阿爾茨海默病相關miRNA研究進展

程良慧 曾娜 王燕 唐亮

摘要： miRNA被稱為microRNA。是一類內源性的、非編碼的、長度為23個核苷酸的小RNA分子，miRNA不僅參與神經系統調控系統的發育、分化，突觸的形成，記憶等一系列生理功能，還與一些神經系統疾病的發生有一定關系。miRNA在AD中的發生與發展具有關鍵的調控作用，研究阿爾茨海默病相關的miRNA的功能與作用機制可為阿爾茨海默病的有效預防和治療供應新的診斷思路及新醫療靶點。

關鍵詞： miRNA;阿爾茨海默病;作用機制;研究進展

阿爾茨海默病（AD）是一種老年性癡呆癥，是一種進行性中樞神經系統退行性疾病。它是老年人患心臟病，腫瘤和腦血管疾病后常見疾病。臨床上主要表現包括漸進性記憶喪失、認知功能障礙以及其他神經精神病癥和行為障礙等[1]。典型的病理學表現為皮層和海馬神經元內淀粉樣β蛋白（amyloiod β-protein，Aβ）在神經細胞外沉積、神經原纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFTs）、小膠質細胞和星形膠質細胞增值的進行性突觸和神經元丟失等[2]。

miRNA（microRNA）是長度為19至23個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，其由內源基因編碼，通過堿基互補配對的方式識別靶mRNA，調節信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻譯或促使mRNA降解從而抑制基因表達。miRNA不僅在機體病理、生理過程中發揮重要的調節作用，還在神經發育、分化、成熟起重要的調節作用[2]。異常表達的miRNA需通過β淀粉樣肽的調節、Tau蛋白過渡磷酸化形成的神經纖維纏結、神經細胞凋亡和炎癥等方面參與AD疾病的發生、發展。本文就阿爾茨海默病相關的miRNA研究進展做一綜述。

1 miRNA的生物學背景及作用機制

miRNA是一種內源性非編碼單鏈小RNA分子，由長度約70核苷酸的具有發夾結構的前體轉錄物經Dicer酶切后形成成熟的miRNA[3]，通過堿基互補與配對從而控制基因的表達。它的形成需要一系列的內切酶、轉運蛋白和聚合酶等逐步加工。首先，miRNA在RNA聚合酶參與下轉錄生成初級轉錄本primary miRNA，然后在細胞核中經核糖核酸酶Ⅲ（RNaseⅢ）家族的Drosha切割下生成長度約為60～80核苷酸的發卡結構前體miRNA（precursor miRNA），隨之由核轉運蛋白轉至細胞質中，在胞質內，pre-miRNA經Dicer酶加工成長度約為22個堿基的雙鏈RNA，其雙鏈中的一條鏈被降解，另一條鏈與Argenautes家族蛋白2結合形成RNA誘導的沉默復合物（RNA induced silencing complex，RISC），miRNA中沒有結合的鏈則被排出復合物之外，結合了miRNA的RNA誘導RISC則與目標miRNA的3'端非編碼區結合，調節信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻譯或降解靶mRNA，最后實現抑制基因的表達[4]。

miRNA廣泛存在于各種物種中，在進化過程中高度保守。Lee和其他人在線蟲發育過程中發現一種長約22核苷酸的小RNA，叫做lin-4。當lin-4z開始作用時，它與靶基因序列不完全互補，這阻礙基因的翻譯過程，但mRNA水平幾乎保持不變。Reinhart等人在研究線蟲時又發現了let-7，隨后幾個研究小組在各種生物物種中鑒定了數百種miRNA，例如人類，果蠅和植物。

2 阿爾茨海默病中相關miRNA的作用

2.1 miRNA在神經系統中的功能表達

在神經系統中miRNA的存在非常豐富，其表達有組織特異性和非特異性，影響神經系統的生長、分化和調節。與神經退行性疾病的發生或發展相關，如： miRNA-124，miRNA-9在多能干細胞分化為神經元中起重要作用;mir-134，mir-132在神經元突起和突觸形成的過程中有較多的研究[5];miR-98在AD患者的腦組織與腦脊液中的水平高于其他的miRNA，其在AD小鼠模型中的表達下降，IGF-1蛋白表達則增高[6]。腦組織中不同miRNA的表達具有位點特異性，例如miR-23只在神經膠質細胞中表達。miR-124主要在神經元中表達，其過度表達顯著損害脊柱的活性;miR-26與miR-2主要表達于星形膠質細胞[7]。因miRNA參與神經細胞的凋亡、分化、發育等生理過程，腦中任何的miRNA異常表達都會影響神經元的存活，因此，可以調節異常表達的miRNA以實現與神經系統相關的治療和診斷疾病。

2.2 miRNA可調節β淀粉樣蛋白的表達

淀粉樣前體蛋白（Aβ）是老年斑的主要成分，由淀粉樣蛋白前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經β-淀粉樣前體蛋白裂解酶Ⅰ（β-amyloid precursor protein Cleaving Enzyme 1，BACE1）和γ-分泌酶依次水解形成的。當Aβ異常沉積的時候會引起自由基大量產生，從而導致神經細胞死亡，AD的產生。研究表明，多種miRNA可以通過負調控調節APP的表達，而特異性miRNA異常表達在AD的發病機制中起重要作用[8]。有研究顯示APP mRNA的3'UTR中存在miR-101的作用位點，抑制miRNA與3'UTR的結合能使APP的表達量增加，進而使得Aβ生成增加[9]。另有體外實驗證實miR-101過表達可降低海馬神經元中APP的水平，同時減少Aβ沉積。有研究者通過基因芯片的方法發現miR-9與miR-128在AD病人的腦組織中的表達會上升。通過miRNA微陣列分析，miR-107在顳葉皮質和AD患者的輕度認知障礙（mild cognitive impairment）中顯著減少[10]。如此也就說明miR-107在AD的早期階段就開始下調。miR-107不僅可以靶向作用于BACE1，通過調控BACE1來影響Aβ的水平;還可以通過負性調節金屬蛋白酶10（Adisintegrin and metalloprotease 10，ADAM10），抑制Aβ的形成，降低AD發病率。另外還有miR-15b、miR-195 、miR-339-5p、 miR-29c等在神經細胞中的低表達量也會導致BACE1蛋白的表達上調，促使Aβ沉積增加，其強烈的神經毒性作用使得突觸功能失調，神經變性。

2.3 與Tau蛋白相關的miRNA

Tau蛋白（microtubule-associated protein tau）是神經元重要骨架和營養物質運輸的結構，是一種微管相關蛋白（microtuble associated protein，MAP），能與微管蛋白組成微管。過度磷酸化后的Tau蛋白會減弱Tau蛋白對微管的穩定，使得神經纖維退化和功能喪失，神經纖維纏結和雙鏈神經絲的形成，從而導致AD的產生。研究表明，AD病人腦脊液中的總蛋白（total tau protein，t-tau）與磷酸化tau蛋白（Phosphorylated tau protein，p-tau）都會升高[11]。有研究顯示，miR137可通過抑制miR137、神經酰胺、N-SMase、Aβ循環和下調miR137、SPT、神經酰胺、Aβ通路緩解AD的發病過程。有實驗研究發現，通過miR-132/GSK-3β信號相關的機制會減少神經元細胞凋亡和改善認知功能，促進Tau蛋白磷酸化而不影響Tau蛋白水平[12]。研究發現，大鼠原代有絲分裂神經元中miR26b的過表達可能導致Tau蛋白異常磷酸化。miR34a參與Tau蛋白的代謝，miR32-3p促進AD進展，這是Tau蛋白相關mRNA靶標的異常調節。miR-922可通過下調泛素羧基末端水解酶L1（ubiquitin carboxyteminal hydrolase L1， UCHL1）使得Tau蛋白磷酸化水平明顯增加，故抑制miR-922可減少Tau蛋白磷酸化，從而減緩AD的發生[13]。

2.4參與神經炎癥的miRNA

miRNA通過調節相關的炎癥因子參與AD的發生，發展。越來越多的研究發現miR-146a參與調控炎癥反應。在海馬硬化顳葉癲癇中發現miR-146a在星形膠質細胞中表達上調，尤其在神經元細胞消失與膠質細胞過多的區域表達更為明顯。白細胞介素-1受體相關激酶（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）是miR-146a的一個靶基因，是炎癥早期信號傳導的一個關鍵因子，在AD病人的腦組織中表達下降。有研究顯示miR-101a可能通過與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）MAPK1的結合影響H2O2的生成促進氧化應激從而參與AD的發生[14]。

3 miRNAs在AD診斷中的作用

隨著大量的研究，AD在遺傳及分子基礎方面有了很大的突破，但在AD患者患病之前就作出準確的診斷并治療，仍面臨著很大的挑戰。有研究表明，與病程發展相關的miRNA對于AD早期診斷可能存在著重要價值。目前，有許多研究提示在AD患者的血液與腦脊液中能檢測處某些miRNAs，但在血液中異常表達的miRNAs與AD腦脊液中發現異常表達的miRNAs并不完全一致，如在AD腦脊液中：miRNA-29a、miRNA-29b表達高;miRNA-34a、miRNA-146a與miRNA-125b表達低[15]。在血漿中檢測到miRNA-34a與miRNA-146a的表達量與正常人有明顯差異。Lynn等利用芯片技術經Qrt-PCR技術驗證，認為miR-15a可以作為血漿生物指標作用于AD的診斷。

4 小結與展望

綜上所述，miRNA從調節多個通路參與AD的發生與發展。miRNA可以調控多種不同的靶mRNA，并且不同的miRNA可以調控相同的靶mRNA，并且各種miRNAs之間存在著密不可分的關系。研究miRNA與AD之間的復雜關系于明確AD的發病機制具有重要的意義。到目前為止對于mRNA在阿爾茨海默病中的一些潛在生物學功能尚不明確，mRNA表達水平的變化對AD發生的潛在影響還需進一步研究證明。以miRNA作為治療AD的治療靶點已成為研究熱點，將為AD患者的早期診斷及治療提供一個新的思路及方向。

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作者簡介：

唐亮，副教授，研究方向：神經退行性疾病發病機制及治療研究。本項目受湖南省教育廳科研項目（19C0214），湖南省自然科學基金青年項目（2019JJ50697），廣西省教育廳科研項目（2021KY1959），長沙市杰出創新青年人才計劃（kq2009095）資助。