牵手外泌体和循环非编码RNA功能注释，这么神奇的miRandola不来了解一下嘛~！

细胞外循环非编码RNA数据库：miRandola

嗨，小伙伴们我们又见面啦！欢迎回到每周一弘毅专栏，我志向用小小文字助力你的SCI发表之路。循环分子作为疾病诊断和预后相关biomarker的当红明星，目前相关研究是如火如荼，尤其是对于样本来源便捷的临床专业小伙伴来说，简直不要太爽歪歪。那么，知你所求懂你所需哦~！弘毅这周给大家带来的便是一款循环非编码RNA功能注释数据库miRandola，一起来康康吧~！

序章：关于循环核酸分子

胞细胞间信号传导（Cellular Signal Transduction）的有关研究一直以来都是科学研究者奋力追捧的热潮，基础科研中以经典的“神经-免疫-内分泌”调控网络为基石，近年来无论是肿瘤或是非肿瘤领域内，以细胞外囊泡/外泌体为代表的细胞交互研究方兴未艾，取得相当不错的进展。外泌体是由细胞胞吐作用而释放的大小在30~150nm的脂质双层膜囊泡，能够运载内源性蛋白质、脂质、ssDNA和RNA等信息物质，广泛参与细胞间通讯、调控免疫应答、调节细胞迁移和分化等生物学过程。在如此当红明星背后，循环分子（circulating molecules）在细胞间通讯、疾病诊断和预后方面的价值也不容忽视。有学者提出液体活检（liquid biopsy）的概念，旨在基于简单和无创的操作，通过血液、尿液、腹水、脑脊液和关节液等体液组织样本检测，发现与疾病发生、发展，以及诊疗和预后相关的潜在分子标志物。循环分子（circulating molecules）包括功能基因编码的蛋白和非编码的RNA两大类，蛋白质以细胞因子（cytokine）为代表，包括各种功能性分泌蛋白和生物活性短肽等，循环非编码RNA有miRNA、lncRNA和circRNA，另外还有细胞自身裂解释放的DNA/RNA，即cell free DNA或cell free RNA，简称cfDNA和cfRNA。

DNA和RNA都属于细胞内核酸分子，通常不会直接分泌到细胞外，而是经由囊泡运输或是与其他蛋白形成复合物的方式参与细胞间信号传递。细胞有自我的新陈代谢过程，每时每刻体内都有细胞发生凋亡，凋亡是一种主动式的细胞降解过程，会产生片段化DNA，大小基本在一两百bp左右。细胞被动裂解可以是来源于外界理化刺激引发的组织坏死，也可以是自身免疫系统对细胞的杀伤作用，该过程释放的DNA片段长度通常比较大。无论主动还是被动产生cfDNA，释放到外周血中会被快速清除，然后细胞又会产生并释放新的cfDNA，形成动态平衡。健康状态下，cfDNA一般维持在一个较低水平，检测到的cfDNA含量实际上是其释放和清除平衡后的结果。当严重的系统性组织损伤或者异常代谢打破这种平衡，死亡细胞释放大量cfDNA进入血液循环，可作为疾病的临床诊断的标志。cfRNA又叫循环RNA（circulating RNA），包括mRNA、miRNA、lncRNA和circRNA，统称细胞外RNA（extracellular RNA，exRNA）。分布于在血液及其他如尿液、唾液、乳汁、前列腺液、精液和经血等，cfRNA来源同样分为主动和被动的细胞降解。DNA比较稳定，所以cfDNA是比较可靠的循环Biomarkers，而RNA则不然，非常容易被降解。循环RNA多以细胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）形式存在。RNA以非编码的miRNA/lncRNA/circRNA居多，其中miRNA由两种RNase III蛋白Drosha和Dicer剪切产生，可通过结合mRNA 3'-UTR区域来靶向调节基因表达；circRNA通过反向剪接将外显子3'端与上游外显子5'端共价连接，独特的环形结构可保护circRNA免受核糖核酸酶消化并维持更长的半衰期，可与蛋白质互作或通过miRNA海绵化作用参与调控基因表达；lncRNA指转录本长度在200-100000 nt之间具有保守二级结构的RNA分子，通常认为不编码蛋白，定位于细胞核或胞质内，可与DNA、RNA和蛋白质相互作用，可通过多种机制（如基因印记、染色质重塑、组蛋白修饰、调控增强子和转录因子活性、可变剪切、mRNA降解和蛋白修饰等）并在多种层面（如表观遗传学、转录、转录后、翻译和翻译后水平等）调控基因表达。除此之外，线粒体DNA片段在细胞外释放以循环形式存在，称为cell free mtDNA（ccf-mtDNA）。不同于核DNA，线粒体DNA不含保护性组蛋白和复杂的DNA修复机制的，更容易受到环境刺激，如病源微生物感染、氧化应激损伤和其他各种理化刺激。实际上，线粒体中发生氧化磷酸化的过程，mtDNA周围会产生大量活性氧（ROS）环境，导致mtDNA对氧化应激诱变高度敏感。ccf-mtDNA通常为双链DNA分子，分为短片段（低于1Kb）和长片段（最高21kb），对核酸酶降解具有更高抵抗力，可作为细胞死亡和非特异性组织损伤的潜在生物标志物。

数据库概览

进入miRandola主页（http://mirandola.iit.cnr.it/），miRandola于2012发布，5年内引用100次以上，目前更新到2017年第二版，共收录314篇文献的3283个数据条目，包括7种细胞外RNA形式，1002个micRNA，12个lncRNA，8个circRNA，25种药物，14种生物和动物模型，197种疾病和细胞系和47个样本，另外还包括一部分细胞外DNA（cfDNA）和循环肿瘤细胞（CTC）数据。miRandola对Vesiclepedia和ExoCarta miRNA进行整合，致力于收集在血液和其他体液中循环非编码RNA的所有信息，旨在创建无创生物标志物功能注释的综合数据库。在官方主页有关于miRandola的视频介绍，感兴趣的小伙伴可以点击观看。

点击Articles in the database，展示该数据库314篇文献信息，提供文献PubMed ID，可通过输入关键词进行筛选。

点击Statistics，展示该数据库所收录数据的统计信息：共包括7中类型RNA，检索时若未指定则默认circulating RNA；数据库以miRNA数据居多，比例高达98%；循环RNA来源主要是血液和血浆，接下来依次是T细胞、尿液和树状细胞等；疾病类型以乳头状腺癌最多，然后分别是前列腺癌、乳腺癌和非小细胞肺癌等。

点击People，展示miRandola开发团队成员简介，可以瞻仰一下大神风采，为我们自己的课题研究祈个福~哈哈！

数据库功能及操作演示

信息浏览：BROWSE

点击BROWSE，下拉菜单可选择需要浏览的数据类型，首先点击microRNAs进入详情页面，可通过输入关键词进行筛选。单击感兴趣的microRNA查看详细信息。

miRNA以bta-let-7为例，点击进入可以看到该RNA的详细信息，包括文献信息，细胞外RNA形式，功能注释情况，样品类型和来源，疾病或细胞系，表达情况，相关药物，实验方法及结果描述，提供Vesiclepedia数据库链接。点击long non-coding RNA或circRNA进入详情页面，信息基本类似。

点击Disease，检索breast，点击进入可见乳腺癌相关的74条循环RNA信息，每个条目下提供文献信息，以及对应的RNA基本信息，miRNA可链接至miRBase，外泌体可链接至ExoCarta。

点击exRNA forms，可根据不同RNA来源类型进行数据浏览，包括Ago2、circulating、exosome、HDL、membrane vesicle、microparticle和microvesicle。点击Ago2得到174条结果，信息基本同前。

点击Sample，根据47种组织样本来源进行数据浏览；Drugs目录下，是25种药物对应的循环RNA数据；Organism目录下，是14种物种对应的循环RNA数据。以上数据展示基本同前，不再赘述。

检索功能：SEARCH

点击SEARCH可以检索特定的RNA、疾病或组织样本类型，或通过输入关键词组合进行精确检索。在检索框输入时候，下拉选项分别选择感兴趣的条目，以hsa-miR-21和prostate cancer为例，点击Search得到5条结果，内容基本同前。

应用工具：Tools

（1）miRNA Converter

点击Tools下拉菜单miRNA Converter，可进行miRNA ID转换，展示从版本17到版本21的人类miRBase ID的演变，共有2619个条目。

（2）Visualizations

点击Tools下拉菜单Visualizations，可查看miRandola数据可视化结果。首先是7中RNA类型，点击可进入Browse页面进行数据浏览。

接下来是对不同肿瘤类型RNA的共表达网络，鼠标悬停可查看，单击疾病名称可进入Browse页面进行数据浏览。

最后是RNA在不同疾病或细胞系中表达丰度热图，鼠标滚轮滑动可查看更多RNA名称，Heatmap controlsy热图使用方法介绍。

数据下载

Download，可全部下载或分别下载不同类型RNA数据。

文献应用案例

文献案例一：PMID: 32024530，IF=4.124分

本文前文鉴定1783个差异表达基因（DEG）和93个差异表达的miRNA（DEM），基因GSEA集富集分析显示，与上皮细胞过程如角质化和细胞外基质组织有关，与免疫应答过程如下游TCR信号传导、干扰素信号传导和自适应免疫有关，作者为分析miRNA表达对上述生物学过程的潜在影响，对DEM与之相关性进行分析，并基于CCLE数据库构建共表达网络，即本文Figure3C，图中星号表示在miRandola数据库中被注释为循环分子的miRNA，可通过miRandola数据库Search或Browse获得该信息。

以图中miR-625为例进行演示，进入miRandola主页，点击Search，检索框输入miR-625，检索结果如下，可见该miRNA被注释为循环分子和外泌体分子。

文献案例二：PMID: 31795960，IF=3.15分

本文针对胰腺导管腺癌（PDAC）患者血清miRNA相关研究文章做Meta分析获得表达差异miRNA列表，而后与ExoCarta和miRandola数据库比较，获得30种被注释为外泌体来源的miRNA分子，即Table2。

以表格中has-miR-103a-3p为例进行演示，进入miRandola主页，点击Search，检索框输入has-miR-103a-3p，检索结果如下，可见该miRNA被注释为外泌体和微囊泡分子，点击进入可获得两篇文献。

受人玫瑰，当吃水不忘挖井人，开发并维护数据库不易，小伙伴们使用miRandola数据库时，别忘记引用以下参考文献哦！~

写在结尾

[1] Russo F, Di Bella S, Nigita G, Macca V, Laganà A, Giugno R, Pulvirenti A, Ferro A. miRandola: extracellular circulating microRNAs database. PLoS One. 2012;7(10):e47786. doi: 10.1371/journal.pone.0047786. Epub 2012 Oct 19. PMID: 23094086; PMCID: PMC3477145.

[2] Russo F, Di Bella S, Bonnici V, et al. A knowledge base for the discovery of function, diagnostic potential and drug effects on cellular and extracellular miRNAs. BMC Genomics. 2014;15 Suppl 3(Suppl 3):S4. doi:10.1186/1471-2164-15-S3-S4.

好啦~关于miRandola数据库加餐就到这里啦~！欲知更多生信知识，我们相约“挑圈联靠”公众号~下期再见了~！

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