miR-137基因與帕金森病的相關(guān)性研究進(jìn)展

林德樂，鐘永熙，林舉達(dá)

1.廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東湛江 524001；2.廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院精神心理科，廣東湛江 524001

帕金森病是中老年人中常見的神經(jīng)系統(tǒng)慢性退行性疾病，其臨床表現(xiàn)主要是運(yùn)動(dòng)遲緩、肌肉強(qiáng)直、靜止震顫以及姿勢(shì)和步態(tài)障礙[1]。有研究推算，我國帕金森病患者在2030年可增加至494萬，占全球帕金森病患者的57%[2]。這將給患者與社會(huì)帶來嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[3]。帕金森病的病理特征是黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性損傷和缺失以及神經(jīng)元中路易氏體的形成，但其致病機(jī)制仍不明確[4]。目前考慮導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡的因素有線粒體功能障礙、炎癥、蛋白質(zhì)的異常和氧化應(yīng)激。

MicroRNAs（miRNAs）是一種小的非編碼調(diào)控RNA，大多數(shù)可通過翻譯抑制或降解信使RNA（mRNA）負(fù)調(diào)控mRNAs的表達(dá)[5]。其中miR-137在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和成熟方面發(fā)揮重要作用，與一些精神、神經(jīng)疾病關(guān)系密切。臨床證據(jù)表明miR-137在帕金森病患者的血漿表達(dá)異常[6-7]，并且經(jīng)過美多芭治療的帕金森病患者的血漿miR-137水平有明顯變化[8-10]。這表明miR-137與帕金森病顯著相關(guān)，因此進(jìn)一步探究miR-137與帕金森病的關(guān)系，有助于深入對(duì)帕金森病病理機(jī)制的理解，并為帕金森病的治療提供新的思路。現(xiàn)圍繞miR-137與帕金森病的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miR-137概述

miR-137基因位于1號(hào)染色體短臂21.3區(qū)，是1個(gè)長(zhǎng)22個(gè)核苷酸的長(zhǎng)鏈非編碼基因[11]。miR-137在人腦的一些區(qū)域表達(dá)豐富，如皮質(zhì)神經(jīng)元、海馬體的突觸處以及杏仁核[12-13]。miR-137的功能眾多，其已被證明可以調(diào)節(jié)小鼠胚胎干細(xì)胞中的神經(jīng)干細(xì)胞增殖和分化[14]，以及神經(jīng)元成熟[15]，還有參與突觸發(fā)生等[16]。miR-137在表觀遺傳調(diào)控上具有重要的作用，在神經(jīng)、精神系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用[17]。據(jù)Crowley JJ等[18]、Cheng Y等[19]研究發(fā)現(xiàn)，純和敲除miR-137能導(dǎo)致小鼠胚胎期或產(chǎn)后死亡。另外，Cheng Y等研究發(fā)現(xiàn)miR-137的部分缺失導(dǎo)致突觸可塑性失調(diào)、重復(fù)或刻板行為改變，以及社交能力和社交新奇性受損。

2 血漿miR-137與帕金森病及其非運(yùn)動(dòng)癥狀

王文文等[20]發(fā)現(xiàn)，與普通對(duì)照組大鼠相比，6-羥基多巴胺（6-OHDA）所致的帕金森病大鼠中的miR-137表達(dá)顯著升高。Li N等[6]和李文等[7]發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于健康人群，血漿miR-137在帕金森病患者中的表達(dá)是升高的，但miR-137的表達(dá)水平與PD患者的日常生活能力、運(yùn)動(dòng)功能障礙以及抑郁、認(rèn)知功能障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀無相關(guān)性。王靜等[8]、童琴等[9]、王永強(qiáng)等[10]研究帕金森病藥物與患者血清miR-137的關(guān)系，共選取296例帕金森病患者為研究對(duì)象，結(jié)果均顯示相對(duì)單用美多芭治療患者組，使用美多芭聯(lián)合普拉克索聯(lián)合治療帕金森病患者組的血清miR-137的表達(dá)水平明顯下降。研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用治療組美多芭、普拉克索的失眠、焦慮、抑郁率低于對(duì)照組，但其他非運(yùn)動(dòng)癥狀無明顯差異[8，10]。這表明miR-137與帕金森病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，美多芭聯(lián)合普拉克索的藥物治療可能是通過某種途徑影響miR-137的表達(dá)，但血漿miR-137的表達(dá)水平是否與帕金森病的非運(yùn)動(dòng)癥狀改善相關(guān)仍需進(jìn)一步研究。

3 miR-137靶基因與帕金森病

3.1 NIX和FUNDC1基因

使用Starbase數(shù)據(jù)庫及生物信息學(xué)方法，Zhao Y等[21]證實(shí)miR-137可能為長(zhǎng)鏈非編碼RNA（LncRNA）OIP5-AS1的1個(gè)下游結(jié)合位點(diǎn)，而NIX基因（BNIP3L）可能作為miR-137的下游結(jié)合位點(diǎn)。細(xì)胞模型實(shí)驗(yàn)證實(shí)OIP5-AS1過表達(dá)通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-137并上調(diào)NIX基因的表達(dá)促進(jìn)線粒體自噬，從而在帕金森病中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。另外，Li W等[22]研究證明miR-137可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)線粒體自噬受體FUNDC1和NIX來抑制線粒體自噬。FUNDC1是一種線粒體外膜蛋白，是缺氧誘導(dǎo)的線粒體自噬的受體，通過與Atg8/微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（microtubule- associated protein1 light chain 3, LC3）相互作用以響應(yīng)缺氧而促進(jìn)線粒體自噬。敲除內(nèi)源性FUNDC1基因可以有效地防止缺氧引起的線粒體吞噬[23]。NIX是線粒體外膜的常駐蛋白，也直接與LC3結(jié)合，形成線粒體-Nix-LC3自噬體復(fù)合物，誘導(dǎo)線粒體自噬，是在細(xì)胞發(fā)展過程中清除線粒體所必需的[24]。以上證據(jù)表明，miR-137能降低線粒體自噬受體的蛋白水平，從而影響與LC3結(jié)合的線粒體自噬受體的數(shù)量，進(jìn)而導(dǎo)致miR-137抑制線粒體自噬。

3.2 SLC6A3基因

Jia X等[25]研究，miR-137能與編碼多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因溶質(zhì)載體家族6成員3（SLC6A3）的3’端結(jié)合，從而減少多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的合成，減少神經(jīng)元多巴胺的轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，Kurian MA等[26]發(fā)現(xiàn)，編碼多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因突變導(dǎo)致嬰兒期出現(xiàn)嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)缺陷，并在3歲之前出現(xiàn)類似帕金森病的癥狀。多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（dopamine transporter, DAT）是一種在多巴胺能神經(jīng)元突觸前末梢的膜表達(dá)的完整神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可控制多巴胺再攝取的空間和時(shí)間方面，并參與細(xì)胞外多巴胺向突觸前神經(jīng)元的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，并且其能反映突觸前多巴胺能神經(jīng)元丟失的程度，可用作帕金森病的診斷生物標(biāo)志物[27-28]。早期研究表明，多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因敲除小鼠出現(xiàn)帕金森樣癥狀，這與基因敲除小鼠的紋狀體組織中多巴胺的逐漸和嚴(yán)重?fù)p失相關(guān)，證實(shí)了多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的多巴胺再循環(huán)和穩(wěn)態(tài)在整個(gè)生命過程中的作用[29]。由此可見，多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在帕金森病的發(fā)生、發(fā)展上起著重要作用，臨床上已有運(yùn)用多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白成像作為PD診斷的輔助檢查手段。

3.3 CPLX1和NSF基因

Siegert S等[30]研究發(fā)現(xiàn)，miR-137能下調(diào)編碼Complexin-1（CPLX1）、n-乙基馬來酰亞胺敏感融合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein, NSF）和突觸結(jié)合蛋白（synaptotagmin-1, Syt1）基因的表達(dá)，進(jìn)而使神經(jīng)元中囊泡釋放受損，影響突觸的功能。根據(jù)全基因組關(guān)聯(lián)研究GWAS薈萃分析，CPLX1基因編碼在1個(gè)已確認(rèn)與PD風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的CPLX1/GAK/TMEM175/DGKQ基因座內(nèi)[31-32]。Complexin是神經(jīng)元胞吐作用的必需蛋白質(zhì)，可抑制自發(fā)融合事件，同時(shí)增強(qiáng)誘發(fā)的神經(jīng)遞質(zhì)釋放。Glynn D等[33]研究發(fā)現(xiàn)，CPLX1基因敲除的小鼠會(huì)出現(xiàn)肌張力障礙和靜止性震顫、探索減少等癥狀，這些都是帕金森病的臨床表現(xiàn)。Lahut S等[34]研究證實(shí)，在家族性帕金森病中，血漿α-突觸核蛋白基因SNCA和CPLX1基因的mRNA水平相互反向調(diào)節(jié)，并發(fā)現(xiàn)CPLX1基因的單核苷酸多態(tài)性與帕金森病明顯相關(guān)。α-突觸核蛋白是路易小體的重要組成部分，異常的α-突觸核蛋白聚集被認(rèn)為是引發(fā)帕金森病中多巴胺神經(jīng)元死亡。Gispert S等[35]研究證實(shí)，在α-突觸核蛋白基因SNCA過表達(dá)的小鼠大腦中，CPLX1的mRNA水平降低，但CPLX1蛋白水平升高。這與Basso M等[36]研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者大腦中的CPLX1蛋白水平升高是一致的。但Dumitriu A等[37]研究發(fā)現(xiàn)，帕金森病患者大腦中前額葉皮質(zhì)的CPLX1的蛋白水平下降。這可能與α-突觸核蛋白與CPLX1相互作用，并損害CPLX1降解相關(guān)。以上數(shù)據(jù)證明CPLX1基因與帕金森病明顯相關(guān)，CPLX1可能通過與α-突觸核蛋白相互作用參與了帕金森病的發(fā)生。

NSF是與多種細(xì)胞活動(dòng)相關(guān)的AAA-ATP 酶家族成員，是AMPA型谷氨酸受體運(yùn)輸所必需的囊泡ATP酶，參與了突觸小泡融合后可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感性因子附著可溶性NSF偶聯(lián)蛋白質(zhì)受體（Soluble NSF attachment Protein receptors, SNARE）復(fù)合物的分解，在突觸傳遞中起著重要的作用。Babcock DT等[38]研究證實(shí)在帕金森病果蠅模型中，NSF1基因的過表達(dá)可減少α-突觸核蛋白誘導(dǎo)的多巴胺神經(jīng)元損傷，其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)自噬相關(guān)。Li J等[39]研究發(fā)現(xiàn)在α-突觸核蛋白所致果蠅PD模型中，NSF基因的敲低能加重所致果蠅的運(yùn)動(dòng)障礙。Karic A等[40]通過整合轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究結(jié)果和生物醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)支持系統(tǒng)（BITOLA）獲得的結(jié)果確定NSF基因?yàn)镻D的候選基因。以上研究表明NSF與帕金森病存在某些聯(lián)系，但主要的機(jī)制仍不明確。

3.4 PINK1和Parkin基因

王文文等[20]發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，加注射了Agomir-137（miRNA-137激動(dòng)劑）組的大鼠的miR-137的表達(dá)明顯升高，并且加注射了Agomir-137組的大鼠PINK1和Parkin表達(dá)顯著降低，線粒體的自噬明顯增強(qiáng)，提示了miR-137可能通過降低Parkin表達(dá)來抑制線粒體的自噬，進(jìn)而發(fā)揮對(duì)PD大鼠的損傷作用。PINK1和Parkin基因突變會(huì)導(dǎo)致早發(fā)性帕金森病。Parkin是1種E3泛素連接酶，通過調(diào)節(jié)線粒體生物發(fā)生和線粒體自噬來維持線粒體功能。PINK1是PTEN誘導(dǎo)的蛋白激酶，能穩(wěn)定并積聚在受損線粒體的外膜上，選擇性地募集Parkin，然后Parkin泛素化線粒體，將泛素結(jié)合型自噬受體募集到線粒體，受損的線粒體被LC3陽性自噬體吞噬，啟動(dòng)自噬-溶酶體系統(tǒng)[41]。Parkin基因敲除的小鼠表現(xiàn)出多巴胺能神經(jīng)元喪失和運(yùn)動(dòng)障礙，可通過左旋多巴治療[42]。恒河猴中CRISPR/Cas9介導(dǎo)的PINK1缺失引發(fā)了皮質(zhì)，紋狀體和黑質(zhì)的嚴(yán)重神經(jīng)變性[43]。以上研究表明，PINK1和Parkin基因與線粒體功能障礙密切相關(guān)，介導(dǎo)帕金森病的發(fā)生。

3.5 NR2基因

Kong Y等[44]利用帕金森病模型果蠅實(shí)驗(yàn)證實(shí)早期PD模型果蠅中miR-137較對(duì)照組明顯升高，利用DIANA miRPath方法和熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)法，得出miR-137可通過神經(jīng)活性受體配體相互作用信號(hào)通路下調(diào)谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受體2（NMDAR2、NR2）、γ-氨基丁酸B受體3（GABAB-R3）、多巴胺受體D2基因的轉(zhuǎn)錄。Hallrtt PJ等[45]研究，在MPTP 損傷的帕金森病獼猴模型中，突觸膜組分中N-甲基-D-天冬氨酸受體1（NR1）和N-甲基-D-天冬氨酸受體2B（NR2B）蛋白的豐度減少，但N-甲基-D-天冬氨酸受體2A（NR2A）的蛋白豐度沒有改變。這種變化與6-OHDA所致的PD大鼠模型[46]以及果蠅PD模型[44]描述的相同。NMDAR是離子型谷氨酸受體家族之一，組成的亞基有NR1、NR2（A、B、C、D）和NR3（A、B），對(duì)鈣離子具有高度的通透性，在突觸可塑性中起著重要作用。在帕金森中，黑質(zhì)紋狀體多巴胺的消耗導(dǎo)致紋狀體神經(jīng)元的去抑制，因此導(dǎo)致相對(duì)的谷氨酸能過度活躍。谷氨酸過度激活NMDAR，導(dǎo)致鈣離子流入以及分解代謝酶活性的增加，增加活性氧（ROS）水平，導(dǎo)致線粒體損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死[47]。大量研究表明，NMDAR亞型的離子型拮抗劑可抵消帕金森癥狀。NMDAR在興奮性毒性起著關(guān)鍵作用，NMDAR基因表達(dá)異常可能引起帕金森病的癥狀

4 小結(jié)與展望

本文綜述了miR-137在帕金森病的研究進(jìn)展，敘述了miR-137與帕金森病的關(guān)系，miR-137可能是通過調(diào)控多個(gè)基因的表達(dá)導(dǎo)致神經(jīng)元線粒體功能障礙、α-突觸蛋白異常、突觸功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致帕金森病的發(fā)生、發(fā)展，為進(jìn)一步了解帕金森病的病因和機(jī)制提供新視角。目前尚無miR-137基因多態(tài)性與帕金森病相關(guān)性的研究發(fā)表，這值得未來進(jìn)一步的研究。miR-137在多個(gè)方面起著調(diào)節(jié)作用，其在神經(jīng)、精神疾病中扮演著重要的角色。但帕金森病不是單因素所致，而是在多因素相互作用下發(fā)病。因此，仍需進(jìn)一步全面理解miR-137在帕金森病所起的作用以及與其他因素的互相作用。MiR-137可能為帕金森病診斷的潛在生物標(biāo)志以及作為帕金森病基因治療的一個(gè)潛在位點(diǎn)，這仍需未來進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。