MicroRNAs與神經(jīng)退行性疾病研究進展

季申慧 馮美江

神經(jīng)退行性疾病（neurodegenerative diseases）是以神經(jīng)元或髓鞘丟失為特征的一類慢性進行性疾病，主要包括AD、PD、肌萎縮側(cè)索硬化（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、亨廷頓病（Huntington’s disease，HD）等。神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病率與年齡密切相關(guān)，隨著人口老齡化的加速，其發(fā)病率顯著增高。神經(jīng)退行性疾病的病理機制復(fù)雜多樣，分子機制尚不明確，臨床檢查項目局限，早期診斷困難，治療缺乏特異性［1］。因此，對于神經(jīng)退行性疾病發(fā)生機制和潛在靶點的探索至關(guān)重要。近年來研究發(fā)現(xiàn)，微小RNA（microRNA，miRNA）與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機制密切相關(guān)。

miRNAs是一類進化保守的內(nèi)源性非編碼短RNA［2］。通過與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后水平負向調(diào)控靶基因表達活性，抑制靶mRNA的翻譯或降解靶mRNA。miRNAs調(diào)控機體約90%的基因表達［3］，參與細胞的增殖、發(fā)育和衰老過程［4］。研究表明，miRNAs參與神經(jīng)元的早期分化和發(fā)育，且對神經(jīng)元的功能具有重要作用［5］。為更好地理解miRNAs在神經(jīng)退行性疾病中的作用機制，本文就miRNAs與神經(jīng)退行性疾病關(guān)系的研究進展進行綜述。

1 miRNAs與AD的關(guān)系

AD發(fā)生于老年和老年前期，以進行性認知功能障礙和行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。AD的主要病理特征是大腦海馬區(qū)β淀粉樣蛋白（β-amyloid，Aβ）在細胞外沉積形成老年斑（senile plaques，SP），大腦中微管相關(guān)蛋白tau高度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）。Aβ由淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經(jīng) β分泌酶和γ分泌酶依次水解生成，BACE1作為β分泌酶的限制酶，促進Aβ的生成［6-7］。目前認為，NFTs中tau蛋白的高度磷酸化是由激酶/磷酸酶系統(tǒng)的失衡造成的，由包括 PKA、CDK5、GSK 3β、PP1A、PP2A 在內(nèi)的一系列酶活性的改變引起［8］。此外，小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)也是AD的病理特征之一。

研究發(fā)現(xiàn)，miR-200a-3p、miR-29a在AD動物模型中表達降低，miR-138、miR-139在AD動物模型中表達增加。miR-200a-3p與AD的病理機制密切相關(guān)，其通過兩種機制發(fā)揮神經(jīng)保護作用，一種是通過抑制BACE1的表達減少Aβ的沉積，另一種是通過抑制PKA的表達，減少tau蛋白的過度磷酸化。Wang等［9］在AD動物模型、體外細胞模型以及AD病人血漿中發(fā)現(xiàn)miR-200a-3p的表達被抑制，提示miR-200a-3p是AD潛在的生物標(biāo)志物。Wang等［10］發(fā)現(xiàn)，在AD模型中，miR-138的表達增加。miR-138的過表達可激活GSK-3β途徑，從而促進HEK293/tau細胞的tau蛋白磷酸化。此外，維甲酸受體α（RARA）被證實是miR-138的直接作用靶點，miR-138通過作用于RARA誘導(dǎo)tau蛋白的磷酸化，進而介導(dǎo)AD發(fā)病。miR-29a作用于BACE1 mRNA的3’非編碼區(qū)，抑制BACE1蛋白表達，減少 Aβ 的沉積。Hebert等［11］發(fā)現(xiàn)，在 BACE1異常增高的AD病人中，miR-29a的表達顯著降低，從而促進Aβ的沉積。Muller等［12］發(fā)現(xiàn)，在腦脊液中，miR-29a作為生物標(biāo)志物診斷AD的敏感性為89%，特異性為70%。miR-139通過調(diào)控大麻素受體2（CB2）介導(dǎo)的神經(jīng)炎性過程參與AD的發(fā)病。CB2是活化小膠質(zhì)細胞的膜標(biāo)記物之一，目前被認為是觸發(fā)突觸可塑性、神經(jīng)保護性等一系列神經(jīng)保護機制的關(guān)鍵蛋白［13］。miR-139通過下調(diào)CB2的表達促進神經(jīng)炎性反應(yīng)。Tang等［14］發(fā)現(xiàn)，在 AD 小鼠模型中，miR-139 的表達顯著增高。因此，miR-139有望成為AD藥物治療靶點之一。

綜上所述，深入研究miRNAs在AD發(fā)病機制中的作用有助于為AD的診斷提供生物標(biāo)志物，推動AD靶向治療的進展。

2 miRNAs與PD的關(guān)系

PD是一種常見于中老年的神經(jīng)系統(tǒng)變性病，臨床上以靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢平衡障礙為主要特征。PD主要有兩大病理特征，其一是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元及其他含色素的神經(jīng)元大量變性丟失；其二是在殘留的神經(jīng)元胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)嗜酸性包涵體，即路易小體（Lewy bodies）。α 突觸核蛋白（α-synuclein）、泛素、熱休克蛋白是形成路易小體的重要成分。

研究發(fā)現(xiàn)，miR-7、miR-425、miR-326、miR-34b/c 在PD動物和細胞模型中表達降低。Junn等［15］發(fā)現(xiàn)，miR-7主要在神經(jīng)元中表達，通過作用于α突觸核蛋白mRNA的3’非翻譯區(qū)抑制α突觸核蛋白的表達，保護細胞抵抗氧化應(yīng)激。在PD的細胞和動物模型中，miR-7的表達下降可能會導(dǎo)致α突觸核蛋白的表達升高，促使PD發(fā)病。Hu等［16］發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)miR-425的缺乏會引起多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡，miR-425通過作用于受體相互作用蛋白激酶（RIPK1）介導(dǎo)炎性反應(yīng)和神經(jīng)元凋亡。研究表明，RIPK1的激活調(diào)控活性氧（ROS）、有絲分裂、氧化應(yīng)激等反應(yīng)［17］。腦內(nèi) miR-425模擬物治療可以減輕腦萎縮、多巴胺神經(jīng)元丟失，改善病人運動行為。Zhang等［18］發(fā)現(xiàn)，miR-326可以通過抑制MAPK信號通路，進而抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的激活和多巴胺神經(jīng)元的凋亡。此外，miR-326的過表達可導(dǎo)致血清中 TNF-α，IL-1，IL-6 和 INF-γ 的水平下降。TNF-α、IL-1在PD模型的神經(jīng)炎性過程中起重要作用［19］。IL-6和INF-γ作為炎性細胞因子在PD進展和認知功能損害中起重要作用［20］。DJ1和Parkin蛋白與家族性PD有關(guān)，也參與散發(fā)性PD的發(fā)病，miR-34b/c表達下調(diào)與DJ1和Parkin表達降低有關(guān)。Min~ones-Moyano 等［21］發(fā)現(xiàn)，在 PD 的臨床階段，包括杏仁核、額葉皮質(zhì)、黑質(zhì)和小腦在內(nèi)的各腦區(qū)都出現(xiàn)miR-34b和miR-34c的表達下降。在分化型SH-SY5Y多巴胺神經(jīng)元細胞中，miR-34b/c的耗竭導(dǎo)致細胞活性中度下降，同時伴隨線粒體功能的改變、氧化應(yīng)激和細胞內(nèi)三磷酸腺苷總含量的降低。

綜上，miRNAs在PD的發(fā)病機制中有重要作用，對miRNAs在PD中異常表達的進一步研究或許可以作為臨床診斷PD的依據(jù)。

3 miRNAs與ALS的關(guān)系

ALS的特點是脊髓、大腦皮層和腦干上、下運動神經(jīng)元的進行性喪失，導(dǎo)致肌無力和肌萎縮［22-23］。病人預(yù)期壽命為發(fā)病后的2～5年［24］。ALS與多個基因突變有關(guān)［25］，包括 TARDBP和 FUS，參與處理 RNA 結(jié)合蛋白，間接影響 ALS病理過程中的miRNAs［26］。

研究發(fā)現(xiàn)，miR-29b-3p、miR-338-3P在ALS小鼠模型中表達增加。Klatt等［27］發(fā)現(xiàn)，在ALS小鼠模型中，各組織中凋亡介質(zhì)的上調(diào)、下調(diào)與miR-29b-3p的表達水平有關(guān)。在ALS小鼠模型的小腦中，miR-29b-3p表達水平增高，使促凋亡因子BMF、Bax和Bak表達下調(diào)，從而保護神經(jīng)功能。然而，在脊髓中，miR-29b-3p表達下降，對促凋亡因子的抑制作用減弱，導(dǎo)致細胞凋亡，從而導(dǎo)致神經(jīng)變性。miR-338-3P直接作用于糖原磷酸化酶B（PYGB），引起肝糖原分解的減少和糖原的累積。糖原是葡萄糖殘基的一種分支聚合物，被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的能量儲備，糖原的異常累積會導(dǎo)致神經(jīng)變性。糖原在ALS小鼠模型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)和臟器中累積，導(dǎo)致 ALS病變。Li等［28］發(fā)現(xiàn)，在 ALS小鼠模型的脊髓中，miR-338-3P的表達增加，間接促使ALS的發(fā)病。

綜上，miRNAs與ALS的發(fā)病密切相關(guān)，其在ALS中的作用機制仍需深入研究。

4 miRNAs與HD的關(guān)系

HD是一種常染色體顯性遺傳的基底節(jié)和大腦皮質(zhì)變性疾病，臨床上以隱匿起病、緩慢進展的舞蹈癥、精神異常和癡呆為特征。本病的致病基因為IT15（interesting transcript 15），IT15 基因 5'端編碼區(qū)內(nèi)的三核苷酸（CAG）重復(fù)序列拷貝數(shù)異常增多。拷貝數(shù)越多，發(fā)病年齡越早，臨床癥狀越重。

研究發(fā)現(xiàn)，miR-128a、miR-34a在HD模型小鼠中表達降低。miR-128a調(diào)控包括HTT和Huntington相互作用蛋白1在內(nèi)的HD典型信號基因。Kocerha等［29］發(fā)現(xiàn)，miR-128a腦中表達水平在HD病人臨床癥狀出現(xiàn)前后均有下調(diào)，提示miR-128a參與HD的發(fā)病。p53，miRNA-34家族和SIRT1在細胞周期進程、細胞衰老和凋亡過程中起正反饋作用。這三個因子中的每一個都在代謝調(diào)節(jié)、維持線粒體功能和腦源性神經(jīng)因子的調(diào)節(jié)中起作用。因此，這一調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對HD的病理生理學(xué)具有潛在的重要意義。Reynolds等［30］發(fā)現(xiàn)，與正常同類小鼠相比，在HD模型小鼠的大腦中p53、miR-34a、SIRT1之間的正反饋環(huán)被破壞。

綜上，miRNAs參與調(diào)控HD相關(guān)信號基因，進而參與HD的發(fā)病。

5 問題與展望

miRNAs與腫瘤、心血管疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種人類疾病的發(fā)生有著密切關(guān)系，現(xiàn)已成為研究熱點。隨著研究的不斷深入，miRNAs在細胞增殖、分化和凋亡中的調(diào)控作用逐漸被發(fā)現(xiàn)，為神經(jīng)退行性疾病的診斷和治療提供了理論依據(jù)和應(yīng)用前景。針對miRNAs生物學(xué)作用及其靶基因的研究，揭示了miRNAs在神經(jīng)退行性疾病的進展過程中既可以起到促進作用又可以起到保護作用。血漿、血清、腦脊液中miRNAs的監(jiān)測有潛在的預(yù)測疾病發(fā)生和評估預(yù)后的作用。

盡管將miRNAs做為神經(jīng)退行性疾病的生物標(biāo)志物和治療靶點應(yīng)用于臨床很有前景，但仍有許多技術(shù)難點需要突破。例如，不同地區(qū)、不同人種、不同部位的miRNAs的正常數(shù)值區(qū)間尚未確立。一種miRNAs在大腦的多個區(qū)域、多個階段發(fā)揮作用，如何實現(xiàn)精準(zhǔn)的靶向調(diào)控以及miRNAs的靶向藥物如何通過血腦屏障等問題仍亟待解決。相信隨著系統(tǒng)藥物遞送的發(fā)展，基于miRNAs水平調(diào)控神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展將在不久的未來被實現(xiàn)。