miR-132/212在AD相關(guān)認知功能障礙中的研究進展

陳盼盼，齊玉英，鄭海非，楊紅彥，王雪貞，b※

(濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院 a.神經(jīng)內(nèi)科，b.代謝與神經(jīng)精神疾病研究所，山東 濱州 256603)

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是發(fā)生于老年和老年前期、以進行性認知功能障礙和精神行為損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,其病理改變主要有認知功能腦區(qū)廣泛的神經(jīng)元減少或丟失、細胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)和細胞外淀粉樣斑塊(老年斑)形成。據(jù)統(tǒng)計，全世界AD患者有2.4億，預測2050年，AD患者可達9.6億[1]。65歲以上的老年人發(fā)病率為5%～10%[2]，隨著年齡增長，AD的患病率逐漸上升，AD造成的社會和家庭負擔日益加劇，然而AD所致的認知功能障礙及其病理變化的分子機制目前尚不清楚。阻礙有效治療發(fā)展的原因是缺乏疾病早期診斷的特異性標志物，因此找到疾病早期的特異性標志物并進行早期干預尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)在癡呆甚至輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)診斷前的10～20年腦內(nèi)就已出現(xiàn)顯著改變，如Tau蛋白過度磷酸化的神經(jīng)纖維纏結(jié)[3]。近年來，微RNA(microRNA,miRNA)已經(jīng)成為多種疾病的新型標志物。其中miR-132/212在神經(jīng)突觸可塑性、軸突生長發(fā)育和記憶等方面發(fā)揮重要作用，其減少可導致β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)產(chǎn)生及Tau蛋白磷酸化?，F(xiàn)就miR-132/212在AD發(fā)病機制中的作用作一綜述，為AD的治療提供新的治療策略和理論基礎(chǔ)。

1 miRNA及其成員miR-132/212

1.1 miRNA miRNA是一類含有22個核苷酸長度的非編碼RNA，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后蛋白表達，在大腦中豐富表達，每個miRNA可以針對多個轉(zhuǎn)錄基因，潛在地作用于多種生物途徑[4]。miRNAs通過結(jié)合到RNA結(jié)合蛋白或囊泡，如外泌體和微泡的體液運輸釋放到細胞外環(huán)境，結(jié)合到它們的目標信使RNA 3′端未翻譯區(qū)的補充位點，導致mRNA裂解或抑制翻譯。miRNAs作為MCI和AD潛在的生物標志物，可以區(qū)分AD或MCI與健康對照組，且有較高的準確性。miRNAs在發(fā)育、代謝、神經(jīng)可塑性、壓力反應(yīng)和生存方面發(fā)揮重要作用。有研究在斑馬魚的Dicer基因上進行了敲除實驗，結(jié)果導致大腦形態(tài)發(fā)生缺陷，說明miRNA對大腦發(fā)育的影響至關(guān)重要[5]。多項研究結(jié)果表明，特定miRNA的表達從AD早期階段就受到異常調(diào)節(jié)，這些分子控制著疾病的多種目標基因和關(guān)鍵信號通路改變，可能最終調(diào)節(jié)細胞死亡機制[6-8]。在特定系統(tǒng)中，miRNA的組成和細胞特異性表達對其特定的生物功能負責，在不同生物體液(血液、腦脊液和尿液)中，miRNA的表達表現(xiàn)出它們的臨床相關(guān)性和多功能性，它們均是疾病的潛在調(diào)節(jié)劑和可使用的生物標志物。miRNA在所有生物的組織中表達，表現(xiàn)出細胞或組織特異性，其表達可以是暫時的空間上的調(diào)節(jié)。Landgraf等[9]對不同組織中的miRNA進行了第一次和最全面的分析，分析了特定組織表達，miR-9、miR-124、miR-128A/B在大腦表達，miR-122在肝臟表達，miR-142、miR-144、miR-250、miR-155、miR-223在造血細胞表達。這種特異性表達對認識疾病的進展至關(guān)重要，不同的生物體液中miRNA水平變化與不同的疾病有關(guān)，因此，可將miRNA作為細胞外生物標志，用于診斷和預測人類疾病。miRNA是一種具有高臨床潛力的萬能分子，因為同樣的miRNA可以結(jié)合幾個不同的靶點并控制整個信號通路，使它們成為神經(jīng)退行性疾病的相關(guān)治療和(或)目標分子。外周血miRNAs是理想的生物標志物，因此越來越多的研究開始探索其在AD中的作用。

1.2 miR-132/212 在miRNA中，miR-132/212與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)，包括AD、亨廷頓病及前額葉癡呆[6]。有研究分析了miRNA作為MCI或AD外周標志物的診斷價值，在10項AD研究中，與控制組相比，AD患者20種miRNAs顯著上調(diào)，32種miRNAs下調(diào)，9種miRNAs一致調(diào)節(jié)異常[10]。在3項MCI研究中，miR-132被發(fā)現(xiàn)是一致上調(diào)的，miR-132在AD中顯著下調(diào)。miR-132/212的種子序列相同，表明它們管理一組共同的目標，miR-132/212簇集位于人類第17號染色體上(小鼠第11號)[10]。

2 miR-132/212與認知功能和AD

2.1 miR-132/212在認知功能中的作用 研究證明，miR-132/212是大腦中最豐富和最主要的功能物種，多項證據(jù)支持miR-132/212在神經(jīng)功能中的作用，包括樹突和軸突生長、突觸可塑性、神經(jīng)元的可塑性、記憶形式[11-12]。miR-132在小鼠大腦中的過表達會導致小鼠在新物體識別實驗中用在新物體的時間減少，表明必須嚴格控制miR-132的水平[13]。與學習記憶有關(guān)的幾個參與者，如環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)、甲基CpG結(jié)合蛋白2(methyl-CpG-binding protein-2，MECP2)、BDNF和CREB控制miR-132/212轉(zhuǎn)錄，而MECP2是miR-132/212的直接目標[14]，免疫印跡分析顯示MECP2在大腦皮質(zhì)中顯著減少，在海馬中有較低水平，海馬磷酸化CREB增加，BDNF下調(diào)，而大腦皮質(zhì)沒有發(fā)現(xiàn)這些變化[15]。在水迷宮和巴恩斯迷宮中miR-132 KO小鼠存在空間記憶和學習缺陷。miR-132/212的先天缺乏與空間記憶、學習和記憶回憶的缺失有關(guān)，這與早期miR-132敲除的研究相一致[15]。MECP2在miR-132/212缺乏時下調(diào)，盡管有學者認為在沒有miR-132/212的情況下MEEP2會增加[16]，但在之前的研究[15,17]中，miRNA與它們體內(nèi)的目標之間的正相關(guān)關(guān)系已得到證實，增加CREB的磷酸化與空間學習改善有關(guān)[18]。海馬體在學習和記憶中具有重要作用，在嚙齒類動物認知行為實驗中，如巴恩斯迷宮會導致海馬區(qū)miR-132/212顯著增加。對培養(yǎng)的神經(jīng)元給予化學或電刺激也會導致miR-132的快速升高?；钚哉T導miR-132/212的表達有助于記憶形成，研究證明miR-132/212促進新生神經(jīng)元樹突生長，miR-132對小鼠齒狀回新成熟神經(jīng)元興奮性神經(jīng)回路功能的完整性起重要作用[19-20]。敲除小鼠海馬miR-132/212可減少各種刺激下誘發(fā)的樹突長度、形狀及樹突棘的大小，而在海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元異位表達促進樹突生長。同樣,在小鼠海馬敲除miR-132/212會減少CA3和CA1神經(jīng)元之間的突觸傳遞，改變長時程增強動力學，長時程增強被認為是學習和記憶的關(guān)鍵細胞事件。

2.2 miR-132/212在AD及AD神經(jīng)病理中的作用和機制

2.2.1 miR-132/212在AD神經(jīng)病理中的作用 在最初報道的AD患者的海馬體中，miR-132水平并沒有改變，但有證據(jù)顯示在AD患者的大腦中miRNA下調(diào)[21]。在癡呆前期患者的海馬體、顳葉和前額葉皮質(zhì)表現(xiàn)出miR-132下調(diào)。在AD中，miR-132/122水平與Tau蛋白病理學的嚴重程度相關(guān)，而miR-132和Tau則在同一神經(jīng)元群中共同表達。與年齡匹配的對照組相比，12月齡3xTgAD能同時產(chǎn)生淀粉樣斑塊和神經(jīng)元纖維纏結(jié)的動物模型小鼠Aβ40/42水平增加，在18個月時，所有Aβ增加，Aβ42增加了10倍，因此，miR-132/212的丟失促進Aβ的生產(chǎn)、累積和沉積[22]。5個驗證過的miR-132下游目標有3個已經(jīng)證明在代謝或病理上的作用，包括Sirt1、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和Tau。研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，內(nèi)源性Sirt1和Tau在3xTgAD小鼠中上調(diào)，說明miR-132/212缺乏促進Tau的發(fā)生[7,23-24]。Sirt1可以對組蛋白、非組蛋白和其他轉(zhuǎn)錄因子進行脫乙?；?，并參與調(diào)節(jié)許多生理功能，包括細胞衰老、基因轉(zhuǎn)錄、能量平衡和氧化應(yīng)激。Sirt1功能障礙與神經(jīng)性疾病有關(guān)，特別是AD，Sirt1的影響可能作用于Aβ的上游和下游[25-26]。Sirt1的活性也被證明與Tau病理有關(guān)[27]。研究證明Sirt1對小鼠正常學習、記憶和突觸可塑性是不可缺少的[26]。

2.2.2 miR-132/122在AD神經(jīng)病理中的機制 另一個miR-132下游目標是MAPK1/胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)2，ERK/MAPK的異常調(diào)節(jié)與Aβ誘導的下游信號事件有關(guān)[25]。然而，ERK/MAPK也可以通過調(diào)節(jié)β分泌酶1在 Aβ生產(chǎn)的上游運行[28]，ERK在調(diào)節(jié)Tau磷酸化中也有一定作用，除Tau、Sirt1和ERK外，還有幾個基因或途徑也參與小鼠代謝的調(diào)節(jié)，如自噬損傷[28-29]。研究證明CREB和BDNF確實在miR-132/212敲除小鼠中受到影響[16]。miR-132能夠調(diào)節(jié)Tau蛋白切片和轉(zhuǎn)錄因子FOXOLA，這是Tau信號通路的一個因素,與AD的嚴重程度相關(guān)[30]。miR-132主要存在于含有超磷酸化蛋白的神經(jīng)元中，灰質(zhì)比白質(zhì)中更易發(fā)生下調(diào)。在一個重要的記憶區(qū)域——AD患者的細胞核基底細胞中，miR-132呈現(xiàn)出穩(wěn)定的水平。這一區(qū)域的miR-132表達與膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶表達呈正相關(guān)，并帶有超磷酸化蛋白的副作用[31]。在AD進展中發(fā)現(xiàn)miR-132水平變化，表明miR-132可能在最初階段保持膽堿能功能，而在后期階段則可能導致神經(jīng)退化。敲除miR-132/212的小鼠表現(xiàn)出更高水平的Tau表達、磷酸化和聚集，miR-132異位表達可抑制Tau蛋白磷酸化和聚集，miR-132/212敲除的小鼠表現(xiàn)出記憶損傷，還表現(xiàn)為BDNF、CREB、MECP2水平改變[29]。它還通過肌糖蛋白1，4,5-三磷酸激酶B(inositol 1,4,5-trisphosphate 3-kinase B,ITPKB)的上調(diào)加重淀粉樣蛋白的沉積，從而導致更高水平的磷酸化蛋白，同時也提高了BACE和ERK1/2蛋白活性[29]。在細胞株和受到氧化應(yīng)激影響的主要嚙齒類動物的神經(jīng)元中，miR-132/212過表達顯示了對神經(jīng)的保護作用。這些效應(yīng)是通過蛋白激酶B信號通路的目標來調(diào)節(jié)的，也就是轉(zhuǎn)錄因子FOXO3a，miR-132/212在AD患者中表達升高。miR-132/212水平與Tau病變嚴重程度相關(guān)。miR-132/212缺乏導致Tau聚集，是否存在另一種機制導致Tau聚集，Ucar等[32]發(fā)現(xiàn)，自噬在miR-132/212敲除的小鼠中是缺乏的，電子顯微鏡分析揭示了自噬液泡的大小和數(shù)量的凈增加，確認在沒有miR-132/212的情況下，自噬過程會受到損害。對于3xTg-AD小鼠，miR-132/212治療可明顯改善長期記憶缺陷，可能參與人類和3xTg-AD小鼠的調(diào)節(jié)膽堿能信號和記憶[33-35]。miR-132具有神經(jīng)保護特性，調(diào)節(jié)可存活的磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B通路，抑制包括FOXO3、P300和第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因在原發(fā)性海馬和皮質(zhì)神經(jīng)元的死亡信號級聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，在注射抗miR-132動物內(nèi)，海馬體和皮質(zhì)的淀粉樣斑塊沉積分別增加了2倍和1.7倍[29]。研究表明ITPKB在AD病理中有雙向作用，可以影響B(tài)ACEI活性導致Aβ產(chǎn)生，同時，通過ERK1/2的磷酸化和活性促進Tua磷酸化，ITPKB與AD患者大腦中的淀粉樣樣斑塊和神經(jīng)原纖維纏結(jié)在一起，并呈現(xiàn)出一種對miR-132的相互排斥的表達模式[35]。實驗進一步證明，miR-132下調(diào)對Aβ產(chǎn)生的影響是通過下調(diào)ITPKB實現(xiàn)的。miR-132直接影響Tau表達，因為MAPK mRNA含有一個miR-132結(jié)合位點，這與之前的研究一致[23,36-37]。miR-132通過控制MECP2表達調(diào)節(jié)樹突的可塑性，在出生后，MECP2表達減少會延遲神經(jīng)元的成熟和突觸的形成。早期生長反應(yīng)因子調(diào)節(jié)參與突觸活動和可塑性的許多基因，且早期生長反應(yīng)因子也可促進Tau磷酸化，從而破壞細胞骨架，早期生長反應(yīng)因子上調(diào)神經(jīng)元內(nèi)的早老素2基因，這是APP水解酶γ-分泌酶的關(guān)鍵輔因子[38]。BDNF與Sirt1是miR-132的目標基因，BDNF參與學習記憶、神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)元認知、突觸可塑性調(diào)節(jié)、神經(jīng)元凋亡過程和神經(jīng)元分化的調(diào)節(jié)，Sirt1參與應(yīng)激反應(yīng)、凋亡的調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、p53結(jié)合。血清中BDNF水平與AD患者的認知有關(guān)，Aisen[39]發(fā)現(xiàn)，BDNF水平越高，癡呆和AD的發(fā)生風險越低。

miR-132/212直接調(diào)節(jié)神經(jīng)元的一氧化氮合酶。一氧化氮在神經(jīng)元中由一氧化氮合酶形成，其是神經(jīng)保護因子還是神經(jīng)破壞因子取決于細胞氧化應(yīng)激的水平[38]。一氧化氮合酶高表達可能增加一氧化氮的產(chǎn)生和促進特定蛋白的異常S-亞硝基化，導致AD和其他神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。一氧化氮的大量堆積與神經(jīng)細胞損傷有關(guān)，并被認為是導致包括AD在內(nèi)的許多神經(jīng)退行性疾病的原因。與神經(jīng)退行性病變和Tau蛋白病理有關(guān)的特定蛋白質(zhì)的S-亞硝基(如細胞周期素依賴蛋白激酶5、動力相關(guān)蛋白1、甘油醛-3-磷酸脫氫酶)能增強與疾病相關(guān)的Ser396、Ser404和Ser202位點上Tau的磷酸化，損害神經(jīng)活性。miR-132/212的下調(diào)打亂了S-亞硝基的平衡和誘導Tau磷酸化[40]。對700例老年背外側(cè)前額皮質(zhì)樣本的研究證實，miR-132與Tau病理和神經(jīng)纖維纏結(jié)顯著相關(guān)，且對人類其他Tau病理如額顳葉變性和進行性核上性麻痹的最初分析表明miR-132是下調(diào)的[40]。在病理情況下，過量的一氧化氮能有效地促進S-亞硝基附近蛋白硫醇組產(chǎn)生S-亞硝基蛋白，一些蛋白的生物活性受到這種修飾的調(diào)節(jié)導致蛋白錯誤折疊、線粒體的分裂、突觸破壞、神經(jīng)毒性信號，最終促進神經(jīng)退行性變[41]。研究證實miR-132/212抑制導致過量一氧化氮產(chǎn)生，因此影響關(guān)鍵神經(jīng)元蛋白的S-亞硝基，反過來誘導Tau蛋白的高度磷酸化[40]。miR-132/212在調(diào)節(jié)AD神經(jīng)病理機制中起重要作用。

3 結(jié) 語

AD的診斷基于綜合的臨床評估，包括臨床癥狀、神經(jīng)心理學測試、神經(jīng)影像、基因測試。復合正電子發(fā)射斷層攝影術(shù)測定大腦Aβ沉積的蛋白質(zhì)靈敏度為83%～100%，特異度為46%～88%，Aβ42和Tau在AD診斷中的靈敏度和特異度分別為93.5%和82.7%，由于其數(shù)據(jù)獲取具有主觀性、侵入性等特點使其在臨床中常規(guī)應(yīng)用難以實現(xiàn)[42]。每年有10%～15%的MCI進展到AD階段，因此對AD的早期表現(xiàn)癥狀進行早期治療顯得尤為重要，所以診斷工具必須是基于發(fā)現(xiàn)AD發(fā)展中最早的癥狀階段。外周血miR-132/212是一種理想的生物標志物，具有易獲取、無創(chuàng)、價廉等優(yōu)點，可為AD的治療提供新策略。