MicroRNA-200 家族在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用及其研究進(jìn)展

胡小彤 張兵

MicroRNA是一類內(nèi)生的、長(zhǎng)度為20～24個(gè)核苷酸的小RNA。脊椎動(dòng)物中miRNA-200家族包括miR-200a、 miR-200b、 miR-200c、miR-141 和 miR-429五種，它們作用于下游的mRNA，調(diào)控相關(guān)蛋白的合成與降解，從而調(diào)節(jié)各種信號(hào)通路來(lái)影響相關(guān)生理及病理過(guò)程，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。明確各種miRNA-200家族在機(jī)體中的作用及其機(jī)制可能為臨床疾病的預(yù)防和治療提供新的可行性方法。

1 microRNA-200簡(jiǎn)介

miRNA 200家族是miRNA中的一員，其在動(dòng)物的進(jìn)化中高度保守，存在于所有脊椎動(dòng)物中，在無(wú)脊椎動(dòng)物(如果蠅屬)中則有與其同源的miR-8存在[1]。在脊椎動(dòng)物中miRNA-200家族包括miR-200a、miR-200b、miR-200c、miR-141和miR-429五種，它們分別來(lái)自2個(gè)基因簇，miR-200b/a/429基因簇轉(zhuǎn)錄自小鼠4號(hào)染色體及人類1p36染色體的增強(qiáng)子；miR-200c/141基因簇則轉(zhuǎn)錄自小鼠6號(hào)染色體及人類12p13染色體的增強(qiáng)子；2個(gè)基因組的種子序列只有1個(gè)堿基不同，miR-200a和miR-141的種子序列為AACACUG，miR-200b、miR-200c及miR-429的種子序列為AAUA CUG[2-3]。2組種子序列的輕微不同導(dǎo)致他們調(diào)節(jié)不同數(shù)量的mRNA[4]，經(jīng)Targetscan、microRNA、miRmap3個(gè)軟件預(yù)測(cè)，miR-200a和miR-141的靶基因有375個(gè)，miR-200b、miR-200c及miR-429的靶基因有475個(gè)，其中有66個(gè)為五種miRNA的共同靶基因，說(shuō)明同一家族的不同miRNA主要作用于不同的靶基因[5-7]。它最初與嗅覺(jué)神經(jīng)發(fā)生和抑制癌癥浸潤(rùn)有關(guān)[8-9]，后又發(fā)現(xiàn)其能發(fā)揮調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激等多種作用[10-13]。

2 microRNA-200在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的作用

2.1 在缺血性腦卒中中的作用

Wei等[14]發(fā)現(xiàn)在HT-22細(xì)胞中抑制miR-200a-3p、miR-200b-3p、miR-429能夠抑制缺氧/復(fù)氧引起的細(xì)胞死亡，并發(fā)現(xiàn)這種作用是通過(guò)降低活性氧(reactive oxygen species,ROS)的水平，增加Bcl-2和p-Akt的表達(dá)，減少Bax和caspase-3的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

Di等則發(fā)現(xiàn)miR-200家族的可能結(jié)合靶點(diǎn)包括脯氨酰羥化酶2(PHD2)mRNA的3’非翻譯區(qū)，通過(guò)使其表達(dá)沉默，PHD2能羥化缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1α) 使其在氧供正常情況下蛋白降解。在缺氧狀態(tài)下HIF-1α迅速減少，腦卒中后HIF-1α的激活能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活，HIF-1α失活則會(huì)增加腦損傷的發(fā)生。miR-200家族的過(guò)表達(dá)能夠增加腦卒中后HIF-1α的表達(dá)，因此對(duì)腦卒中后的大腦具有保護(hù)作用[15]。

腦缺血缺氧損傷后reelin蛋白能夠提供保護(hù)作用，Stary等[16]用雙熒光素酶法測(cè)定證實(shí)了reelin基因的3’非翻譯端是miR-200c的直接作用靶點(diǎn)，且腦中miR-200c水平的變化與reelin蛋白表達(dá)成反比。在小鼠腦局部短暫缺血模型中用miR-200c抑制劑對(duì)小鼠進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)其能降低大腦中動(dòng)脈栓塞后miR-200c的水平，導(dǎo)致腦梗死體積和神經(jīng)功能損害的顯著降低。因此，降低腦卒中后腦中miR-200c的含量是減輕腦卒中后腦損傷的一種潛在方法。

Lee等[17]采用栓塞小鼠大腦中動(dòng)脈15 min或120 min的方法對(duì)小鼠進(jìn)行缺血預(yù)處理或造成小鼠局腦缺血，3 h或24 h后取材獲得RNA樣本，并選擇性地將miRNA轉(zhuǎn)染到Neuro-2a細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)miR-200在缺血預(yù)處理后3 h含量顯著增加，其中miR-200b,miR-200c和miR-429能夠下調(diào)HIF prolyl hydroxylase 2(HIF-PH2)，具有顯著的神經(jīng)保護(hù)作用，可能在腦卒中未來(lái)的研究和治療應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

2.2 在神經(jīng)細(xì)胞增殖、分化中的作用

miR-200a曾被認(rèn)為能通過(guò)作用于相應(yīng)的基因來(lái)調(diào)節(jié)突觸功能、神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)存活。Trim2是E3-泛素連接酶，在調(diào)節(jié)神經(jīng)元極性和軸突生長(zhǎng)中起重要作用。Jin等人[18]證實(shí)miR-200a能直接作用于Trim2蛋白的mRNA的3’非翻譯區(qū)，減少Trim2的表達(dá)，從而影響疾病進(jìn)程。

在神經(jīng)元始祖細(xì)胞(NPC)和少突膠質(zhì)細(xì)胞始祖細(xì)胞(OPC)中Santra 等[19]發(fā)現(xiàn)miR-200a能作用于Grb2，阻斷EGFR/Grb2/Ras/MEK/ERK/c-Jun信號(hào)通路，抑制增殖，進(jìn)而誘導(dǎo)MBP(存在于成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞)合成和OPC的分化(c-Jun激活能負(fù)性調(diào)節(jié)MBP合成)。miR-200a抑制FOG2和PTEN(PI3K抑制劑)，間接激活A(yù)KT及下游信號(hào)分子，促進(jìn)分化，促進(jìn)MBP合成雷帕霉素受體蛋白(mROT)，抑制凋亡(MDM2)。miR-200a也可以直接抑制p53，減輕腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞凋亡率。

Buller等[20]則發(fā)現(xiàn)在OPC的培養(yǎng)基中miR-200能直接作用于血清應(yīng)答因子(SRF)的3’非翻譯端，抑制其表達(dá)并抑制OPC的分化；同樣在PC12神經(jīng)元細(xì)胞中Pandey等[21]人證實(shí)miR-200家族能夠直接作用于SOX2和KLF4，增加其表達(dá)，并能夠促進(jìn)神經(jīng)元分化，而降低其表達(dá)則促進(jìn)神經(jīng)元的增殖。

2.3 在膠質(zhì)細(xì)胞瘤中的作用

腦的發(fā)育和神經(jīng)元的分化都需要SIM2-s，Su等[22]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)相比于正常腦組織，膠質(zhì)瘤細(xì)胞中miR-200a的表達(dá)水平降低。SIM2-s是miR-200a的靶目標(biāo)，所以miR-200a的表達(dá)水平降低將導(dǎo)致膠質(zhì)瘤細(xì)胞中SIM2-s表達(dá)上升。因此，miR-200a可以成為膠質(zhì)瘤的治療手段之一。

在一些類型的腫瘤中可以觀察到miR-200b的過(guò)表達(dá)特別是在體外神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，miR-200b靶向作用于CREB1基因并抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[23]，但是在人體神經(jīng)膠質(zhì)瘤中這種相關(guān)性尚未得到證實(shí)。

2.4 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的其他作用

Lee等[24]對(duì)處于活躍期和深眠期的地鼠腦組織分別進(jìn)行microRNA基因芯片分析，發(fā)現(xiàn)在深眠期miR-200家族含量降低。在SHSY5Y細(xì)胞中用特定的發(fā)夾結(jié)構(gòu)抑制劑作用于相應(yīng)的miRNA增加許多蛋白的泛素化作用，從而能夠增加球形蛋白的結(jié)合作用。向SHSY5Y細(xì)胞中轉(zhuǎn)染miR-200的類似物使其過(guò)表達(dá)能降低結(jié)合作用。該結(jié)果有力地說(shuō)明了miR-200家族與泛素化修飾過(guò)程有關(guān)。miR-200家族被抑制時(shí)SHSY5Y細(xì)胞對(duì)糖氧剝奪模型引起的細(xì)胞死亡耐受力增加；導(dǎo)入miR-200類似物時(shí)則更加敏感。但目前還不能確定這種保護(hù)或者損害作用源自miR-200家族抑制劑(類似物)的直接作用，還是miR-200含量變化引起的泛素化修飾蛋白的改變。

Jadhav等[25]證明了miRNA-200b在小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)，并通過(guò)調(diào)節(jié)分裂素激活的蛋白激酶通路來(lái)調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥應(yīng)答反應(yīng)過(guò)程，包括炎癥因子的分泌、NO的產(chǎn)生、小膠質(zhì)細(xì)胞的遷移和神經(jīng)元的存活。

在N171-82Q小鼠亨廷頓舞蹈病(Huntington’s disease HD)模型中Jin等[18]發(fā)現(xiàn)miR-200a和miR-200c能夠調(diào)節(jié)突觸功能、神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)存活。改變miR-200a和miR-200c的表達(dá)可以改變神經(jīng)元可塑性和神經(jīng)元存活的相關(guān)蛋白，進(jìn)一步研究也表明可以擾亂HD發(fā)病機(jī)制中若干miRNA的表達(dá)，這將為HD的治療提供新的治療方法。

He等[26]利用實(shí)時(shí)PCR基因芯片分析法在唐氏綜合征Ts65Dn小鼠模型的腦組織中測(cè)得多種miRNA的表達(dá)量發(fā)生變化，其中miR-200家族表達(dá)下調(diào)最明顯，但其如何在唐氏綜合征的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起到作用尚未得到闡明。Boese等[27]在小鼠狂犬病模型中也發(fā)現(xiàn)了相同問(wèn)題。

3 小 結(jié)

綜上所述，miR-200家族在缺血性腦卒中神經(jīng)元的增殖、分化，膠質(zhì)細(xì)胞瘤及其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的保護(hù)作用已經(jīng)被逐漸認(rèn)識(shí)，但具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。因其生物制劑價(jià)格昂貴，如何將其廣泛應(yīng)用于臨床疾病的預(yù)防、檢測(cè)及治療或許將成為下一階段的研究重點(diǎn)。

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