癌症是全球主要的公共卫生问题之一，是由不正常的细胞增殖引起的。根据北京大学生命科学学院杜鹏研究员领导的科学家团队最近进行的研究，发现一种植物免疫蛋白能够通过缓解微RNA的缺乏来实现广泛的抗肿瘤反应，从而提供了一种强大的抗癌“武器”。
微小核糖核酸MicroRNA（miRNA）一直被认为与致癌作用密切相关。哺乳动物的成熟miRNA双链上有 2-nt 3′端突出端，可以被Argonaute（AGO）识别并加载，形成RNA诱导沉默复合物（RISC），以调节靶基因的表达。事实上，全球miRNA的剂量减少被认为是癌症的原因之一。
细胞周期的过度激活是癌细胞异常增殖的一个必要条件。令人惊讶的是，许多miRNA可以直接靶向并抑制细胞周期基因以控制细胞增殖。因此，通过修复肿瘤中缺陷的miRNA途径来抑制肿瘤细胞的增殖将是一种新的肿瘤治疗策略。
与miRNA不同，siRNA来自不同的RNA依赖性聚合酶（RDR）所合成的双链RNA底物。植物中依赖RDR1的siRNA是独特的核心分子免疫反应途径之一，特别是参与抗病毒免疫反应。因此，杜鹏的团队旨在从动物和植物免疫系统的差异出发，在哺乳动物中开展基于植物RDR1的植物基因工程，研究其在转化医学中的应用。
杜鹏教授的团队最近在《细胞》杂志上发表了他们的研究结果，介绍了不能有效地与AGO2复合物的1-nt短3′端结合的miRNA异构体在人类原发性癌症和癌细胞系的不同样本中广泛积累。RDR1作为异位表达的植物免疫蛋白，通过其单核苷酸尾巴修饰AGO2的这些双链游离miRNA异构体，重新激活有缺陷的miRNA途径，特异性地阻断实体瘤和白血病的癌细胞循环。
研究人员有4个主要发现。首先，RDR1蛋白通过靶向细胞周期抑制了癌细胞的增殖。作者将拟南芥（At）和水稻（Os）的RDR1基因分别克隆到由Dox诱导的慢病毒载体中，并验证了其在哺乳动物细胞中的成功异位表达。在分子水平上，基于RNA-seq的基因集富集分析（GSEA）显示，At和Os中的RDR1可以干扰所有癌症细胞系的周期过程，而在非癌症对照细胞中没有明显影响。作者认为，RDR1是一种外源性的肿瘤抑制因子，可以特异性地靶向干扰癌细胞的周期过程而不影响非癌细胞。
At和Os中的RDR1对癌细胞增殖有广谱和特异的抑制作用，而对非癌细胞系没有影响。
其次，1-nt短3′端 miRNA异构体在各种肿瘤中广泛积累。作者提出，植物RDR1可以通过增加全局miRNA的表达来抑制细胞周期和增殖，以通过敲除和AGO2-CLIP的miRNA途径的关键组件来特异性地恢复癌细胞中的miRNA缺乏。而通过对已发表的miRNA测序数据和AGO2-IP的miRNA测序的系统分析，作者认为异常的短1-nt双链miRNA异构体在癌细胞中进入AGO2并不是那么有效和稳定，所以可能与不同肿瘤中miRNA剂量的减少有关。
第三，RDR1通过单核苷酸去尾修复癌症中的miRNA异构体。通过体外生化实验，作者直接证明rAtRDR1可以通过3’端单核苷酸修饰单链miRNA和1-nt或2-nt悬空的双链miRNA，但不能修饰平端双链miRNA。作者还证明，具有核苷酸转移酶活性的RDR1可以通过单核苷酸修饰从AGO2中分离出来的短的1-nt双链miRNA异构体，从而恢复其对AGO2的装载效率，最终修复癌症中miRNA途径的缺陷。
最后，RDR1抑制了各种小鼠实体瘤和白血病的发展。作者在免疫缺陷和体内白血病的小鼠模型中验证了植物RDR1的抗肿瘤作用。最后，通过纳米囊袋包装和AAV包装的体外纯化的RDR1蛋白分别在体外细胞和体内实体瘤水平上实现了直接递送和抑制肿瘤。
该研究首次揭示了异常的3’端短1-nt miRNA异构体在各种人类原发性肿瘤中广泛积累，这为肿瘤发生过程中全球miRNA剂量的减少提供了新的见解。利用RDR1，我们通过修复癌细胞中的miRNA缺陷实现了广谱抗肿瘤反应，并开发了编辑和操纵miRNA的新策略，使其成为抗癌的有力武器。