近日，卫生毒理学系于典科教授团队基于系统毒理学思想，提出了一种 “自下而上（Bottom-up）“的新方法，通过“整合-分类-验证”等手段识别出环境暴露引起有害结局过程中具有关键调控作用的miRNA，并在已发表的对应人群研究中得到了确认。相关研究成果以“Identifying microRNAs that drive BaP-induced pulmonary effects: Multiple patterns of mechanisms underlying activation of the toxicity pathways”为题发表于环境科学一区/TOP期刊《Environment International》（影响因子：13.35；文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2022.107588）。于典科教授为本文的通讯作者，靳远老师和硕士研究生张倩倩为本文的共同第一作者。
MicroRNAs(MiRNAs)是一类短链非编码单链RNA分子，本身并不翻译成蛋白质，但是可以通过与靶基因互补结合调节基因的表达，从而在生物学的多项功能、生物体的环境应答和疾病进程中发挥着广泛作用。在众多环境暴露导致健康效应的表观遗传调控研究中，miRNA被认为具有预后/诊断价值（疾病标志物）、生物监测价值（暴露标志物）、以及揭示病因与疾病进展的价值（治疗靶点）。
人类流行病学研究可以为寻找暴露相关的miRNA提供直接证据；基于动物和细胞模型的毒理学研究可以探寻指定miRNA所参与的分子调控和细胞、生理功能改变。集成这两种研究方法，则可以在众多应答miRNA中揭示究竟谁是“暴露应答”（symptoms），谁是“结局诱因”（causations，本文又称drivers）。通常，此类集成研究采用“自上而下（Top-down）“的思路，即基于暴露人群和基因表达谱识别出miRNA暴露标志物，再基于体外实验明确其是否调控损伤，并阐明其致损伤机制。理想情况下，一个好的标志物其毒理学机制越明确，其健康风险预警越可信赖。
近些年系统毒理学的发展，使得基于通路的方法进入集成型研究人员的视野；能够有效连接暴露与结局的通路，使得无论是针对整体还是某一环节的研究都变得更加高效可靠。本篇研究提出了一个全新的“自下而上（Bottom-up）”的集成研究思路，先进行体外实验筛查和验证功能型miRNA，再结合已发表的人群研究对候选miRNA加以确认。具体来说，我们前期研究整合一百多篇毒理学文献，构建了苯并芘（BaP）导致肺损伤最相关的5条分子应答毒性通路，包括AHR通路、IL-6通路、P53通路、NRF2通路以及TGF-β纤维化通路。在本研究中，利用暴露于BaP的体外细胞系HBE-1A1和转录组测序，我们挑选出可能靶向这5条毒性通路相关基因的miRNAs；接下来我们用实验确认了对通路基因确实有调控作用的miRNAs；更重要的是，我们通过整合miRNA/靶基因的表达差异和调控关系，将所有实验现象总结为八种miRNAs:mRNAs表达-调控模式（图1），这八种模式既包含miRNA的上/下调伴随靶基因的上/下调情况，又包含了miRNA和靶基因间正向调控和负向调控的情况。通过深入分析，我们识别出miRNA能强势调控靶基因的模式（即识别driver miRNAs）。最后，我们将识别出的5个driver miRNA在已发表的相关疾病人群研究中一一得到确认，提示这些miRNAs的早期预警价值，及其作为有害结局驱动因素的潜在机制。
总之，本研究基于毒性通路扰动的思路，始于体外组学和机制研究，向上探寻，终于关联验证，目的是高效地识别暴露和结局相关的功能miRNAs，为其他类似的集成型研究提供了一个新思路。本研究得到国家自然科学基金(81903355、 82273671、91943301、81973075)的支持。
图1. 八种miRNAs:mRNAs表达-调控模式
图2. 图文摘要
