microRNA在脊柱脊髓損傷中作用的研究現狀與進展

李賀祥，叢 巖，王佳瑤 ，邱 濤 綜述，王春慶 審校

(1.貴州醫科大學臨床醫學院，貴陽 550004；2.貴州醫科大學附屬醫院創傷骨科，貴陽 550004)

作為中樞神經系統中較為嚴重的創傷之一，脊髓損傷(SCI)是脊柱骨折的嚴重并發癥[1]。其早期主要有因損傷組織缺血、水腫、氧自由基形成及炎性反應等多種因素聯合作用引起的暫時性或永久性的病理生理改變，最終可導致肢體運動和感覺能力喪失[2]，目前尚無令人滿意的療法[3]。最近有研究表明，SCI的繼發性損傷和損傷后神經再生過程受到microRNA(miRNA)的顯著調控,對與SCI相關的miRNA的研究可以提高對疾病進程的認識，從而為臨床醫生提供治療SCI及預測臨床預后的機會[4]。

miRNA是一種長度約為22個核苷酸的非編碼小分子RNA，具有在轉錄水平調控基因表達的功能。作為轉錄調節者，miRNA能調控蛋白質的合成，因此可以調控疾病和發育的每一個進程。miRNA涉及調節生理條件下神經系統的發育及功能完善的每一個過程，包括神經細胞正常形態結構的維持、軸突生長、突觸可塑性、功能及形態維持等方面[5]。此外，miRNA還參與病理條件下SCI過程，且在某些方面反映出損傷的嚴重程度[6]。既往的研究表明，miRNA可能參與了神經退行性變，提示miRNA表達的改變也可能參與了包括脊髓在內的創傷后繼發的中樞神經系統損傷[7],YUNTA等[8]通過構建創傷型SD大鼠SCI模型，并對SCI后不同時間點大鼠miRNA的表達進行生物信息學分析，結果證明了miRNA的表達變化參與了包括炎性反應、細胞凋亡及星形膠質細胞增生等多個SCI病理生理過程[9]。現就miRNA在SCI中作用的研究現狀及進展綜述如下。

1 miRNA與SCI后炎性反應

SCI是因原發性損傷和炎性反應引發的繼發性損傷所共同導致的創傷性疾病[10]，在急慢性SCI的發病機制及神經、組織損傷等重要環節的炎性反應中發揮著主要調控作用，也是繼發二次損傷的關鍵條件之一[11]。近期研究發現SCI后炎性相關miRNA會發生表達改變,提示這些miRNA可能在調控炎性反應介導的繼發性損傷環節起到關鍵作用[12]。

LIU等[13]通過生物信息學分析顯示，一些炎癥介質基因，如腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細胞介素-1β(IL-1β)和細胞間黏附分子1(ICAM-1)是miR-411、miR-99a、miR-34a mir-384-5p和mir-30b-5p的潛在靶基因，在SCI后表達下調，這表明SCI后miRNA本身及其潛在靶基因的表達都發生變化，而這些靶基因正是編碼以SCI為發病基礎的炎癥、氧化損傷和凋亡等相關蛋白的基因。SCI發生后會促發炎性反應，炎性細胞因子如TNF-α、IL-6 、1L-1β及花生四烯酸代謝產物等水平在6 h內明顯上升[14]，當這些因子位于SCI中心處并高度表達時，miR-223也在同一損傷區域明顯高表達，提示SCI中miR-223與炎癥因子參與的炎性反應存在相關性[15-16]；JEE等[17]在正常小鼠脊髓中注射miR-20a,發現在小鼠脊髓組織中發生炎性反應,并因此導致神經元死亡,整個病程與人因創傷導致的SCI相似；JEE還將miR-20a抑制劑注射到小鼠SCI部位使miR-20a表達沉默,后期發現小鼠后肢活動日漸恢復,且該組神經元死亡較少，這表明miR-20a不僅參與了SCI后炎性反應過程，同時也與損傷后功能恢復有關。miR-126是在血管內皮細胞中高度富集的miRNA，既往研究證實其在SCI后表達下調[18]。HU等[18]在創傷型大鼠SCI模型中，通過上調miR-126的水平能夠促進血管新生，抑制白細胞外滲進入損傷脊髓，因此，目前的研究表明，miR-126在SCI后促進血管生成和抑制炎癥進展中發揮了重要作用。在SCI中，由于炎性反應所引起的繼發性損傷會再一次加重對機體的打擊[19]，miRNA在調控炎性因子和炎性介質所介導的繼發性損傷中起關鍵性作用，有望成為治療SCI的一種潛在途徑。

2 miRNA與SCI后細胞凋亡

細胞凋亡是基因調控的細胞自主有序的死亡形式之一，SCI后廣泛出現神經細胞凋亡現象，它是SCI后影響損傷修復的一個關鍵因素，尤其是繼發性損傷。早期研究證實，SCI后發生神經細胞死亡現象并不是SCI的直接作用而是因為繼發了細胞凋亡[20]。因此，抑制SCI后神經細胞的凋亡對促進早期神經功能恢復進而改善機體預后有著重要意義。已有文獻報道在小鼠SCI后出現miR-486水平上調[21]，NeuroD6水平下調[22]。NeuroD6是一種神經保護基因，與神經元分化和氧化應激反應相關[23]。當抑制miR-486表達后，NeuroD6的蛋白水平升高，提示miR-486可調控NeuroD6的基因水平而發揮抑制凋亡并改善運動功能的作用。同樣，miR-20a被證實可通過調控凋亡相關蛋白進而影響脊髓及運動功能的恢復[1，23]。HU等[24]通過構建創傷型SD大鼠SCI模型，利用微陣列分析數據篩選出最明顯表達上調的miR-21作為目標miRNA，研究其功能，并通過鞘內注射antagomir-21使miR-21表達沉默，HU發現與陰性對照組比較，antagomir-21干預組在SCI后細胞凋亡顯著增加。在許多疾病和細胞類型中，促凋亡基因Fas配體(FasL)，磷酸酶和張力蛋白同源物(PTEN)及程序性細胞死亡蛋白4(PDCD4)被證明是miR-21的直接靶點。HUANG等[25]在對川芎嗪(TMP)在SCI中的保護作用機制的研究中發現，TMP改善運動功能恢復和減少細胞凋亡的作用機制可能為TMP上調了miR-21的表達，同時抑制了FasL、PDCD4和PTEN的表達。這些結果提示miR-21在調控SCI后繼發性細胞死亡中發揮了重要作用，而miR-21的保護作用可能是其對促凋亡基因調控的結果。ZHU等[26]的研究也揭示了miR-494通過調控磷酸酶張力蛋白基因(PTEN)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在SCI大鼠中起到神經保護作用。有研究發現在SCI大鼠鞘內注射antagomir-223能夠顯著抑制細胞凋亡和促使SCI后大鼠后肢運動功能恢復。因為antagomir-223能夠顯著降低促凋亡蛋白B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)相關X蛋白(Bax)和重組人半胱天冬酶3(caspase-3)的表達水平，并調節抗凋亡的Bcl-2蛋白水平及谷氨酸受體2(GluR2)的表達，這表明通過抑制miR-223的表達在SCI后功能恢復、血管生成和抗凋亡等方面起到重要作用[27]。此外，一些凋亡相關基因如caspase-3、鈣蛋白酶(calpain)1、calpain 2、Bcl-2、c-Myc和凋亡誘導因子基因都可能是一些SCI后下調的miRNA(如miR-124，mir-235-3p、miR-137、mir-30b-3p)和上調的miRNA(如miR-1、miR-15b、miR-34、miR-145)的潛在靶基因。而抗凋亡相關基因包括Bcl2-1和Bcl2-2基因等可能是SCI后一些被上調的基因如miR-21、miR-146a、miR-20a、miR-145、miR-214、miR-674-5p、miR-15b、miR-17、miR-206和miR-672的潛在靶基因[28]。也有一些miRNA如let7/miR-98家族，其表達改變對凋亡的影響仍有爭議，因為他們對細胞凋亡作用根據情況不同而有所變化。此前發布的研究表明，大多數這類miRNA是通過P53和Akt通路或沉默關鍵細胞凋亡的分子，如caspases-3、caspases-9、Fas/CD95、c-Myc或Bcl-2蛋白家族的幾個成員發揮調節細胞凋亡作用的[14]。

3 miRNA與SCI后神經再生與修復

SCI后中樞神經系統自我修復和再生能力有限，而脊髓與機體的感覺和運動功能相關，因此研究如何促進損傷后神經元再生、神經功能恢復顯得尤為重要。作為內源性調控因子的miRNA,具備調控超過1/3的人類基因的非編碼小分子RNA的能力[29]。因此,靶向miRNA調控可以有效地促進SCI的修復。當前關于miRNA在神經細胞軸突間作用的研究很多，YU等[30]在斑馬魚脊髓橫斷損傷后檢測到再生的腦干神經元中的miR-133b水平上調，使miR-133b水平下調后斑馬魚運動功能及神經再生情況明顯減弱。生物信息分析和靶基因預測提示RhoA蛋白為miR-133b的可能靶基因，在斑馬魚SCI后出現RhoA 基因水平上調，且這種上調的基因能夠使損傷后運動功能恢復減弱[31]。miR-133b在SCI的作用機制中一個重要的關鍵性因素是通過其mRNA直接作用降低RhoA蛋白水平來實現的[32]。SCI后miR-133b可通過對RhoA蛋白的調控影響軸突再生從而在損傷修復及功能恢復過程中發揮作用。陳琨等[3]研究中證實了miR-152在SCI中的重要作用是促進了神經軸突的生長。在YI等[33]的研究中，miR-155表達缺失促進了SCI后髓鞘修復過程，可用于SCI和其他中樞神經系統疾病治療的新靶點[34]。OBERNOSTERER等[35]報道表明,在神經系統中高表達的miR-138在調節神經生長和神經再生過程中起到關鍵性作用。SCI可導致星形膠質細胞增生，星形膠質細胞增生是SCI早期的增生性反應，可修復受損的血腦屏障和隨后的增生性反應并最終形成膠質瘢痕。膠質瘢痕的形成限制了損傷范圍的擴增,但其增生卻使得軸突的伸長受限。BHALALA等[36]在小鼠SCI模型中發現，星形膠質細胞病變附近檢測到高水平的miR-21，而未受傷的脊髓星形膠質細胞表達區檢測到的miR-21卻是低水平的，星形膠質細胞中miR-21過表達能使SCI星形膠質細胞肥大反應減弱。在星形膠質細胞中應用miRNA海綿技術抑制miR-21不但會增強肥大反應，還增加了病變部位神經軸突密度。研究miR-21在SCI后纖維化瘢痕形成的重要作用及機制，將可能為促進SCI后軸突再生和功能恢復的治療目標[37]。

4 總結與展望

大量研究證據表明miRNA在SCI后復雜的病理生理過程(如炎性反應、神經生長、增殖和凋亡)中起到了重要的調控作用，如今更多與SCI有關的miRNA還有待發現，相關證據和資料也亟待收集。隨著各項基因檢測技術的迅速發展，基因調控的研究不斷深入，關于miRNA的基礎研究越來越多。有更多的研究者們參與進來，探討如何通過合理有效調控與SCI靶向相關的miRNA的表達，而實現其對SCI更好地預防、診斷及治療價值。干預miRNA的表達對減少SCI繼發性損傷及神經功能恢復改善有重要意義，可能成為治療SCI的有效靶點，可為探索新的臨床治療SCI及其他病癥的治療方法提供新思路、新技術與新途徑。