MicroRNA-124、TCF4在神經(jīng)精神疾病 發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

楊財(cái)花，鮑天昊，阮　冶

(昆明醫(yī)科大學(xué)附屬精神衛(wèi)生中心，云南省精神病醫(yī)院，云南　昆明　650224

神經(jīng)精神疾病是一類可引起認(rèn)知、情感、精神、行為等方面異常的功能障礙性疾病，包括精神分裂癥、阿爾茨海默病等。神經(jīng)精神疾病多為慢性病，往往遷延不愈，致殘率、致死率和復(fù)發(fā)率較高，給家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，并可能對(duì)社會(huì)的和諧存在一定的威脅性。因此，神經(jīng)精神疾病的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療十分關(guān)鍵。但目前對(duì)于神經(jīng)精神疾病的病因及發(fā)病機(jī)制研究仍停留在多種假說(shuō)層面上，包括遺傳因素、神經(jīng)發(fā)育和心理社會(huì)因素等方面，但這些都不能充分解釋其病因及發(fā)病機(jī)制。臨床上目前對(duì)精神分裂癥等神經(jīng)精神疾病的診斷主要基于癥狀和體征，而不是明確的病理生理標(biāo)志物[1]。有研究表明，遺傳因素是神經(jīng)精神疾病的主要原因，其中精神分裂癥的遺傳率高達(dá)80%[1-3]。microRNA(miRNA)參與了神經(jīng)精神疾病的發(fā)生，它們的異常表達(dá)可被視為潛在的生物標(biāo)志物[2]。而且最近的研究表明，miRNA表達(dá)的變化在神經(jīng)精神疾病的遺傳和生物學(xué)機(jī)制中起到了一定的作用[3]。在miRNA的生物學(xué)通路中，miRNA靶基因的變異也可能在原發(fā)性精神分裂癥的發(fā)生中起一定作用[1]。miRNA-124(miR-124)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最豐富的miRNA。目前的研究也顯示，轉(zhuǎn)錄因子4(transcription factor 4，TCF4)與神經(jīng)精神疾病的發(fā)病密切相關(guān)。

1　miR-124與神經(jīng)精神疾病認(rèn)知功能的相關(guān)研究進(jìn)展

1.1　miR-124的生物學(xué)特性

miRNA是一種比較保守的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA，由22～25個(gè)核苷酸組成的發(fā)莢樣結(jié)構(gòu)，廣泛存在于真核生物中。2002年，Lagos-Quintana等[4]首先在小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了miR-124。miR-124是在哺乳動(dòng)物除垂體外的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最多且高度特異性表達(dá)的miRNA[5]，Mishima等[6]研究顯示，小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)中miR-124的含量是其他器官的100倍以上，而且其表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在解剖差異，即在大腦皮質(zhì)、小腦、脊髓中含量不同；miR-124可以識(shí)別數(shù)百種靶基因，這種特異性決定了其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的重要作用。

成熟miR-124的轉(zhuǎn)錄過(guò)程與miRNA的轉(zhuǎn)錄一致，由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄而來(lái)，成為有帽和多聚腺苷酸化的初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(pri-miRNA)。初級(jí)轉(zhuǎn)錄物經(jīng)Drosha裂解核糖核酸酶III裂解，產(chǎn)生一個(gè)約70 nt的莖環(huán)前體miRNA(pre-miRNA)，再經(jīng)細(xì)胞質(zhì)Dicer核糖核酸酶切割，生成成熟的miRNA。成熟的miRNA被整合到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物(RISC)中，然后通過(guò)核苷酸序列完全或部分互補(bǔ)結(jié)合于其靶基因mRNA的3’端非編碼區(qū)(3’untranslational region，3’UTR)實(shí)現(xiàn)其抑制功能而導(dǎo)致mRNA降解或翻譯。

1.2　miR-124與神經(jīng)性疾病

在神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病、亨廷頓舞蹈病中，miR-124的表達(dá)存在明顯異常。在阿爾茨海默病患者腦內(nèi)，miR-124的表達(dá)水平下調(diào)[5]。Fang等[7]研究顯示，miR-124可以作為一個(gè)基本的調(diào)節(jié)因子通過(guò)大鼠PC12細(xì)胞的靶基因BACE1來(lái)減輕阿爾茨海默病的細(xì)胞凋亡過(guò)程。進(jìn)而推測(cè)，miR-124在阿爾茨海默病中可延緩疾病的進(jìn)展，甚至減輕認(rèn)知相關(guān)癥狀。Johnson等[8]研究顯示，亨廷頓舞蹈病患者的紋狀體內(nèi)存在大量的miR-124合成抑制物RE-1沉默轉(zhuǎn)錄因子REST復(fù)合體，從而導(dǎo)致miR-124的含量較正常水平更低。Xu等[9]研究表明，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中存在一種脆性x染色體蛋白，該蛋白主要調(diào)控miR-124的表達(dá)，當(dāng)該蛋白表達(dá)異常時(shí)，會(huì)導(dǎo)致miR-124的表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而出現(xiàn)以認(rèn)知障礙和言語(yǔ)功能障礙為表現(xiàn)的脆性x染色體綜合征。Doeppner等[10]對(duì)大腦中動(dòng)脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)的小鼠模型研究顯示，miR-124通過(guò)調(diào)節(jié)其作用靶點(diǎn)泛素特異性蛋白酶14(ubiquitin-specific peptidase 14，Usp14)，進(jìn)而使其作用底物REST被降解，從而促進(jìn)腦缺血后神經(jīng)血管的重建，減輕功能障礙，最終發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)的作用。Ku70是一種參與多個(gè)細(xì)胞通路的蛋白質(zhì)，Zhu等[11]對(duì)MCAO大鼠模型的研究顯示，miR-124通過(guò)調(diào)節(jié)Ku70的表達(dá)水平以減少細(xì)胞的死亡和梗死體積，進(jìn)而改善神經(jīng)功能的預(yù)后。因此，miR-124在神經(jīng)退行性疾病乃至缺血性神經(jīng)疾病中主要通過(guò)調(diào)控其靶基因起到神經(jīng)保護(hù)作用，而且miR-124可能在修復(fù)神經(jīng)、改善神經(jīng)損傷、減輕神經(jīng)細(xì)胞的凋亡中具有重要作用，從而減輕神經(jīng)疾病中認(rèn)知功能方面的障礙。

包含IQ序列的GTP酶激活蛋白1(IQ motif containing GTPase activating protein 1，IQGAP1)是一種廣泛表達(dá)的支架蛋白，作為miR-124的潛在靶基因，參與細(xì)胞粘附、細(xì)胞遷移和細(xì)胞骨架調(diào)控等多種基本細(xì)胞活性[12]，其表達(dá)由miR-124通過(guò)3’UTR中的綁定位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，在3’UTR中，有一個(gè)SNP(rs1042538)存在于核心綁定位置中，Yang等[13]研究顯示，這種SNP在體內(nèi)和體外都能影響miRNA靶基因的相互作用。IQGAP1具有神經(jīng)元特異性功能[14]，并且通過(guò)N-鈣粘蛋白以劑量依賴性方式形成細(xì)胞骨架IQGAP1/Erk信號(hào)通路影響學(xué)習(xí)和記憶[15]，而且IQGAP1的下調(diào)會(huì)出現(xiàn)明顯的長(zhǎng)期記憶缺陷，并伴有海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)受損。另外，有研究顯示，與記憶有關(guān)的突觸可塑性依賴于精確的基因表達(dá)的時(shí)間調(diào)節(jié)。Fischbach等[16]研究表明，miR-124在調(diào)節(jié)影響突觸可塑性和記憶的信號(hào)分子中起關(guān)鍵作用。Rajasethupathy等[17]對(duì)海兔的研究表明，miR-124完全存在于突觸前的感覺-運(yùn)動(dòng)神經(jīng)中，在該突觸中通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)來(lái)限制5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)誘導(dǎo)的突觸促進(jìn)作用，即限制了突觸的可塑性。CREB與認(rèn)知功能關(guān)系極為密切，并且CREB可能在海馬的組織細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。以上提示，miR-124通過(guò)相關(guān)靶基因的調(diào)控而影響神經(jīng)突觸的可塑性，因而miR-124可能參與了突觸可塑性相關(guān)的認(rèn)知障礙。

1.3　miR-124與精神分裂癥

精神分裂癥是一組主要表現(xiàn)為以幻覺、妄想為主的陽(yáng)性癥狀，以意志減退、情感遲鈍為主的陰性癥狀，并伴有不同程度的社會(huì)功能減退和認(rèn)知功能損害的精神疾病。研究表明，miR-124在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)功能中發(fā)揮重要作用，且miR-124是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中各種細(xì)胞類型的分化和成熟的重要調(diào)節(jié)劑[18]。此外，已有研究顯示miR-124涉及神經(jīng)學(xué)表型，包括自閉癥[19]和阿爾茨海默病等精神疾病。SKI樣原癌基因(SKIL)是通過(guò)抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(Transforming growth factor-β，TGF-β)途徑來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化[20]，而且參與p53的活化，誘導(dǎo)細(xì)胞應(yīng)激途徑[21]。早期生長(zhǎng)反應(yīng)基因1(EGR1)是TF的即時(shí)早期基因(IEG)家族成員，并在細(xì)胞發(fā)育、突觸可塑性和記憶處理中起作用[22]。Koldamova等[23]研究顯示，EGR1控制著與神經(jīng)退化有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控。EGR1在精神分裂癥患者的大腦中表達(dá)不足[24]。Xu等[25]通過(guò)對(duì)48名健康對(duì)照者、38名精神分裂癥患者和30名完成12周隨訪的精神分裂癥患者使用實(shí)時(shí)熒光定量PCR分析顯示，與對(duì)照組相比，精神分裂癥患者血液中miR-124-3p過(guò)表達(dá)，SKIL和EGR1基因表達(dá)下調(diào)，治療12周后miR-124-3p表達(dá)下降，而SKIL表達(dá)上調(diào)。推測(cè)miR-124可通過(guò)調(diào)節(jié)SKIL和EGR1的表達(dá)在精神分裂癥認(rèn)知損傷中起關(guān)鍵作用。由此可見，miR-124在精神分裂癥中的作用機(jī)制也主要是通過(guò)調(diào)控其靶基因而實(shí)現(xiàn)。有研究顯示，基因的3'端非編碼區(qū)中的單核苷酸多態(tài)性(SNP)可能影響miRNA與mRNA的結(jié)合并存在導(dǎo)致疾病的風(fēng)險(xiǎn)[26]。G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)因子4(Regulator of G protein signaling 4，RGS4)是調(diào)節(jié)G蛋白信號(hào)的蛋白質(zhì)，在精神分裂癥患者中，RGS4蛋白在額葉皮質(zhì)和顳上回中較少[27]。Gong等[26]通過(guò)螢光素酶測(cè)定進(jìn)行分析，結(jié)果顯示miR-124在rs10759-C等位基因中抑制了3’UTR對(duì)RGS4 mRNA的結(jié)合。該研究表明，rs10759(RGS4)可能會(huì)增加miR-124對(duì)精神分裂癥的敏感性，從而使miR-124的結(jié)合對(duì)精神分裂癥的易感性產(chǎn)生影響。提示將來(lái)miR-124很可能作為精神疾病特別是精神分裂癥認(rèn)知損傷中的一種新的生物標(biāo)志物，為精神分裂癥的治療提供新的治療靶點(diǎn)。

2　TCF4與神經(jīng)精神疾病認(rèn)知功能的相關(guān)研究進(jìn)展

2.1　TCF4的生物學(xué)特性

TCF4位于染色體18q21.2區(qū)域，由41個(gè)外顯子組成，跨越437kb，是堿性/螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)轉(zhuǎn)錄因子家族中的一員。BHLH結(jié)構(gòu)域包括HLH結(jié)構(gòu)域提供的與DNA結(jié)合的基本區(qū)域和二聚化界面，其上有兩個(gè)親螺旋，通過(guò)一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的環(huán)狀區(qū)域形成左旋四螺旋束。BHLH蛋白參與多種發(fā)育過(guò)程，包括控制增殖、確定細(xì)胞命運(yùn)，其也被證明是終末分化細(xì)胞中適應(yīng)性細(xì)胞過(guò)程的轉(zhuǎn)錄整合因子。TCF4是一種廣泛表達(dá)的蛋白，其作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控其他參與細(xì)胞分化、存活和神經(jīng)發(fā)育的基因[28]。

2.2　TCF4與神經(jīng)性疾病

最近的研究顯示，TCF4在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)，其在神經(jīng)元的調(diào)節(jié)乃至神經(jīng)可塑性方面具有重要作用。Fu等[29]研究顯示，TCF4在少突膠質(zhì)前體細(xì)胞的成熟過(guò)程中起重要作用，且在發(fā)育過(guò)程中和已發(fā)育成熟的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，并在與精神分裂癥有關(guān)的組織如海馬和新皮質(zhì)中表達(dá)明顯。Li等[30]研究顯示，TCF4與許多其他和神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)的微RNAs靶基因緊密結(jié)合，表明TCF4與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)系極為密切。因此，了解中樞神經(jīng)系統(tǒng)中TCF4的角色和功能對(duì)人類語(yǔ)言、聽覺、認(rèn)知和記憶功能等方面具有重要意義。皮特-霍普金斯綜合征(Pitt-Hopkins，PTHS)是一種以智力和生長(zhǎng)遲緩、呼吸異常、癲癇發(fā)作、小頭畸形和眼球內(nèi)陷、鼻梁高、人中短等面部特征為表現(xiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙。Kennedy等[31]使用基因工程小鼠模型的研究顯示，TCF4可能調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)中語(yǔ)言的產(chǎn)生及理解能力、回憶的基本過(guò)程，而且TCF4含量的缺陷可導(dǎo)致罕見的PTHS，并確定了幾個(gè)與神經(jīng)可塑性調(diào)節(jié)和記憶形成有關(guān)的靶基因。此外，Brzózka等[32]對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)基因小鼠的研究顯示，在前腦中過(guò)度表達(dá)TCF4表現(xiàn)出認(rèn)知和感覺運(yùn)動(dòng)功能缺陷。因此，TCF4的適度表達(dá)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及成熟有一定的作用，低表達(dá)或過(guò)表達(dá)都可能導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2.3　TCF4與精神分裂癥

有研究顯示，TCF4是精神分裂癥的易感基因之一。Stefansson等[33]對(duì)2 663例精神分裂癥患者和13 498例健康人群的基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome wideassociation study，GWAS)顯示，TCF4是精神分裂癥中最穩(wěn)定、最重要的易感基因之一，并且Steinberg等[34]在后續(xù)對(duì)4 999例精神分裂癥患者和15 555例健康對(duì)照組的研究中也得出了同樣的結(jié)果。此外，有研究顯示，精神分裂癥和雙相情感障礙患者的TCF4表達(dá)顯著增加[35]。同樣的研究也報(bào)告了一組常見的TCF4變異與精神分裂癥患者的陰性癥狀、認(rèn)知障礙和小腦體積之間的關(guān)系[36]。另外，最近的一項(xiàng)研究表明，TCF4基因的變異導(dǎo)致了認(rèn)知缺陷和精神分裂癥的風(fēng)險(xiǎn)[37]。且TCF4在精神疾病患者中的表達(dá)增加，以及TCF4 SNPs與臨床、認(rèn)知和腦形態(tài)學(xué)領(lǐng)域的核心精神病表型的關(guān)系也有報(bào)道[35]。

此外，基于家庭的連鎖元分析顯示，TCF4 rs1261117的多態(tài)性與精神分裂癥存在相關(guān)性[38]。最近的一項(xiàng)研究表明，在首發(fā)精神病患者的推理/解決問題的認(rèn)知域中，rs9960767C等位基因與認(rèn)知缺陷有關(guān)[37]。Li等[39]對(duì)2 496例精神分裂癥患者和5 184名健康人群的對(duì)照研究表明，在漢族人群中，rs2958182與精神分裂癥存在相關(guān)性。Zhu等[40]的研究將TCF4 rs2958182A等位基因確定為精神分裂癥的危險(xiǎn)因素。Hui等[41]對(duì)976例精神分裂癥患者和420名健康對(duì)照者的研究也得出同樣的結(jié)果，而且其研究結(jié)果顯示精神分裂癥患者幾乎在除視覺空間以外的所有認(rèn)知領(lǐng)域中存在顯著的認(rèn)知缺陷。提示TCF4 rs2958182基因多態(tài)性與精神分裂癥存在相關(guān)性。Li等[30]采用病例對(duì)照研究的方法，對(duì)漢族人群中是否存在精神分裂癥相關(guān)的SNPs進(jìn)行研究，結(jié)果顯示3個(gè)SNPs(rs9320010、rs7235757和rs1452787)與精神分裂癥相關(guān)，而且通過(guò)SNP和性別互動(dòng)分析及進(jìn)一步的分層分析顯示，rs1452787與隱性遺傳模式中的精神分裂癥相關(guān)。這些結(jié)果表明，TCF4基因變異可能涉及精神分裂癥患者的認(rèn)知功能。此外，有研究表明，TCF4的外周表達(dá)與前額葉皮質(zhì)中的灰質(zhì)厚度相關(guān)[42]，精神分裂癥前額葉的灰質(zhì)體積減少[43]。而且TCF4基因表達(dá)水平的微妙變化與精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[44]。Alizadeh等[45]采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法，比較70例未治療的精神分裂癥患者和72例健康對(duì)照者的TCF4 mRNA水平，結(jié)果顯示精神分裂癥患者外周血中TCF4基因mRNA水平與認(rèn)知有一定的相關(guān)性。提示TCF4 mRNA水平可能成為精神分裂癥的可靠生物標(biāo)志物。結(jié)合目前的研究可知，TCF4與精神分裂癥的認(rèn)知損傷具有密切關(guān)系，且TCF4某些易感性基因位點(diǎn)在精神分裂癥發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。

3　展　　望

miRNA作為內(nèi)源性小分子RNA，通過(guò)識(shí)別上百種靶mRNA，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程起重要作用，而且越來(lái)越多的證據(jù)表明，miRNA的異常表達(dá)在神經(jīng)精神障礙的發(fā)生與發(fā)展中至關(guān)重要。但目前miR-124參與調(diào)節(jié)神經(jīng)精神疾病的具體作用機(jī)制尚不明確，許多問題有待繼續(xù)深入探討：①miR-124在神經(jīng)精神疾病中的表達(dá)趨勢(shì)到底是如何調(diào)控？②miR-124參與調(diào)節(jié)神經(jīng)精神疾病認(rèn)知損傷所涉及的信號(hào)通路；③miR-124的上、下游調(diào)控靶點(diǎn)；④miR-124是否作為神經(jīng)精神疾病認(rèn)知損傷的潛在治療靶點(diǎn)和轉(zhuǎn)歸的生物學(xué)標(biāo)志物。隨著研究的不斷深入，miR-124在神經(jīng)精神疾病認(rèn)知損傷中的具體作用機(jī)制將會(huì)逐漸被闡明，并為神經(jīng)精神疾病認(rèn)知損傷提供新的診斷思路及治療方向。在功能和生物學(xué)方面，TCF4仍然是一個(gè)表征不佳的基因。然而，關(guān)于TCF4與神經(jīng)精神疾病令人信服的證據(jù)需要進(jìn)一步的詳細(xì)研究，而且還需進(jìn)一步明確與精神分裂癥相關(guān)的基因位點(diǎn)。另外，也可推測(cè)miR-124與TCF4有一定的相關(guān)性，通過(guò)后續(xù)的深入研究進(jìn)一步明確二者的關(guān)系，及其所參與調(diào)節(jié)神經(jīng)精神疾病相關(guān)的信號(hào)通路，以便對(duì)未來(lái)神經(jīng)精神疾病的診療提供新思路。