陳曦,李玉姣,趙嵐
(1.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,天津 300381;2.國(guó)家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心,天津 300381)
癡呆是21世紀(jì)公認(rèn)的健康難題,目前全球約有5 500 萬(wàn)癡呆患者,其中阿爾茲海默癥(AD)是最常見(jiàn)的類型[1]。AD 是一種以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶損害為特征的神經(jīng)退行性疾病,多為漸進(jìn)性發(fā)作,伴有緩慢、進(jìn)行性的智力衰退,伴有人格改變。AD 的主要病理學(xué)特征為淀粉樣前體蛋白(APP)裂解生成的β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉積腦內(nèi)形成的老年斑(SP)及大量神經(jīng)纖維纏結(jié)(NFT),并伴隨神經(jīng)元數(shù)量減少[2]。
microRNA 是小的內(nèi)源性非編碼RNA 分子,存在于所有真核細(xì)胞中。已知許多主要的細(xì)胞功能,如發(fā)育、分化、生長(zhǎng)和代謝,均受microRNA 調(diào)控[3]。目前為止,有很多關(guān)于microRNA 在AD 發(fā)病作用中的相關(guān)研究,主要集中在microRNA 表達(dá)譜的建立方面,以尋找在AD 中異常表達(dá)的microRNA[4]。microRNA-124 在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達(dá)比在其他器官中的表達(dá)高出100 倍以上,是極其豐富的microRNA 之一[5]。microRNA-124 在神經(jīng)分化時(shí)開(kāi)始表達(dá),在分化和成熟神經(jīng)元中的表達(dá)達(dá)到較高水平。microRNA-124 在控制神經(jīng)元分化[6]、神經(jīng)免疫[7]、突觸可塑性和軸突生長(zhǎng)[8]方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。總之,將microRNA-124 強(qiáng)制過(guò)表達(dá)至AD 動(dòng)物模型的齒狀回中,可以提高學(xué)習(xí)能力,減輕相關(guān)病理?yè)p傷,并減少神經(jīng)元凋亡。
中醫(yī)常采用針刺治療AD,有很好的療效。針刺治療AD 的干預(yù)機(jī)制可能與減少Aβ 沉積、下調(diào)Tau磷酸化、抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)血管活性物質(zhì)、調(diào)節(jié)神經(jīng)肽、抑制氧自由基產(chǎn)生及調(diào)節(jié)突觸可塑性等相關(guān)[9]。隨著研究深入,研究人員發(fā)現(xiàn)針刺治療AD與microRNA-124 之間可能存在一定聯(lián)系,但具體機(jī)制仍在研究中。本文旨在探討microRNA-124 在AD 中的作用并總結(jié)針刺干預(yù)AD 的研究進(jìn)展。
Aβ 是由APP 經(jīng)過(guò)β-分泌酶和γ-分泌酶介導(dǎo)裂解產(chǎn)生的肽[10],是Aβ 淀粉樣蛋白斑塊的主要成分,也是AD 的關(guān)鍵致病因素。
據(jù)報(bào)道,β 位點(diǎn)淀粉樣前體蛋白裂解酶1(BACE1)是Aβ 生成的關(guān)鍵限速蛋白酶[11-12],它需要從跨膜Aβ 前體蛋白中產(chǎn)生Aβ,在AD 中異常上調(diào)[13]。因此,BACE1 是阻斷AD 早期病理事件的主要治療靶點(diǎn)之一。通過(guò)抑制或過(guò)表達(dá)核富集轉(zhuǎn)錄體1(NEAT1)可以調(diào)節(jié)microRNA-124 表達(dá)。microRNA-124是NEAT1 的直接靶點(diǎn)[14],而B(niǎo)ACE1 是microRNA-124 的下游靶點(diǎn)。在AD 小鼠模型中,NEAT1 明顯上調(diào),microRNA-124 明顯下調(diào)。敲除NEAT1 或過(guò)表達(dá)microRNA-124 對(duì)Aβ 誘導(dǎo)的細(xì)胞AD 模型具有保護(hù)作用[15]。有實(shí)驗(yàn)證明,microRNA-124 可以直接靶向BACE1mRNA 的3’端非編碼區(qū)(3’UTR),是BACE1的負(fù)調(diào)節(jié)因子,microRNA-124 的下調(diào)減弱了Aβ 誘導(dǎo)的SH-SY5Y 細(xì)胞凋亡和細(xì)胞活力抑制[16]。這些報(bào)告表明,microRNA-124 作為一種重要的調(diào)節(jié)因子,可能通過(guò)靶向BACE1 來(lái)減輕AD 過(guò)程中的細(xì)胞凋亡,抑制BACE1 的分泌酶活性,因此BACE1 可能被認(rèn)為是治療AD 發(fā)展的重要候選抑制劑。
有研究認(rèn)為Notch-1 的減少可能使淀粉樣蛋白積聚,使神經(jīng)細(xì)胞易于發(fā)生凋亡,Notch-1 是Notch通路的一個(gè)受體,主要是在神經(jīng)系統(tǒng)中持續(xù)表達(dá),在衰老大腦中的表達(dá)水平存在一定程度降低[17-18]。一些功能研究表明,在神經(jīng)元細(xì)胞中Notch-1 和APP可以互相影響彼此的行為[19],調(diào)節(jié)Notch-1 受體及其下游靶點(diǎn)的表達(dá),可減少Aβ 產(chǎn)生[14]。JAG1 作為Notch 信號(hào)傳導(dǎo)中的一個(gè)配體,是microRNA-124 的直接靶標(biāo)。microRNA-124 的表達(dá)與JAG1 蛋白表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。microRNA-124 靶向JAG1 的3’UTR區(qū)域并抑制JAG1 表達(dá),從而負(fù)調(diào)節(jié)Notch 信號(hào)傳導(dǎo),影響Aβ 含量[20]。microRNA-124 的過(guò)表達(dá)挽救了破壞的血腦屏障,促進(jìn)了血管生成,減少了Aβ 沉積,最終緩解了AD 小鼠的學(xué)習(xí)與記憶缺陷[21]。
Aβ 被認(rèn)為是造成認(rèn)知障礙的原因,針灸療法可以顯著下調(diào)癡呆患者Aβ 水平[22],夏昆鵬等[23]通過(guò)比較電針聯(lián)合西藥與單純西藥治療的療效,發(fā)現(xiàn)電針治療可以有效降低AD 患者血清中APP、Aβ1-14水平,改善患者的學(xué)習(xí)記憶能力。電針刺激同樣可以減少海馬組織樣品中BACE1 和APP 含量,調(diào)節(jié)磷酸化蛋白激酶A(p-PKA)蛋白等相關(guān)底物[24]。電針神庭、百會(huì)穴可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞極化并且減少Aβ斑塊形成[25]。總之,針灸通過(guò)刺激多個(gè)不同穴位,抑制BACE1 和APP 的表達(dá),增強(qiáng)Aβ 的清除能力,減少Aβ 沉積,從而有效治療AD。
相關(guān)研究在分析影響臨床AD 患者認(rèn)知能力下降的因素中,發(fā)現(xiàn)Tau 磷酸化較Aβ 更有影響力[26]。AD 患者腦脊液中總Tau 蛋白含量較正常人高,異常磷酸化的Tau 總蛋白也顯著增加[27]。磷酸化會(huì)降低Tau 與微血管的結(jié)合能力[28],并且誘導(dǎo)Tau 自動(dòng)組成纏結(jié)物。Tau 可以被許多蛋白酶切割,這可能促進(jìn)Tau 聚集。如δ-分泌酶,也稱為天冬酰胺內(nèi)肽酶(AEP),是一種溶酶體半胱氨酸蛋白酶,可切割A(yù)PP和Tau[29]。Aβ 和磷酸化Tau 之間的協(xié)同作用,可以通過(guò)糖原合酶激酶-3(GSK-3)途徑來(lái)完成。Aβ 可以通過(guò)GSK-3 激活上調(diào)神經(jīng)元纖維纏結(jié)的產(chǎn)生,導(dǎo)致Tau 的磷酸化[30]。
microRNA-124-3p 通過(guò)減弱AD 中Tau 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的過(guò)度磷酸化而發(fā)揮保護(hù)作用。AD 中的microRNA-124 過(guò)表達(dá)可以通過(guò)酪氨酸蛋白磷酸酶非受體1 型(PTPN1)導(dǎo)致Tau 激酶和磷酸酶之間的不平衡[31]。PTPN1 也稱為蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B),它是一種典型的非跨膜酪氨酸磷酸酶[32],廣泛存在于多種組織中。還有實(shí)驗(yàn)證明microRNA-124-3p 通過(guò)調(diào)節(jié)AD 中Caveolin-1/磷脂酰肌醇3 激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/糖原合酶激酶-3β(GSK-3β)途徑抑制Tau 異常高磷酸化。microRNA-124-3p 不僅可以在不改變Tau 總蛋白的情況下減輕細(xì)胞凋亡和Tau 蛋白的異常高磷酸化,而且可以增加細(xì)胞中Caveolin-1、PI3K[33]、磷酸化Akt(Akt-Ser473)、GSK-3β的表達(dá)水平[34]。Caveolin-1 在AD 中的mRNA 和蛋白質(zhì)水平上調(diào)了大約兩倍。此外,有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)microRNA-124 被α7 煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)上調(diào)并發(fā)揮GSK-3β 誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性抑制作用,從而改善AD 的沖動(dòng)和焦慮控制[35]。Tau 蛋白的過(guò)度磷酸化由細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)控制,其異常激活由鈣蛋白酶(CAPN)誘導(dǎo)[36]。microRNA-124-3p 是一種可以靶向CAPN1 的microRNA,它在功能上抑制了CAPN1 的蛋白翻譯,降低CAPN1 蛋白水平。這些發(fā)現(xiàn)說(shuō)明microRNA-124 通過(guò)調(diào)節(jié)不同信號(hào)通路或靶點(diǎn)影響Tau 蛋白磷酸化,這可能為AD 提供一種新的治療途徑。
Tau 蛋白的過(guò)度磷酸化和神經(jīng)纖維異常纏結(jié)會(huì)使神經(jīng)產(chǎn)生毒性。通過(guò)早期電針百會(huì)、大椎、腎俞等穴位[37],可以降低海馬組織中磷酸化Tau 蛋白水平,有效改善SAMP8 小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。電針百會(huì)、腎俞可以降低海馬CA1 區(qū)的Aβ 和過(guò)度磷酸化Tau蛋白的濃度[38],這是通過(guò)上調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ),下調(diào)過(guò)度磷酸化p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PPAR-γ 可以影響淀粉樣蛋白生成途徑和Tau 過(guò)度磷酸化的抑制,而p38MAPK 磷酸化可促進(jìn)Tau 的異常磷酸化。腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)蛋白在AD 大鼠海馬和前額葉皮層中上調(diào)[39],他們會(huì)促進(jìn)淀粉樣蛋白的產(chǎn)生和Tau 過(guò)度磷酸化。
神經(jīng)炎癥過(guò)程在AD 中發(fā)揮重要作用[40]。小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是炎癥分子的主要來(lái)源,可以誘導(dǎo)或調(diào)節(jié)廣泛的細(xì)胞反應(yīng)。小膠質(zhì)細(xì)胞已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在散發(fā)性AD 的發(fā)病機(jī)制中具有關(guān)鍵作用[41-42]。小膠質(zhì)細(xì)胞在疾病進(jìn)展中發(fā)揮著雙重作用[43]。M1 小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì),引起炎癥和神經(jīng)毒性,而M2 小膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生抗炎介質(zhì),誘發(fā)抗炎和神經(jīng)保護(hù)作用[44]。
激活的小膠質(zhì)細(xì)胞在吞噬Aβ 斑塊的過(guò)程中始終圍繞Aβ 斑塊,這可能起到神經(jīng)保護(hù)或神經(jīng)退行性作用[45]。microRNA-124 具有通過(guò)靶向小膠質(zhì)細(xì)胞上的調(diào)節(jié)因子X(jué)1(RFX1)[46]轉(zhuǎn)錄物來(lái)調(diào)節(jié)載脂蛋白E(ApoE)的結(jié)合位點(diǎn),從而改變Aβ 攝取功能。因此,小膠質(zhì)細(xì)胞中microRNA-124 的表達(dá)降低,上調(diào)了RFX1 水平,降低了ApoE 含量[47]。microRNA-124-3p 還可以靶向ApoE 的抑制性轉(zhuǎn)錄因子Rela,促進(jìn)Aβ 蛋白水解分解并抑制Aβ 異常[48]。ApoE 是大腦中的一種主要載脂蛋白載體,已被發(fā)現(xiàn)是RFX1 的靶基因并且可以增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞中的Aβ 降解[49]。同時(shí),ApoE 也被證明與纖維狀或可溶性Aβ 競(jìng)爭(zhēng),分別被小膠質(zhì)細(xì)胞和星形細(xì)胞攝取與降解[50]。這些研究表明,microRNA-124 靶向小膠質(zhì)細(xì)胞RFX1 調(diào)節(jié)ApoE 可能是改善Aβ 清除率的潛在治療策略。
外泌體是脂質(zhì)膜囊泡,可以將microRNA-124輸送至大腦中。外泌體的釋放受神經(jīng)遞質(zhì)影響,刺激小膠質(zhì)細(xì)胞上的5-HT 受體,可能導(dǎo)致含有靶向Aβ 肽的胰島素降解酶的外泌體釋放,這種酶可以降解AD 中的神經(jīng)毒性肽APP[51]。小膠質(zhì)細(xì)胞外泌體有助于AD 中Tau 的傳播[52],這在很大程度上決定了神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的治療效果。microRNA-124治療促進(jìn)了小膠質(zhì)細(xì)胞的M2(抗炎)極化,進(jìn)一步改善了海馬神經(jīng)發(fā)生和腦損傷后的功能恢復(fù)[53]。microRNA-124-3p 還可以促進(jìn)劃傷后神經(jīng)突的生長(zhǎng),其特征是神經(jīng)突分支數(shù)量和總神經(jīng)突長(zhǎng)度增加,神經(jīng)退行性蛋白的表達(dá)降低[54]。
以往的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),炎性介質(zhì)IL-6、TNF-α等是可以反映神經(jīng)元受損程度的靈敏性指標(biāo)[55],與癡呆的認(rèn)知功能障礙有關(guān)。陳英華等[56]經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)針刺四神聰、風(fēng)池穴能夠降低血管性癡呆大鼠血清中的TNF-α、IL-1β 含量。田文靜等[57]使用方氏頭皮針調(diào)控大鼠海馬組織中TNF-α,改善血管性癡呆大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。房雅楠[58]研究表明電針完骨穴可以降低海馬IL-1β mRNA、白細(xì)胞介素-6(IL-6)mRNA、TNF-α mRNA 的表達(dá)水平,減輕海馬神經(jīng)細(xì)胞損傷。方劍喬等[59]通過(guò)電針百會(huì)、太溪、足三里對(duì)癡呆大鼠p38MAPK 產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用,阻斷免疫炎性反應(yīng)。因此,針刺治療AD 的機(jī)制可能是通過(guò)調(diào)控炎癥因子表達(dá)以減少神經(jīng)炎性反應(yīng)。Wang 等[60]發(fā)現(xiàn)針灸可以顯著改善基因敲除小鼠腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度激活,逆轉(zhuǎn)認(rèn)知缺陷及神經(jīng)元細(xì)胞丟失。上述研究均表明,針灸可以減輕大腦中的神經(jīng)炎癥,改善認(rèn)知障礙。
突觸喪失是AD 的早期病理事件。AD 中存在環(huán)磷酸腺苷(cAMP)信號(hào)傳導(dǎo)和cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄級(jí)聯(lián)下調(diào)[61]。CREB 是一種組成性表達(dá)的核轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)節(jié)參與神經(jīng)元存活和功能的基因表達(dá)。CREB 在記憶中的作用被認(rèn)為是其參與長(zhǎng)期形式的突觸可塑性的結(jié)果,而且還可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元的內(nèi)在興奮性[62]。膽堿能神經(jīng)元丟失也是AD 的主要病因?qū)W因素,其中α7nAChR 是一種在海馬和大腦皮層高度表達(dá)的離子通道[63],可以調(diào)節(jié)γ-氨基丁酸(GABA)和谷氨酸能終末的神經(jīng)遞質(zhì)釋放,并在突觸后發(fā)揮作用以調(diào)節(jié)興奮性輸入。
有研究表明microRNA-124 在突觸的長(zhǎng)期可塑性中起著至關(guān)重要的作用,增強(qiáng)突觸可塑性有助于恢復(fù)AD 的記憶缺陷[64]。microRNA-124 存在于感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)突觸的突觸前,它通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子CREB制約5-HT 引起的突觸促進(jìn)作用。海兔實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)microRNA-124 僅存在于感覺(jué)神經(jīng)元而非運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中,其表達(dá)受神經(jīng)遞質(zhì)血清素的調(diào)節(jié)[65]。因此,它可能通過(guò)直接控制CREB 和CREB 信號(hào)傳導(dǎo)在長(zhǎng)期突觸可塑性中發(fā)揮作用。腦老化會(huì)導(dǎo)致血管減少,從而導(dǎo)致氧氣的可用性降低。因此,有實(shí)驗(yàn)證明高氧治療能夠通過(guò)上調(diào)小鼠海馬中的CREB 活性,增加腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(BDNF)在內(nèi)的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)[66],強(qiáng)調(diào)了高氧治療AD 的潛力[67]。microRNA-124 在BDNF、CREB 中具有預(yù)測(cè)的高結(jié)合能量的靶點(diǎn)。
microRNA-124/PTPN1 通路是AD 患者突觸功能障礙和記憶喪失的重要介導(dǎo)物。microRNA-124的過(guò)表達(dá)或PTPN1 的敲低可誘導(dǎo)AD 樣表型,而破壞microRNA-124/PTPN1 相互作用可以緩解AD 中的突觸衰竭和記憶缺陷[31]。內(nèi)源性聚嘧啶束結(jié)合蛋白1(PTBP1)也是microRNA-124 的一個(gè)靶基因,是非神經(jīng)元細(xì)胞中選擇性前mRNA 剪接的全局抑制因子[68]。microRNA-124 可以通過(guò)消耗細(xì)胞中的PTBP1,調(diào)節(jié)APP mRNA 的選擇性剪接,從而減少Aβ 肽的產(chǎn)生。這些發(fā)現(xiàn)證明了microRNA-124 作為AD 治療新靶點(diǎn)的價(jià)值,對(duì)增強(qiáng)突觸可塑性和改善認(rèn)知缺陷產(chǎn)生影響。
神經(jīng)遞質(zhì)的釋放與學(xué)習(xí)記憶有關(guān),其中主要包括乙酰膽堿。有研究發(fā)現(xiàn)癡呆患者的乙酰膽堿合成減少,膽堿酯酶的活性增加,膽堿能系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂。而針刺可以改善膽堿能功能[69]。楊瓊等[70]通過(guò)針刺耳穴治療血管性癡呆模型大鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn)海馬膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(ChAT)免疫反應(yīng)陽(yáng)性神經(jīng)元含量增多,膽堿能神經(jīng)元得到保護(hù),從而提高大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。楊春壯等[71]研究發(fā)現(xiàn)針刺百會(huì)、大椎、水溝穴后,大鼠血清和海馬組織中乙酰膽堿酯酶含量均降低,促進(jìn)海馬組織神經(jīng)元遞質(zhì)傳遞。針灸可以增強(qiáng)癡呆小鼠的G 蛋白偶聯(lián)活性[72],G 蛋白和G 蛋白偶聯(lián)受體參與突觸可塑性,上調(diào)激動(dòng)型G 蛋白可以促進(jìn)CREB 的磷酸化,發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。電針能夠提高突觸可塑性相關(guān)蛋白SYN、PSD-95 在AD 大鼠腦內(nèi)的表達(dá)量[73],對(duì)突觸可塑性具有促進(jìn)作用,有助于神經(jīng)元之間的信號(hào)傳導(dǎo)。這些研究表明了針刺可以通過(guò)調(diào)節(jié)突觸相關(guān)蛋白的表達(dá)水平,增加突觸可塑性,改善癡呆小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。
在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)研究中,該領(lǐng)域的研究人員已經(jīng)獲得了不少關(guān)于microRNA-124 生物學(xué)功能的知識(shí)和理解。microRNA-124 在AD 的各種病理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。microRNA-124 能夠作用于不同的信號(hào)通路,參與控制并調(diào)節(jié)各種生物學(xué)功能,尤其在AD 的腦保護(hù)中發(fā)揮重要作用。microRNA-124 不僅可以作為腦損傷程度的潛在診斷生物標(biāo)志物和指標(biāo)存在,而且具有作為AD 的治療靶點(diǎn)及預(yù)測(cè)腦損傷程度的潛力。microRNA-124 在Aβ 產(chǎn)生、突觸/記憶功能障礙和AD 中Tau 磷酸化過(guò)程的關(guān)鍵作用為AD 患者提供了一種潛在的新治療策略。
microRNA-124 在AD 的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用,針刺在AD 治療中的干預(yù)機(jī)制也取得一定進(jìn)展,但是microRNA-124 與針刺之間的關(guān)系還在不斷探索中。基于microRNA-124 研究針灸在AD 中的治療作用可能是闡明針灸治療AD 作用機(jī)制的有效手段,借助基因方向技術(shù)可以進(jìn)一步深入揭示針灸治療AD 的分子生物學(xué)機(jī)制。目前,很多microRNA 均能在AD 的治療過(guò)程中發(fā)揮作用,然而從microRNA-124 角度觀察針灸治療AD 的報(bào)道并不多見(jiàn),今后的研究可以多從這一方面入手,以針灸干預(yù)手段觀察microRNA-124 在AD 中的變化,進(jìn)而從基因領(lǐng)域?yàn)獒樉闹委熖峁└嘁罁?jù),進(jìn)一步確定針灸的作用機(jī)制。