 mRNA 穩(wěn)定性變異與免疫疾病的關(guān)聯(lián)，更在于提供了RNAtracker這一工具——它首次能精準區(qū)分 “轉(zhuǎn)錄調(diào)控” 和 “mRNA 穩(wěn)定性調(diào)控”，解決了過去基因調(diào)控研究的 “盲區(qū)”。以往研究可能誤將 asRS 基因歸為轉(zhuǎn)錄調(diào)控，而 RNAtracker 通過時間序列數(shù)據(jù)，清晰定位了調(diào)控環(huán)節(jié)。未來，這一工具可用于更多細胞類型和疾病模型，幫助找到更多 “隱藏” 的穩(wěn)定性調(diào)控變異；同時，針對 asRS 變異的機制，科學家還可開發(fā)新療法，比如設(shè)計小分子藥物穩(wěn)定特定 mRNA（如 SMG7 的 mRNA），或修復 RNA 結(jié)合蛋白的結(jié)合位點，從而治療相關(guān)免疫疾病。

對普通人而言，這項研究也刷新了對 “基因變異” 的認知：并非所有致病變異都在 “影響基因轉(zhuǎn)錄”，有些只是縮短了 mRNA 的 “存活時間”。而隨著對 mRNA 穩(wěn)定性調(diào)控的深入理解，未來我們或許能通過 “延長關(guān)鍵 mRNA 壽命”“修復穩(wěn)定性變異” 等方式，為免疫疾病患者帶來新的治療希望。