miRNA芯片在各类样本中的应用

  1.新鲜组织样本
  新鲜组织一般包括以人类疾病诊断及治疗为目的，经患者或健康人同意后，从患者的机体中切取的未经特殊化学试剂处理的病变组织或相邻健康组织，或者健康人的相同部位的对照组织。这些人类疾病相关的新鲜组织样本的整理、保存、研究对于提高疾病的诊断质量、促进临床工作、探讨及研究疾病的发病机制具有重要的意义。此外，新鲜组织样本还包括从其他物种的机体中切取的未经特殊化学试剂处理的样本。采用新鲜组织样本，并使用Agilent miRNA芯片，可以对新鲜样本的miRNA表达谱进行及时直接的监测，从而对疾病，或者动植物的不同发育阶段，不同器官的miRNA表达谱进行研究，了解miRNA的表达趋势变化，和相应的功能。
  精选案例：
  肺癌组织样本：
  Huang W, Hu J, Yang DW, Fan XT, Jin Y, Hou YY, Wang JP, Yuan YF, Tan YS, Zhu XZ, Bai CX, Wu Y, Zhu HG, Lu SH. Two MicroRNA Panels to Discriminate Three Subtypes of Lung Carcinoma in Bronchial Brushing Specimens. Am J Respir Crit Care Med2012 Dec 1;186(11):1160-7.
  大肠癌组织样本：
  Wang S, Wang L, Bayaxi N, Li J, Verhaegh W, Janevski A, Varadan V, Ren Y, Merkle D, Meng X, Gao X, Wang H, Ren J, Kuo WP, Dimitrova N, Wu Y, Zhu H. A microRNA panel to discriminate carcinomas from high-grade intraepithelial neoplasms in colonoscopy biopsy tissue. Gut. 2013 Feb;62(2):280-9.
  肾细胞癌组织：
  Chen X, Wang X, Ruan A, Han W, Zhao Y, Lu X, Xiao P, Shi H, Wang R, Chen L, Chen S, Du Q, Yang H, Zhang X. miR-141 Is a Key Regulator of Renal Cell Carcinoma Proliferation and Metastasis by Controlling EphA2 Expression. Clin Cancer Res. 2014 20: 2617-30.
  子宫颈癌组织：
  Ke G, Liang L, Yang JM, Huang X, Han D, Huang S, Zhao Y, Zha R, He X, Wu X. MiR-181a confers resistance of cervical cancer to radiation therapy through targeting the pro-apoptotic PRKCD gene. Oncogene 2013 Jun 20;32(25):3019-27.
  大鼠神经组织：
  Yu B, Zhou S, Wang Y, Qian T, Ding G, Ding F, Gu X.miR-221/222 promote Schwann cell proliferation and migration by targeting LASS2 following sciatic nerve injury. J Cell Sci. 2012 Jun 1;125(Pt 11):2675-83.
  小鼠大肠癌模型组织：
  Gao Y, Li X, Yang M, Zhao Q, Liu X, Wang G, Lu X, Wu Q, Wu J, Yang Y, Yang Y, Zhang Y. Colitis-Accelerated Colorectal Cancer and Metabolic Dysregulation in a Mouse Model. Carcinogenesis. 2013 Aug;34(8):1861-9.
  2.FFPE样本
  使用芯片技术研究miRNA通常需要使用新鲜的样本或快速冷冻的样本。但是世界上大约有数十亿份组织样品保存在医院或者组织样品库中，绝大多数是使用福尔马林固定石蜡包埋的方法处理(Formalin-Fixed and Parrffin-Embedded，FFPE)的样品。数量巨大的样品蕴含着无限的科学研究的机会同时也是研究者们很棘手的研究对象。如何从这些样品中获取我们需要的生物信息呢？ Queen’s Cancer Research Institute的研究者使用Agilent miRNA芯片对快速冷冻的样本以及与之相匹配的相应的FFPE样本进行了研究。 结论证实：检测FFPE样本中的miRNA在技术上是可行的；Agilent miRNA芯片平台的数据显示出其在抽提、标记和杂交过程中的高度重复性。
  利用Agilent miRNA芯片可以对FFPE样本进行miRNA的表达谱研究，为挖掘FFPE样本的巨大应用价值提供了新的方法。
  精选案例：
  Fang Y, Yu X, Liu Y, Kriegel AJ, Heng Y, Xu X, Liang M, Ding X. miR-29c is downregulated in renal interstitial fibrosis in humans and rats and restored by HIF-α activation. Am J Physiol Renal Physiol. 2013, 304(10):F1274-82.
  3. 细胞样本
  细胞作为常用的实验材料，在生物及临床研究中被广泛应用，尤其是对于癌症的研究具有重要意义。细胞培养技术可以把来自机体的组织经分散成为单个细胞，放在类似于体内的体外环境中生长、繁殖或传代，从而用于观察细胞的各种生命现象。细胞可以用于细胞工程与细胞癌变等重要问题的研究。癌细胞体外培养是研究癌变机理和癌细胞行为的主要方法，为肿瘤病因学、遗传学、分子生物学和药理学等研究提供便利的条件。细胞的癌化可能与原癌基因的活化或者抑癌基因的功能受阻有关。MiRNA作为重要的基因表达调控因子，可以起到类似抑癌基因或者原癌基因的作用，也因此通过肿瘤细胞样本，可以对肿瘤发生、发展或转移过程中的miRNA表达进行研究，使用Agilent miRNA芯片可以研究肿瘤细胞或其他细胞系中miRNA的表达谱，对肿瘤或其他细胞中miRNA相关功能研究提供了理想工具。
  精选案例：
  乳腺癌细胞系：
  Cai J, Guan H, Fang L, Yang Y, Zhu X, Yuan J, Wu J, Li M. MicroRNA-374a activates Wnt/β-catenin signaling to promote breast cancer metastasis. J Clin Invest. 2013 Feb; 123(2):566-79.
  神经胶质瘤细胞系：
  Jiang L, Lin C, Song L, Wu J, Chen B, Ying Z, Fang L, Yan X, He M, Li J, Li M. MicroRNA-30e* promotes human glioma cell invasiveness in an orthotopic xenotransplantation model by disrupting the NF-κB/IκBα negative feedback loop. J Clin Invest. 2012, 122(1):33-47.
  肝癌细胞系：
  Zhu K, Pan Q, Zhang X, Kong LQ, Fan J, Dai Z, Wang L, Yang XR, Hu J, Wan JL, Zhao YM, Tao ZH, Chai ZT, Zeng HY, Tang ZY, Sun HC, Zhou J. MiR-146a enhances angiogenic activity of endothelial cells in hepatocellular carcinoma by promoting PDGFRA expression. Carcinogenesis. 2013, 34(9):2071-9.
  4.细胞微粒Microparticles
  细胞微粒(microparticles, MPs),也称微囊泡,是各类细胞遭受一系列应激(激活或凋亡)时,从细胞浆膜上脱落而释放的一些膜性小囊泡.研究证实,红细胞、白细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、肿瘤细胞等均可释放细胞微粒,并以其细胞表面标记来分类这些微粒.它是一种球形结构的、直径在0.1～1μm的异源群体,携带有其亲代细胞的特异性抗原的磷脂囊泡,通过出芽方式释放.健康人外周血中也存在一定微粒,其中血小板来源的微粒占总体的70%～90%。研究正常健康人群和肿瘤患者的细胞微粒的miRNA表达谱，也可以找到细胞微粒中特有的miRNA特征物，从而研究肿瘤的类型及相关发生机制。
  精选案例：
  Li D, Jia H, Zhang H, Lv M, Liu J, Zhang Y, Huang T, Huang B.
  TLR4 signaling induces the release of microparticles by tumor cells that regulate inflammatory cytokine IL-6 of macrophages via microRNA let-7b.Oncoimmunology. 2012, 1(5):687-693.
  5.血浆/血清样本
  人体除了一般的细胞组织会表达miRNA之外，研究还表明在血清血浆内，miRNA一般不会被内源性RNase 降解，且在恶劣的条件下（如高温，较低或较高的pH环境，以及多次冻融）仍能以一种非常稳定的形式存在。而且，正常人和不同疾病患者血清/血浆中miRNA的表达谱，也会随着生理状况、疾病种类及病程的不同而发生特异性变化。血清血浆中miRNA含量普遍较低，且个体间差异较大，Agilent miRNA芯片可以使用较低的起始总RNA（miRNA）进行试验，并得较为稳定的检出率。现在，Agilent miRNA芯片已经被较多地应用于疾病miRNA生物标志物的筛选。
  精选案例：
  血浆样本：
  复旦大学附属中山医院、复旦大学肝癌研究所樊嘉教授领衔的课题组在肝癌早期诊断方面的研究取得突破。他们从不同人群血浆中筛选到了由7个miRNA组成的早期肝癌诊断分子标记物，将其整合后建立起诊断模型，可用来成功“区分”健康人、慢性乙肝患者、乙肝肝硬化患者和肝癌患者；对小于2厘米的肝癌，检出率更接近九成。
  许多研究表明，在肝癌和癌旁正常组织之间存在miRNA表达谱的差异。另外，研究发现在人类血清血浆中存在大量稳定的miRNA。这些现象表明，大家可以寻找肝癌患者血清血浆中高含量的miRNA，以此作为生物标志物进行肝癌的早期诊断。在本研究课题中，研究人员利用miRNA芯片筛选、RT-PCR验证等方法寻找到7个miRNA的组合，这一组合能对乙型肝癌（hepatitis B virus related HCC）患者进行早期诊断。相关成果发表在2011年12月的《Journal of Clinical Oncology》上。
  原文出处：
  Zhou J, Yu L, Gao X, Hu J, Wang JP, Dai Z, Wang JF, Zhang ZY, Lu SH, Huang XW, Wang Z, Qiu SJ, Wang XY, Yang GH, Sun HC, Tang ZY, Wu Y, Zhu HG, Fan J. Plasma MicroRNA Panel to Diagnose Hepatitis B Virus–Related Hepatocellular Carcinoma. J Clin Oncol. 2011.38.2697.
  其他案例：
  大肠癌血浆miRNA标志物：
  Wang S, Xiang J, Li Z, Lu S, Hu J, Gao X, Yu L, Wang L, Wang J, Wu Y, Chen Z, Zhu H. A plasma microRNA panel for early detection of colorectal cancer.  Int J Cancer. 2013 Mar 2.
  先兆子痫miRNA标志物：
  Wu L, Zhou H, Lin H, Qi J, Zhu C, Gao Z, Wang H. Circulating microRNAs are elevated in plasma from severe pre-eclamptic pregnancies. Reproduction. 2011 Dec 20.
  血清样本：
  利用血清样本来筛选疾病的miRNA标志物所采用的策略与血浆样本类似，除了在采样时的不同处理外，后期一般都会先利用miRNA芯片先初步筛选健康人和患者之间表达有显著差异的miRNA，然后再扩大样本，利用定量PCR技术进行进一步验证，以及建立标志物的诊断或预后模型。
  精选案例：
  鼻咽癌血清miRNA标志物：
  Liu N, Cui RX, Sun Y, Guo R, Mao YP, Tang LL, Jiang W, Liu X, Cheng YK, He QM, Cho WC, Liu LZ, Li L, Ma J. A four-miRNA signature identified from genome-wide serum miRNA profiling predicts survival in patients with nasopharyngeal carcinoma. Int J Cancer. 2014 Mar 15;134(6):1359-68.
  胃癌血清miRNA标志物：
  Liu HS, Zhu L, Liu BY,Yang L, Meng XX, Zhang W, Ma YY, Xiao HS. Genome-wide microRNA profiles identify miR-378 as a serum biomarker for early detection of gastric cancer. Cancer Lett. 2012 Mar 28;316(2):196-203.
  乙肝血清miRNA标志物：
  Zhang H, Guan Y, Lu YY, Hu YY, Huang S, Su SB. Circulating miR-583 and miR-663 Refer to ZHENG Differentiation in Chronic Hepatitis B. Evid Based Complement Alternat Med. 2013, 2013:751341.
  6.唾液样本
  因为唾液腺血运丰富，唾液是血循环的末端产物，所以几乎所有在血液中存在的分子物质，如DNA、RNA、蛋白、药物、病毒等也见于唾液中。唾液被喻为“人体健康的一面镜子”，能反映机体的各种疾病状态，如癌症、感染性疾病和心血管疾病等在美国，利用唾液诊断药物滥用、HIV感染、激素水平、中毒等多种商业试剂已经被美国 FDA批准上市并得以广泛应用。已有研究表明唾液中转录物、蛋白质、代谢物等分子物质能够检测口腔癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、干燥综合症等口腔或其他系统疾病。microRNAs（miRNAs）表达失调已证明与肿瘤发生、发展密切相关，miRNAs 可作为肿瘤标志物对肿瘤具有较佳的诊断价值。而且唾液miRNAs作为分子标志物已经成功用于检测口腔癌、干燥综合症、食管癌等疾病。
  在国际癌症研究的优秀期刊《Cancer Prevention Research》（影响因子5.269）杂志中以论著形式发表了广东省医学科学院/广东省人民医院消化内科牵头的针对检测可切除性胰腺癌生物标志物的研究论文。论文报道了该研究团队发现两种对切除性胰腺癌有良好诊断值的唾液microRNA。该课题组研究人员是第一次在可切除性胰腺癌病人的唾液标本中利用Agilent 芯片技术检测了miRNA的表达谱，并发现其与健康对照人的唾液miRNAs表达谱间有明显差异。同时成功地利用qPCR技术和 logistic回归分析，验证了两种唾液miRNAs有望成为可切除性胰腺癌的分子标志物。
  唾液采集简单且无创，该研究为发掘良好的胰腺癌无创伤性筛查工具提供了新的参考依据，并为利用唾液miRNAs作为分子标志物诊断系统性疾病开辟了新的前景和提供了新的思路。
  精选案例：
  Xie Z, Yin X, Gong B, Nie W, Wu B, Zhang X, Huang J, Zhang P, Zhou Z, Li Z.Salivary microRNAs show potential as a noninvasive biomarker for detecting resectable pancreatic cancer. Cancer Prev Res (Phila). 2015 Feb;8(2):165-73.
  7.尿液样本
  除了血清血浆及唾液等样本外，其他体液也被用于寻找无创生物标志物。泌尿系统疾病患者如果在泌尿系统器官中出现损伤，那么血液中或者肾单位细胞身所特异表达的一些miRNA就有可能出现在尿液中。和血液一样，尿液样本易于采集，稳定度高，不易被降解，重复性及特异性高，使得其有可能成为临床诊断的敏感指标。不同泌尿系统的诊断及治疗方案不同，因此在临床上如果可以及早明确疾病类型，就更有利于患者的治疗和预后。
  比如Zhang et al.（2014）就利用Agilent miRNA芯片发现尿液中特异表达的MicroRNA-99a 和MicroRNA-125b可以作为膀胱癌的诊断标志物。
  原文出处：Zhang DZ, Lau KM, Chan ES, Wang G, Szeto CC, Wong K, Choy RK, Ng CF. Cell-free urinary microRNA-99a and microRNA-125b are diagnostic markers for the non-invasive screening of bladder cancer. PLoS One. 2014 Jul 11;9(7):e100793.
  8..其他
  其他体液如脑脊液（cerebrospinal fluid），支气管灌洗液（bronchial lavage fluid），甚至粪便等等也可以作为实验样本用于miRNA标志物的发现。

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