miRNA與癲癇的研究進展

顧益飛綜述,　林志國審校

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miRNA與癲癇的研究進展

顧益飛綜述,林志國審校

癲癇是以大腦內神經(jīng)元異常放電導致反復抽搐發(fā)生為特點的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前全球癲癇患者約有5000萬，在我國約為900 萬[1]。每年我國有將近45萬的新發(fā)患者，不僅給患者帶來長期的痛苦，嚴重影響其生活質量，還給家庭和社會帶來了沉重的負擔。而抗癲癇藥物只是單純的抑制抽搐發(fā)作，無法從根本上治愈癲癇。所以，對癲癇發(fā)病機制的研究，有望對癲癇的診斷及治療開啟一個全新的思路。

早在21世紀初，科學家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)癲癇患者腦內基因表達有所改變，但具體機制不明。近年來有研究表明miRNA能夠調控基因的表達，在炎癥、膠質細胞增生、神經(jīng)元死亡、突觸重塑等方面發(fā)揮著重要的作用。此外，miRNA作為癲癇的生物標記物也逐漸被重視。本文就近年來miRNA與癲癇的研究進展進行綜述。

1　miRNA與癲癇的相關性

微小RNA(miRNA)可以參與調控神經(jīng)元凋亡、膠質增生、炎癥反應和神經(jīng)元的微結構，這些病理過程與癲癇的發(fā)病機制密切相關。單個miRNA可以調控多個基因，在多個信號通路中發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，細胞中超過60%的蛋白可以作為miRNA的靶點[2]。Tan等研究miR-128基因敲除的小鼠發(fā)現(xiàn)，miR-128調控包括ERK2信號通路在內的上百個基因的表達[3]。最近的研究表明miR-92a可以通過α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(AMPA)受體的表達影響突觸可塑性[4]。miR-128、miR-132和miR-134改變樹突棘的形態(tài)調節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性[5]。miR-34a是第一個發(fā)現(xiàn)與細胞凋亡相關的miRNA。已經(jīng)證實miR-34a以P53為靶點促進癲癇模型中的細胞凋亡[6]。miR-146a在癲癇模型和癲癇患者的海馬中顯著上調且白介素1β(IL-1β)以及炎癥相關轉錄因子NF-κB的表達增加，可能會促進miR-146a的上調[7,8]。

2　miRNA在癲癇中的表達情況

基因表達譜一直都是研究癲癇條件下各個基因表達差異的強有力的工具[9]。基于基因表達譜的分析已經(jīng)證實了與癲癇相關的信號轉導通路，并且研究表明大部分的信號通路都受miRNA的調節(jié)[10]。研究結果顯示約有30%～50%的miRNA在癲癇的大腦中差異性表達，而且這些表達量的變化呈現(xiàn)區(qū)域特異性。除了全基因表達譜分析之外，還有一些針對單個miRNA功能的研究，比如miRNA-9、-34a、-125a、-134、-145、-150以及-155[11～15]等，這些研究的普遍做法是用RT-PCR或Taqman檢測miRNA的含量，繼而采用促進劑或抑制劑人為干預miRNA的含量變化監(jiān)測相關信號通路中的蛋白來解釋miRNA的作用機制。然而這樣存在著一定的局限性：實驗中沒有對miRNA參與的RNA誘導的沉默復合體(RISC)以及miRNA作用的靶點mRNA的研究。

在動物模型中已經(jīng)進行了大量關于miRNA表達譜的研究。其中，miRNA-146a在所有的癲癇模型中表達量均升高。Aronica等研究點燃動物模型發(fā)現(xiàn)miR-146a僅在潛伏期和慢性期上調[16]。Omran等在匹魯卡品誘導的癲癇幼年大鼠模型中發(fā)現(xiàn)致炎細胞因子IL-1β與miR-146a表達量呈負相關。急性期，miR-146a表達量最低，而IL- 1β最高；潛伏期，miR-146a表達量最高，而IL- 1β最低[17]。另外，Cui等人研究的miR-146a基因rs57095329單核苷酸多態(tài)性與中國人群難治性癲癇具有相關性，并且miR-146a rs57095329單核苷酸多態(tài)性的A基因型可能是難治性癲癇的保護因素[18]。

在癲癇患者中也發(fā)現(xiàn)了大量的miRNA變化。Kan等對20個顳葉癲癇患者的海馬和10個尸檢獲得的正常人類海馬組織做了對比研究。這是首次對人類癲癇患者海馬中的miRNA進行全基因組分析。他們發(fā)現(xiàn)癲癇患者海馬中miRNA上調的數(shù)量和下調的數(shù)量大致相等[19]。然而，McKiernan等則發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇海馬硬化患者中miRNA普遍下調，并推測其原因可能與Dicer酶表達降低有關[20]。最近，Zucchini等對比是否有顆粒細胞層分散的兩組顳葉癲癇患者，發(fā)現(xiàn)miR-487a顯著上調，且可能作用于粘附分子ANTXR1促進顆粒細胞層的分散[21]。

3　幾種重要的miRNA與癲癇的研究進展

目前，關于miRNA與癲癇的研究多數(shù)是對miRNA的差異性表達進行篩選。然而，這些差異性表達的miRNA是否與癲癇存在密切聯(lián)系，以及作用于什么通路仍不得而知。下面總結了幾種通過miNRA的促進劑或抑制劑，人工調節(jié)特定miRNA在機體內的含量所進行miRNA與癲癇的功能性研究[22]。

3.1miR-132 miR-132是第一個在動物模型中進行功能研究的miRNA已有文獻指出miR-132上調不僅可以提高神經(jīng)元興奮性突觸后電流的頻率和幅度，還能作用于p250GAP增加樹突的長度和分支[23]。Jimenez-Mateos等研究側腦室注入海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)miR-132顯著上調，然后對AGO2進行免疫純化，證明miR-132參與構成RISC發(fā)揮生物學效應。接下來，向動物模型中注入miR-132的抑制劑，結果顯示miR-132下調且神經(jīng)元缺失減少[24]。Huang等在匹魯卡品誘導的大鼠癲癇模型中抑制miR-132后發(fā)現(xiàn)動物模型中自發(fā)性抽搐及神經(jīng)元缺失較對照組明顯減少[25]。

3.2miR-34a miR-34a是第一個發(fā)現(xiàn)與細胞凋亡相關的miRNA已經(jīng)證實miR-34a以P53為靶點促進癲癇模型中的細胞凋亡[26]。Hu等研究匹魯卡品的大鼠模型發(fā)現(xiàn)miR-34a顯著上調，并且抑制miR-34a后海馬神經(jīng)元凋亡減少[27]。然而，Sano等研究海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)miR-34a只在癲癇的急性期上調，且抑制miR-34a后并未發(fā)現(xiàn)海馬神經(jīng)元凋亡結果較對照組有明顯差異[15]。這些結論的差異可能是動物模型的不同或者藥物劑量的不同導致。

3.3miR-184有文獻指出癲癇模型的預處理可以激活內源性的保護機制使機體暫時處于損傷耐受狀態(tài)，以增強對癲癇的耐受[28]。McKiernan等研究小劑量的海人酸作用小鼠的癲癇預處理模型篩選出海馬CA3區(qū)上調的miRNA，結果顯示miR-184上調幅度最明顯。隨后，抑制miR-184的上調發(fā)現(xiàn)癲癇誘導的神經(jīng)元大量凋亡，提示miR-184可能調節(jié)神經(jīng)元凋亡的相關通路[29]。

3.4miR-128 Tan等研究海人酸的小鼠模型發(fā)現(xiàn)miR-128可以通過ERK1/2信號通路調節(jié)神經(jīng)元興奮性和運動活性在這項研究中，他們發(fā)現(xiàn)，當成年神經(jīng)元中miR-128下調會增加神經(jīng)元樹突棘的密度，引起劑量依賴性的運動活動增加和致命性的癲癇發(fā)生。過表達miR-128會降低神經(jīng)元興奮性和癲癇易感性，降低運動活性[3]。

3.5miR-134 Jimenez-Mateos等研究海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)海馬的CA3區(qū)神經(jīng)元中miR-134以及miR-134形成的RISC都上調，而miR-134目標基因LIMK1的表達量下降。抑制miR-134后，小鼠在誘導癲癇持續(xù)狀態(tài)下抽搐嚴重程度和神經(jīng)元死亡較對照組明顯下降，并且癲癇持續(xù)狀態(tài)后抑制miR-134也有明顯的抗癲癇效果[30]。最近，這一抗癲癇效應在匹魯卡品誘導的小鼠癲癇模型和體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中也得到了證實[31]。

4　miRNA在臨床應用及仍需要解決的問題

近年來，以miRNA為基礎的研究在制藥領域迅速發(fā)展并且許多新藥已經(jīng)用于臨床試驗。目前以miR-122為靶點的丙肝治療藥物已在臨床中取得良好的療效[32]。以miRNA為靶點的藥物研究在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面也備受矚目。但是，當下仍有3大難題：(1)miRNA的抑制劑因為自身體積的原因，不能通過血腦屏障;(2)miRNA促進劑和抑制劑作用靶點的不確定性;(3)需要精準的靶向技術，使miRNA與特異性靶細胞結合，避免脫靶效應。

miRNA由于組織特異性與自身結構的穩(wěn)定性，有望成為癲癇診療的生物標記物。目前，癲癇的診斷主要通過癥狀和頭皮腦電活動。由于癲癇是發(fā)作性疾病，患者在發(fā)作間期與常人無異，并且頭皮腦電監(jiān)測對設備要高，大大阻礙了癲癇的診斷。因此，檢測血液中的miRNA作為一種便捷的手段受到越來越多的關注。最近，Wang等人篩選147例癲癇患者和142例健康人血液中的miRNA發(fā)現(xiàn)miR-106a-5p對癲癇有著最重要的診斷價值(敏感性80.3%，特異性81.2%)[33]。他們又篩選了107例藥物難治性癲癇患者和111例普通癲癇患者，miR-301a-3p最具診斷價值(敏感性80.5%，特異性81.2%)[34]。但是，距離miRNA應用于臨床的診斷仍面臨著眾多的挑戰(zhàn)：(1)樣本的地域和人種的局限性;(2)篩選出的miRNA在其他疾病也有變化，未表現(xiàn)出癲癇的特異性;(3)缺乏這些miRNA與癲癇的功能學研究。

5　展望

癲癇的形成過程十分復雜，涉及多種基因，不同轉錄因子表達，而miRNA在炎癥、凋亡和突觸可塑性等方面與癲癇的發(fā)生發(fā)展密切相關。隨著對miRNA的深入研究，miRNA的作用靶點以及涉及的信號通路會更加明確。作用于這些靶點的藥物將從根本上抑制癲癇的發(fā)作，減輕癲癇引起的一系列病理生理變化。對血液中的miRNA中的進一步研究，將使癲癇的診斷變得更加快速、經(jīng)濟和便捷。相信隨著研究的進一步完善，miRNA必將為癲癇患者帶來曙光。

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1003-2754(2016)08-0763-03

R742.1

2016-04-12；

2016-05-29

黑龍江省自然科學基金項目(No.H201434)

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科，黑龍江 哈爾濱 150001)

林志國，E-mail:linzhiguo@hotmail.com