微小核糖核酸與孤獨癥譜系障礙的研究進展

呂偉偉，張光滿，許華斌

作者單位：六安市第二人民醫院檢驗科，安徽 六安 237008

孤獨癥譜系障礙（autism spectrum disorders，ASD），是一種與遺傳因素相關的神經系統發育失調而引起的神經精神紊亂性疾病，存在社會交往障礙、語言交流障礙和刻板的興趣與行為等是其主要臨床癥狀，另外還可伴有其他多種臨床癥狀，如智力障礙、癲癇等［1］。ASD是這類疾病的總稱，較嚴重的狀況稱為自閉癥或經典自閉癥譜系障礙，其他類型有阿斯伯格綜合征和非特異的廣泛性發育障礙等。雖然ASD 病人各自的臨床特征和嚴重程度不盡相同，但在社會各階層和種族中都會出現，并且在各年齡段均會發病，特別是最近流行病學研究發現ASD的患病人數正在逐年增加，且男性遠遠多于女性［2］。流行病學和遺傳學研究證明，ASD 是一種多基因遺傳疾病，其遺傳學因素主要集中在染色體異常和基因突變，包括基因拷貝數變異、點突變、連鎖區域和microRNA（miRNA）等［3］。

miRNA 是一類具有組織和時間特異性表達的微小RNA分子，通過與靶基因的信使RNA（Messenger RNA，mRNA）特異性堿基配對結合，導致其降解或抑制其翻譯，從而在轉錄后水平對靶基因進行精確調控［4-6］。在神經系統中，miRNA參與中樞系統發育、神經元分化和突觸塑形等過程，從而通過對突觸可塑性的調節，參與學習、記憶的形成［7］。因此miRNA與ASD關系密切，目前已有一些相關研究的報道。筆者就當前的miRNA 與ASD 的研究進展作一綜述。

1 miRNA在神經系統中作用

大量研究表明miRNA在腦組織中大量存在，且在大腦發育、神經發生及功能中起著重要的作用［8-9］。同時也發現，miRNA 在神經系統中高表達，并與神經軸突再生相關［10］。Li 等［11］研究發現 51 個miRNA、27個轉錄因子和59個靶標基因與神經軸突再生相關，其中hsa-miR-204-5p、hsa-miR-124-3p、hsa-miR-26a-5p、hsamiR-16-5p、hsa-miR-17-5p和hsa-miR-15b-5p在神經軸突再生過程中發揮重要作用。劉曉東等［12］研究提示miR-342-5p 與膠質細胞激活以及促進脊髓損傷修復再生密切相關。目前，在哺乳動物的腦組織中已發現大量的miRNAs，如在鼠中發現的具有腦組織表達特異性的miR-128，對miR-128 研究表明它在神經元分化、凋亡、發生以及發育有一定的作用，說明miRNA-128與腦組織的發育以及功能等均相關［13］。在孫丹等［14］通過對小鼠研究發現miR-132 和腦源性神經營養因子（BDNF）的表達有一定的相關性。豬的大腦在發育和形態等方面與人腦非常相似，通過研究發現胚胎豬中miR-34c 和miR-204 與大腦腦皮質折疊過程中的神經元遷移有關，在小鼠胚胎中同樣被證實miR-34c 和miR-204可以控制神經元遷移和皮質形態發生［15］。

Dicer 酶是參與miRNA 生物合成中重要的酶，敲除Dicer基因除了影響神經干細胞早期的分化，引起大腦體積縮小、皮質萎縮及神經炎癥等異常外，還可影響miRNA生成。因此，研究人員可以通過敲除Dicer基因來觀察miRNA在神經系統發育中的作用。Takacs等［16］研究發現敲除Dicer基因后，斑馬魚的神經系統就會出現明顯的發育缺陷，當補充miR-430 后這種缺陷引起的癥狀就會得到顯著緩解。Pons-Espinal 等［17］研究發現 Dicer 依賴性 miRNA 的丟失不影響成人海馬神經干細胞增殖，但在體外分化時增加細胞凋亡。

miRNA的失調已被驗證與神經退行性疾病，如阿爾茨海默病［18］、帕金森病［19］、癲癇［20］、肌萎縮側索硬化［21］等均有關。此外，研究還發現，已知的miRNA 中有70%在中樞神經系統中表達，且不同類型的細胞有著不同的miRNA表達譜，參與神經系統相關疾病的發生發展［10，22］。以上研究結果表明，miRNA 在神經系統的發育中扮演著非常重要的角色，miRNA 出現異常時往往會導致神經系統的發育和功能出現異常，從而引起一系列神經系統疾病。

2 miRNA在ASD基因變異的作用

迄今為止，在人體中發現2000多種不同的miRNAs。miRNA 常以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，有固定的基因座位，其中70%～90%位于具有編碼功能的DNA 序列的間隔區，轉錄獨立于其他基因。研究表明拷貝數變異（copy number variants，CNVs）是ASD 中重要的遺傳現象，CNVs 是一種廣泛存在于人類基因組中的結構性變異，并且與復雜的神經發育障礙有關［22，23］。CNVs 主要包括DNA 的重復和缺失兩種方式，來源于家族遺傳或者新生變異，研究表明位于染色體7q11、15q11.2-13.3 和 16p11.2 區域的 3 個基因座位與ASD 相關性較高［24］。但這些研究僅僅只是從蛋白編碼基因的變異上進行的研究，未對miRNA 和ASD 的相關性進行研究。miRNA 可通過調控基因的缺失或重復從而導致CNVs，并進一步影響到靶基因的表達。這些能引起CNVs 的miRNAs 還可以影響其他關鍵位置的miRNA 的合成和功能從而影響蛋白的表達。Pereanu 等［25］研究發現 910 個自閉癥相關基因中存在2197 個CNV 基因座。后期許多CNV 研究已將miRNA 基因與自閉癥聯系起來，包括：hsa-miR-1306，hsa-miR-185，hsa-miR-1286和hsamiR-649 基因，hsa-miR-200a 和 hsa-miR-429 ，hsamiR-200b 和 hsa-miR-149［26］。總之，這些研究表明相應基因拷貝數變異引起的miRNA 表達缺陷可能有助于解釋ASD病因的假說。

miRNA基因中的多態性很罕見，人類大約只有10%的前體miRNAs和1%的miRNAs有單核苷酸多態性（SNPs）［27-28］。此外，在這區域之外的前體miRNA 基因變異也可能影響miRNA 的表達和成熟［29-30］。例如，人類編碼 miR-125a 基因中G-U 變異顯著地阻斷了前體miRNAs 的合成，并降低了miRNA 介導的表達［31］。Olde Loohuis 等［32］在自閉癥大鼠模型中發現miR-181c和miR-30d呈高表達，選擇性抑制miR-181c的功能可減緩神經突觸生長。Bahi［33］研究發現在大鼠齒狀回內過表達miR-124將加重自閉癥樣癥狀，認為miR-124 有望成為自閉癥治療的新靶點。Mor等［34］在自閉癥病人前額皮質中則觀察到miR-142-5p、miR-142-3p、miR-451a、miR-144-3p、miR-21-5p 等多種 miRNAs 異常表達，通過生物信息學分析，發現miR-21-5p 可作用于催產素受體基因，使之在腦組織中表達減少，影響自閉癥病人的生長發育。進一步地支持了miRNAs在ASD中基因變異的假說。

以上兩類基因作為疾病發生共同的遺傳基礎，在環境因素和表觀遺傳異常的作用下導致神經發育、神經元可塑性、突觸功能和神經環路等異常，最終導致自閉癥癥狀的出現［35］。

3 miRNA在ASD診斷和治療中的作用

隨著miRNA在ASD發病機制研究的不斷深入，目前已初步證明，miRNA在ASD的發病過程中扮演著重要作用。自2008年以來，研究者對采集自ASD病人的不同組織、血液和細胞進行了研究，發現均存在一些miRNAs在其中異常表達。如Jyonouchi等人［36］的研究發現 miRNA 表達與 ASD 行為癥狀的變化以及ASD合并炎癥的嚴重程度相關，并檢測到的miRNA表達的變化以及ASD PBMo的細胞因子水平的變化，表明這些變化可能導致PTEN 介導的信號傳導途徑的失調。這可能反過來影響ASD 的行為癥狀。Tamara等［37］通過研究發現在ASD病人中有7個 miRNAs 有著顯著改變：miR-34c-5p，miR-92a-2-5p，miR-145-5p 和 miR-199a-5p 被上調和 miR-27a，miR-19-b-1-5p和miR-193a-5p被下調，miR-199a-5p和miR-92a-2a的上調以及miR-193a和miR-27a的下調能反過來影響SIRT1、HDAC2 和PI3K/Akt-TSC：mTOR信號通路。此外，MeCP2是miR-199a-5p的靶標，并參與Rett綜合征（RTT），這可能解釋了患有該綜合征的女性病人的自閉癥表型。Hirsch等［38］在自閉癥兒童外周血中發現miR-134-5p 和miR-138-5p的表達顯著增加。另外，通過高通量實時qPCR 對從8名病人和6名對照活組織檢查的嗅黏膜干細胞（OMSC）中提取的miRNA進行miRNA分析發現4種miRNAs 發生改變，miR-146a 上調，miR-221、miR-654-5p 和 miR-656 三個下調，miR-146a 過表達影響星形膠質細胞谷氨酸攝取能力和神經元樹突狀樹突［39］。由于miRNA在大多數組織、血液和細胞中具有較好的穩定性和可檢測性，應用miRNA作為一些疾病診斷的潛在生物標志物已逐漸成為研究熱點［40-43］。雖然目前關于 miRNA 在 ASD 中的研究還存在一定的分歧，但后期在更嚴謹的實驗設計和大樣本研究后，必然會有更多的miRNAs被發現，從而利用多種miRNAs 組合進行檢測ASD 將成為可能［37］。

隨著miRNA 在ASD 中研究的不斷深入，以miRNA 作為ASD 治療靶點的可行性逐漸進入人們的視野。miRNA 是一種可以調節整體通路的小分子，可以通過對miRNA進行上調或下調來調節整個通路，使得miRNA成為自閉癥理想的治療靶點成為可能。另外，多數miRNA 在嚙齒動物和人之間100%同源［44］，因此，可以使用動物模型進行廣泛的臨床前功效、毒性和藥代動力學研究和評價。因此，關于ASD基于miRNA治療方案研究將會成為以后研究的熱點。

4 小結和展望

miRNA作為一種近期發現的、涉及幾乎所有生物學進程的小分子RNA，其生物學功能也日益被闡明。近一些年，隨著ASD 的發病率逐漸上升，分子遺傳學發病機制成為研究的焦點，隨著全基因組測序技術以及基因關聯研究逐漸應用，發現很多基因的變異，特別是miRNA 的異常表達，都在ASD 的病人中出現相關聯的臨床表征。因此，隨著越來越多的miRNA被研究，新功能不斷被發現，與疾病發生、發展相關的miRNA 逐漸被鑒別出來，這些miRNAs將可能成為ASD 治療的新靶點和診斷的生物標志物。然而，關于ASD中miRNA的研究還有很多問題等待解決：①miRNA如何在整個發育中的空間和時間上差異表達；②在發育期的不同階段，細胞如何發揮它們的作用；③在ASD中介導miRNA調節的分子機制是什么？因此，后期還需要大樣本以及更加嚴謹的實驗設計來研究miRNA與ASD的關系，為疾病的診斷和治療帶來新的希望。