微小RNA在神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展

王丹丹 儲(chǔ)志遠(yuǎn) 沈宇斐 官俏兵*

神經(jīng)退行性疾病，以在神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能逐漸喪失，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡為主要特征，是一類進(jìn)行性發(fā)展的致死性復(fù)雜疾病，主要包括阿爾茨海默病（AD）、亨廷頓?。℉D）、帕金森?。≒D）和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ALS）。研究證實(shí)氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、蛋白質(zhì)發(fā)生錯(cuò)誤折疊聚集、Ca2+失衡、神經(jīng)免疫炎癥、細(xì)胞凋亡等病理過程在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用［1］。隨著人口老齡化的日益加重，這類疾病已變成現(xiàn)代社會(huì)嚴(yán)重的醫(yī)學(xué)問題，由于其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，至今仍缺乏有效的治療手段。微小RNA（microRNA，miRNA）是一類內(nèi)源性非編碼單鏈小RNA分子。到目前為止已有＞35000個(gè)miRNA被確定，它們廣泛存在于動(dòng)物、植物以及病毒中，并參與多種病理生理過程［2-4］。miRNA有相當(dāng)大的潛力成為預(yù)防和治療神經(jīng)退行性疾病的理想靶點(diǎn)。本文針對(duì)miRNA在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制中的作用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 miRNA與阿爾茨海默病

AD是一種以認(rèn)知功能下降為特征起病隱襲的、進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)退行性疾病，主要病理特征是β淀粉樣蛋白（Aβ）在神經(jīng)細(xì)胞外沉積形成的老年斑（SP）和tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)元纖維纏結(jié)（NFTs）［5］。目前，在AD患者腦組織中已發(fā)現(xiàn)多種miRNA表達(dá)失調(diào)，如miR-29a、miR-29b-1和miR-9等［6］。在AD模型大鼠的腦組織中，研究者同樣觀察到miR-298、miR-328和miR-195表達(dá)異常降低［7-8］。AD患者腦內(nèi)老年斑的主要成分Aβ已被多項(xiàng)研究證實(shí)具有神經(jīng)毒性作用，Aβ是由淀粉樣前體蛋白（APP）經(jīng)APPβ位點(diǎn)裂解酶1（BACE1）和γ-分泌酶依次裂解后生成，Aβ的異常沉積引起自由基大量產(chǎn)生，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡，最終導(dǎo)致AD的發(fā)生發(fā)展。多種miRNA已經(jīng)被研究證實(shí)參與APP表達(dá)的調(diào)節(jié)，從而在AD的發(fā)病過程中起著重要的作用［9］。Villa等［10］研究發(fā)現(xiàn)外周血單核細(xì)胞中miR-29b表達(dá)明顯降低，同時(shí)證實(shí)了該下調(diào)與其靶基因Sp1表達(dá)水平負(fù)相關(guān)，進(jìn)而在轉(zhuǎn)錄水平上推動(dòng)APP的表達(dá)。Hebert等［11］研究表明屬于miR-20a家族的三個(gè)miRNA（miR-20a、miR-17-5p和miR-106b）在體外神經(jīng)元細(xì)胞系中能特異性結(jié)合APP的3'-UTR進(jìn)而直接調(diào)節(jié)APP 的表達(dá)水平和參與AD的病理進(jìn)程。此外，Liang等［12］在AD模型小鼠也同樣觀察到miR-153的表達(dá)明顯下降，并證實(shí)APP的3'-UTR存在miR-153的結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)Long等［13］進(jìn)一步的研究證實(shí)了在AD患者腦內(nèi)miR-153的表達(dá)亦明顯下降，miR-153的表達(dá)降低減少了對(duì)APP表達(dá)的抑制，從而導(dǎo)致其增多。

BACE1是Aβ合成過程中的限速酶，其表達(dá)增加與Aβ的異常沉積關(guān)系密切。研究表明在AD患者中多種異常表達(dá)的miRNA通過靶向調(diào)節(jié)BACE1的表達(dá)，進(jìn)而影響Aβ的產(chǎn)量。Wang等［14］研究發(fā)現(xiàn)在初期AD患者的腦組織中，miR-107表達(dá)水平明顯減少與BACE1表達(dá)上調(diào)有關(guān)。Fang等［15］在體外培養(yǎng)的大鼠PC12細(xì)胞系和原代培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中，發(fā)現(xiàn)抑制miR-124的表達(dá)能夠相應(yīng)的上調(diào)BACE1的表達(dá)，同時(shí)Smith等［16］研究發(fā)現(xiàn)miR-124在AD患者的腦組織中表達(dá)明顯下調(diào)。另一項(xiàng)研究證實(shí)了在人原代皮層神經(jīng)元細(xì)胞中miR-339-5p能夠下調(diào)BACE1的表達(dá)水平，并且在BACE1的3'-UTR上發(fā)現(xiàn)其結(jié)合位點(diǎn)，研究者通過患者臨床腦組織樣本比較，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于年齡匹配的控制組，miR-339-5p在AD患者的腦組織中表達(dá)水平明顯降低［17］，提示miR-339-5p表達(dá)降低導(dǎo)致BACE1表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而推動(dòng)AD的發(fā)生發(fā)展。

Tau蛋白是微管相關(guān)蛋白（MAP）組分之一，其主要功能是保持微管相關(guān)的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定。在AD患者中，tau蛋白的含量增加且過度磷酸化，進(jìn)而異常積聚形成神經(jīng)元纖維纏結(jié)。異常磷酸化的Tau蛋白不可溶，與微管親和力低，從而影響微管的功能和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致神經(jīng)元骨架蛋白結(jié)構(gòu)異常和神經(jīng)元死亡。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK1）被認(rèn)為是Tau蛋白磷酸化過程中的關(guān)鍵酶，Hebert等研究發(fā)現(xiàn)在小鼠神經(jīng)細(xì)胞中miR-15a能調(diào)節(jié)ERK1的表達(dá)，進(jìn)而影響Tau蛋白的磷酸化水平，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了在AD患者的腦中miR-15a的表達(dá)量明顯減少［18］。Banzhaf-Strathmann等證實(shí)在AD中miR-125b表達(dá)水平升高，進(jìn)而引起磷酸化酶水平上調(diào)，磷酸酶和抗凋亡因子Bcl-W下調(diào)，最終促進(jìn)Tau蛋白的磷酸化和AD的發(fā)生發(fā)展［19］。Santa-Maria等AD患者腦組織中檢測到miR-219表達(dá)降低，并證實(shí)miR-219能夠直接結(jié)合到Tau mRNA的3'-UTR進(jìn)而抑制Tau的表達(dá)水平［20］。

2 miRNA與帕金森病

PD是第二大常見的年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，其基本病理特征是中腦黑質(zhì)多巴胺（DA）能神經(jīng)元的變性缺失和嗜酸性包涵體即Lewy小體形成，該病主要臨床癥狀為靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)遲緩和姿勢步態(tài)異常等。盡管關(guān)于PD的研究已取得一定的進(jìn)展，但是目前用于該病，尤其對(duì)于早期PD的診斷和治療的方法還處于初步階段。近年來，關(guān)于PD發(fā)病機(jī)制方面的研究表明miRNA已成為較有前景的診斷和治療靶點(diǎn)。在PD患者腦組織和正?？刂平M之間的miRNA表達(dá)譜研究發(fā)現(xiàn)在PD病理進(jìn)程中多種miRNA表達(dá)失調(diào)，比如以α-synuclein為下游靶向基因的miR-7和miR-153。嗜酸性包涵體即Lewy小體形成是PD的病理特征，其主要由聚集狀態(tài)的α-synuclein組成，繼而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)細(xì)胞的死亡，引起PD特異性癥狀。Junn等研究發(fā)現(xiàn)miR-7通過靶向結(jié)合α-synuclein的3'-UTR抑制其表達(dá)水平，同時(shí)在PD小鼠模型中，miR-7的表達(dá)水平下降，并且該下調(diào)與α-synuclein的表達(dá)升高密切相關(guān)［21］。miR-153亦被證實(shí)能夠調(diào)節(jié)α-synuclein的表達(dá)，并且Doxakis等發(fā)現(xiàn)miR-7和miR-153兩者共轉(zhuǎn)染時(shí)對(duì)α-synuclein效率比兩者分別單獨(dú)轉(zhuǎn)染的抑制效率要強(qiáng)，提示兩者在抑制α-synuclein表達(dá)水平上有協(xié)同效應(yīng)。

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致PD發(fā)病的重要原因之一，在確定的、與PD發(fā)病相關(guān)的致病基因中，DJ-1及parkin在調(diào)節(jié)和保護(hù)線粒體功能方面起著重要的作用。miR-34表達(dá)失調(diào)在PD發(fā)病機(jī)制中起到的作用亦受到眾多研究者的關(guān)注。Minones-Moyano等［22］研究發(fā)現(xiàn)在晚期PD患者受到影響的腦組織中，如杏仁核、額葉皮質(zhì)、黑質(zhì)和小腦，miR-34b/miR-34c表達(dá)降低，利用miR-34b/miR-34c抑制劑處理分化的SH-SY5Y神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，引起miR-34b/miR-34c表達(dá)降低，進(jìn)而引起細(xì)胞活力的適度降低，并伴有線粒體功能障礙、活性氧的產(chǎn)生和細(xì)胞腺苷三磷酸總含量的減少。miR-34b/miR-34c在PD患者中的表達(dá)降低被顯示其與DJ-1和parkin的表達(dá)減少可能有關(guān)，但這種表達(dá)關(guān)系與miRNAs的靶向抑制基因表達(dá)的作用不一致，因此，miR-34b/miR-34c在PD發(fā)病相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)通路中的作用和兩者潛在的生理靶點(diǎn)需要進(jìn)一步的研究。

富含亮氨酸重復(fù)序列激酶 2（LRRK2）基因又稱為PARK8基因，研究表明其功能獲得性的變異在家族性和散發(fā)性PD中發(fā)揮著重要的作用。Gehrke等［23］證實(shí)LRRK2基因突變進(jìn)而引起let-7和miR-184*表達(dá)水平失調(diào)，從而明顯上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子E2F1和DP的表達(dá)水平。E2F1和DP已經(jīng)被證實(shí)主要參與細(xì)胞周期和存活的調(diào)控，其在神經(jīng)元中過度表達(dá)會(huì)引起無效的細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡，正常情況下，let-7和miR-184*通過抑制E2F1和DP的表達(dá)從而降低LRRK2的致病力。

3 miRNA與亨廷頓病

HD是一種常染色體顯性遺傳的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，由位于4號(hào)染色體短臂4p16.3區(qū)域的IT15基因內(nèi)GAG三核苷酸重復(fù)序列異常擴(kuò)增并編碼產(chǎn)生一種含有異常擴(kuò)增的谷氨酰胺（poly-Q）致病蛋白所致。臨床上主要表現(xiàn)為由大腦基底節(jié)和皮層神經(jīng)元進(jìn)行性缺失而引起的舞蹈樣不自主動(dòng)作、認(rèn)知和精神障礙。本病對(duì)患者及其家庭的生活質(zhì)量造成極大影響。目前尚無有效延緩病程進(jìn)展的治療措施，仍以經(jīng)驗(yàn)性對(duì)癥治療為主。

Hoss等［24］通過miRNA測序技術(shù)分析研究26名HD患者和36名正常對(duì)照組之間miRNA的表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有75個(gè)miRNA在兩者之間差異表達(dá)。Marti等［25］在HD患者前額葉皮質(zhì)和紋狀體中檢測到miR-30b、miR-30c和miR-30e表達(dá)增加，同時(shí)發(fā)現(xiàn) let-7a、let-7c、let-7d、let-7e、miR-221和miR-222表達(dá)降低。這些研究提示miRNAs可能對(duì)于HD的診斷，尤其是早期HD的診斷有較大的幫助。

Jin等［26］研究證實(shí)在HD進(jìn)展過程中，表達(dá)失調(diào)的miR-200a和miR-200c可能通過抑制神經(jīng)元可塑性和生存相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)，進(jìn)而起著重要的作用。此外，Packer等［27］研究發(fā)現(xiàn)miR-9和miR-9*在HD患者大腦組織中表達(dá)降低，并且該降低與疾病的進(jìn)程相關(guān)。REST和CoREST是抑制元素1（RE1）沉默轉(zhuǎn)錄因子（REST）復(fù)合物的組分，在非神經(jīng)元細(xì)胞中，過量表達(dá)的REST抑制神經(jīng)元基因的表達(dá)，在正常神經(jīng)元細(xì)胞中REST與亨廷頓蛋白（HTT）結(jié)合并定位于細(xì)胞質(zhì)中，突變亨廷頓基因使REST發(fā)生核轉(zhuǎn)位，從而抑制神經(jīng)元基因表達(dá)并最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡。Lee等［28］在HD模型小鼠中檢測發(fā)現(xiàn)miR-22表達(dá)明顯降低，另一項(xiàng)研究通過生物信息學(xué)分析預(yù)測3個(gè)HD相關(guān)的基因?yàn)閙iR-22的直接靶點(diǎn)，包括組蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）、REST corepresor 1（Rcor1）和G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)器2（Rgs2），推測miR-22具有潛在的神經(jīng)保護(hù)作用。以上結(jié)果提示，靶向調(diào)節(jié)HD發(fā)病相關(guān)的miRNAs將有助于HD的治療。

4 miRNA與肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥

ALS又被稱為盧伽雷氏癥，是一種主要侵犯腦與脊髓的上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的漸進(jìn)性和致命性的神經(jīng)退行性疾病，以全身進(jìn)行性肌萎縮、無力，直至呼吸肌麻痹而死亡為主要臨床特征。目前臨床上尚無切實(shí)有效的治療方法，Riluzole（麗珠樂）作為谷氨酸的拮抗劑，能夠輕微的延緩ALS的進(jìn)展，并不能阻止患者死亡。近年來，大部分關(guān)于ALS研究都在關(guān)注miRNA在該疾病發(fā)病機(jī)制中的作用［29-30］。

5 展望

越來越多的研究表明miRNA的表達(dá)水平在AD、PD、HD及ALS的進(jìn)程中發(fā)生異常改變，并通過其下游靶基因，從而在神經(jīng)退行性疾病中扮演著重要的作用，這為將特異性miRNA作為神經(jīng)退行性疾病臨床治療上的藥物靶點(diǎn)提供了理論依據(jù)。但是miRNA分子在神經(jīng)退行性疾病中的研究目前仍處于試驗(yàn)階段，將其直接應(yīng)用于該疾病的臨床治療仍面臨著許多挑戰(zhàn)，如：（1）單一miRNA分子通常能直接作用于不止一種的靶基因，進(jìn)而引起多種不同的生物學(xué)效應(yīng)，因此，對(duì)于能應(yīng)用到臨床治療上且具有專一性的miRNA分子的篩選，仍需要進(jìn)一步的探索。（2）內(nèi)源性表達(dá)異常改變的miRNA對(duì)其下游靶基因的直接作用具有空間特異性，通過體外補(bǔ)充miRNA需通過血腦屏障進(jìn)入治療靶點(diǎn)，因此如何使外源性miRNA分子通過血腦屏障而不改變其功能并持續(xù)維持有效的藥物濃度將又是一大亟待解決的問題。（3）目前在神經(jīng)退行性疾病中發(fā)現(xiàn)并且深入研究的miRNA分子還只是少部分，因此需要進(jìn)一步深入的研究miRNA與該疾病之間的關(guān)系。

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