miRNA調(diào)控阿爾茨海默癥致病相關(guān)基因GSK-3β表達(dá)的研究進(jìn)展

沈 杰，郭錫漢，徐偉江，楊國防，汪 旭，*

(1.云南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，生物能源持續(xù)開發(fā)與利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650500；2.上海三譽華夏基因科技有限公司，上海 201100)

阿爾茨海默癥(Alzheimerdisease，AD)是一種神經(jīng)退行性疾病，其主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶喪失、認(rèn)知衰退、學(xué)習(xí)障礙、自主生活能力下降等癥狀，嚴(yán)重影響社交、職業(yè)與生活[1]。AD的發(fā)生與發(fā)展是遺傳和環(huán)境因素作用的結(jié)果，且年齡和不健康生活方式等也會增加個體患病風(fēng)險。AD的主要病理特征表現(xiàn)為大腦中微管相關(guān)蛋白tau高度磷酸化形成神經(jīng)纖維纏結(jié)(neurofibrillarytangles，NFTs)，大腦海馬區(qū)β-淀粉樣蛋白(a-myloidβ-protein，Aβ)在細(xì)胞外沉積形成老年斑(senile plaques，SP)，神經(jīng)元DNA的損傷造成神經(jīng)元丟失、突觸連接丟失以及突觸功能異常等。

糖原合成酶激酶3β(glycogensynthasekinase3β，GSK-3β)是一類脯氨酸定向的絲氨酸/蘇氨酸激酶，至少可以磷酸化tau的5個位點(Ser199、202、396、404和413)[2]。目前研究表明哺乳動物中至少存在GSK-3α，GSK-3β二種GSK-3蛋白。前者調(diào)控Aβ的形成和tau磷酸化；后者調(diào)控tau磷酸化的同時還涉及細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分化、胰島素反應(yīng)、胚胎發(fā)育、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)元極化以及軸突-樹突形態(tài)調(diào)節(jié)等過程[3]。Woodgett等[1]發(fā)現(xiàn)GSK-3β參與精神疾病和神經(jīng)退行性疾病的調(diào)節(jié)，也是多種信號級聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵元素。

MicroRNA(miRNA)是一類進(jìn)化上非常保守的非編碼短RNA，通常與靶mRNA3′非翻譯區(qū)(3′UTR)序列結(jié)合，通過抑制翻譯過程而降低蛋白表達(dá)。一個miRNA可以調(diào)控多個基因，一個基因也可以由多個miRNA調(diào)控。研究已表明miRNAs在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程中起著關(guān)鍵作用[4]。miRNAs對AD的發(fā)生和發(fā)展可能涉及tau的磷酸化、淀粉樣前體蛋白(amyloid precursorprotein， APP)、 β 位 點 APP 切 割 酶 (β-siteAPP-cleavingenzyme1，BACE1)、神經(jīng)元DNA損傷以及凋亡等因素的調(diào)控。

1 GSK-3β和AD的關(guān)系

有研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者腦中GSK-3β的活性增加，使tau異常過度磷酸化，高度磷酸化的tau先是自聚成二聚體，再形成四聚體，由四聚體形成原纖維，之后形成纖維，最后生成NFTs，NFTs在細(xì)胞外聚集可導(dǎo)致神經(jīng)元毒性和認(rèn)知障礙。而且已有研究表明，GSK-3β能夠結(jié)合并磷酸化γ-分泌酶的催化成分早老素1(presenilin-1，PS1)[5]。此外，GSK-3β的激活可以抑制APP的分泌性切割，增加Aβ42的產(chǎn)生[5]。Aβ42可以通過抑制磷脂酰肌醇-3磷酸(phosphoinositide3-kinase，PI3K)/Akt信號傳導(dǎo)途徑和蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)途徑激活GSK-3β，GSK-3β可進(jìn)一步誘導(dǎo)tau過度磷酸化[6]。Aβ42也可以通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，釋放Ca2+參與GSK-3β活化和tau磷酸化的過程[7]。通常認(rèn)為，過度磷酸化的tau和寡聚體Aβ42是導(dǎo)致AD早期階段神經(jīng)元功能障礙和認(rèn)知障礙的主要原因，但在致病過程中的相互作用機制尚不清楚。

2 調(diào)控GSK-3β的miRNAs研究

2.1 體外研究

2.1.1 miR-124家族和miR-9 Kang等[8]發(fā)現(xiàn)在N2a/APP695swe細(xì)胞中miR-124-3p的表達(dá)顯著降低；轉(zhuǎn)染miR-124-3p的類似物(mimics)后可以減少細(xì)胞的凋亡和降低tau異常過度磷酸化，不改變tau的表達(dá)量，但提高Caveolin-1、PI3K、磷酸化的Akt、GSK-3β的表達(dá)，表明miR-124-3p通過調(diào)節(jié)Caveolin-1-PI3K/Akt/GSK-3β途徑抑制tau的過度磷酸化。

miR-9和miR-124是哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的兩種miRNA，參與調(diào)控神經(jīng)突觸的發(fā)育，miR-9負(fù)調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞(neuralstemcell，NSCs)的增殖并促進(jìn)神經(jīng)元分化，miR-124在維持神經(jīng)元特征中發(fā)揮作用[9]。Xue等[10]發(fā)現(xiàn)miR-9和miR-124共同靶向并抑制Rap2a的表達(dá)，而降低Akt和GSK-3β的磷酸化水平，使兩種蛋白失活，GSK-3β的失活促進(jìn)NSCs的分化和樹突的形成。提示miR-9和miR-124可能在AD中發(fā)揮神經(jīng)協(xié)同保護(hù)作用，為AD治療提供新的思路和可能靶點。

2.1.2 miR-1303 Li等[11]在人神經(jīng)細(xì)胞研究中發(fā)現(xiàn)miR-1303靶向GSK-3β和SFRP1的3'UTR，增加MYC和CyclinD1的表達(dá)，降低p21和p27的表達(dá)，表明miR-1303通過靶向GSK-3β和SFRP1促進(jìn)神經(jīng)母細(xì)胞瘤增殖，并且可能是神經(jīng)母細(xì)胞瘤治療的靶標(biāo)。

2.1.3 miR-21 Gao等[12]在神經(jīng)干/前體細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)miR-21通過調(diào)節(jié)Akt和GSK-3β途徑促進(jìn)神經(jīng)分化并抑制細(xì)胞增殖。Kang等[13]在神經(jīng)細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)miR-21靶向程序性細(xì)胞死亡蛋白4(programmedcelldeathprotein4，PDCD4)，且在用Aβ42建立的AD細(xì)胞模型中，miR-21水平顯著升高，此外，miR-21的mimics可以抑制Aβ42誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，且增加PI3K、Akt和GSK-3β活性。表明miR-21在體外可能依賴于PDCD4/PI3K/Akt/GSK-3β信號通路在AD中發(fā)揮保護(hù)作用。

2.1.4 miR-135b家族 Zhang等[14]發(fā)現(xiàn)miR-135b靶向GSK-3β促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞增殖，抑制凋亡和神經(jīng)炎癥而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。Duan等[15]研究發(fā)現(xiàn)miR-135b-5p靶向GSK-3β的3'UTR。此外，miR-135b-5p過表達(dá)還促進(jìn)核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)/抗氧化反應(yīng)元件(ARE)信號傳導(dǎo)的激活。表明miR-135b-5p通過下調(diào)GSK-3β來促進(jìn)Nrf2/ARE信號通路介導(dǎo)保護(hù)神經(jīng)元。

2.1.5 miRNA-135a 已有研究報道，miR-135a為凋亡相關(guān)miRNA，參與神經(jīng)元損傷的調(diào)節(jié)[14]。Liu等[16]用氧-葡萄糖剝奪和復(fù)氧(oxygen-glucosedeprivationandreoxygenation，OGD/R)處理大鼠皮質(zhì)神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)miR-135a靶向GSK-3β，且通過抑制GSK-3β來上調(diào)Nrf2/ARE信號傳導(dǎo)途徑，從而預(yù)防神經(jīng)元的損傷。表明miR-135a通過下調(diào)GSK-3β促進(jìn)Nrf2/ARE信號通路介導(dǎo)保護(hù)神經(jīng)元。

2.2 動物模型研究

2.2.1 miR-132/212 Wang等[17]在小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)miR-132/212下調(diào)會導(dǎo)致tau磷酸化水平升高和聚集程度增加。Smith等[18]證實miR-132/212直接靶向tau的mRNA，但以GSK-3β和PP2B為體內(nèi)異常tau磷酸化的效應(yīng)物時，發(fā)現(xiàn)miR-132/212缺失會加重患病小鼠的tau過度磷酸化，其原理目前尚不清楚。

研究表明，miR-132是AD患者死亡后大腦中下調(diào)最顯著的miRNA[19]。miR-132通過直接調(diào)節(jié)tau的修飾物EP300、GSK-3β、Calpain2/3/7介導(dǎo)保護(hù)原代小鼠和人類野生型神經(jīng)元抵抗神經(jīng)毒性[20]。上述研究表明miR-132可能是調(diào)節(jié)神經(jīng)元健康的重要因子。

2.2.2 miR-26a Jiang等[21]發(fā)現(xiàn)miR-26a在體外(神經(jīng)元細(xì)胞系)和體內(nèi)(成年小鼠)均靶向感覺神經(jīng)元中的GSK-3β，抑制miR-26a的表達(dá)均損害軸突的再生。此外，用GSK-3β抑制劑處理成人感覺神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)Smad1蛋白水平顯著降低，表明miR-26a參與GSK-3β調(diào)節(jié)Smad1的表達(dá)以及Smad1介導(dǎo)的調(diào)節(jié)哺乳動物軸突再生的過程，miR-26a可能是哺乳動物軸突再生的生理調(diào)節(jié)劑。

2.2.3 miR-126 Kim等[22]在AD模型小鼠的miR-126過表達(dá)神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)miR-126過表達(dá)下調(diào)GF/PI3K/Akt和ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中Akt、GSK-3β和ERK的磷酸化水平。此外，miR-126水平升高增加神經(jīng)元易受Aβ42介導(dǎo)的毒性的影響，神經(jīng)保護(hù)因子不能消除miR-126的毒性作用。表明在AD中miR-126可能與神經(jīng)毒性之間有重要的聯(lián)系。

2.3 人體研究

2.3.1 miR-138 miR-138在人腦中含量豐富，Wang等[23]發(fā)現(xiàn)miR-138可以誘導(dǎo)GSK-3β的激活，并增加tau磷酸化水平。此外，在腦、腦脊液、AD患者血液和轉(zhuǎn)基因模型研究中還發(fā)現(xiàn)視黃酸受體α(retinoicacidreceptoralpha，RARA)是miR-138的直接靶標(biāo)，RARA的類似物可以抑制GSK-3β活性，且減少由miR-138誘導(dǎo)的tau磷酸化。表明miR-138可能通過靶向RARA/GSK-3β途徑誘導(dǎo)tau蛋白過度磷酸化。

2.3.2 miR-302 Li等[24]的研究表明miR-302通過沉默GSK-3β和PTEN激活A(yù)kt信號途徑，刺激Nrf2/HO-1和Nanog表達(dá)的升高，Nrf2/HO-1表達(dá)升高抑制Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，Nanog表達(dá)升高抑制Aβ誘導(dǎo)的p-Ser307-IRS-1表達(dá)，而使p-Ser9-GSK3β形成。體內(nèi)研究顯示，在AD患者血細(xì)胞中，Nanog和編碼miR-302的LARP7mRNA水平均顯著降低，表明miR-302可能通過沉默GSK-3β來抑制Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性。

3 總結(jié)和展望

AD的發(fā)病機制十分復(fù)雜，但涉及Aβ沉積和tau過磷酸化的機制仍然是AD研究的核心。盡管投入大量人力和物力用于開發(fā)預(yù)防和治療AD的藥物，但目前仍無有效的治療方法，在個人、醫(yī)學(xué)和社會經(jīng)濟水平上造成越來越大的負(fù)擔(dān)[25]。GSK-3β對于tau過磷酸化修飾和Aβ沉積的形成起關(guān)鍵作用，臨床研究支持GSK-3β抑制劑可用于治療AD，其抑制劑的開發(fā)已經(jīng)進(jìn)行許久。miRNA的靶向性抑制正好是一個抑制表達(dá)的方式。正如本綜述所討論的，miRNA可能通過調(diào)節(jié)GSK-3β，在AD發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，但使用miRNA作為抑制GSK-3β的方法是否是治療AD的有效方法，則還需要進(jìn)一步的探索。