microRNA在脊柱脊髓損傷中作用的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

李賀祥，叢 巖，王佳瑤 ，邱 濤 綜述，王春慶 審校

(1.貴州醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，貴陽 550004；2.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，貴陽 550004)

作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中較為嚴(yán)重的創(chuàng)傷之一，脊髓損傷(SCI)是脊柱骨折的嚴(yán)重并發(fā)癥[1]。其早期主要有因損傷組織缺血、水腫、氧自由基形成及炎性反應(yīng)等多種因素聯(lián)合作用引起的暫時(shí)性或永久性的病理生理改變，最終可導(dǎo)致肢體運(yùn)動(dòng)和感覺能力喪失[2]，目前尚無令人滿意的療法[3]。最近有研究表明，SCI的繼發(fā)性損傷和損傷后神經(jīng)再生過程受到microRNA(miRNA)的顯著調(diào)控,對(duì)與SCI相關(guān)的miRNA的研究可以提高對(duì)疾病進(jìn)程的認(rèn)識(shí)，從而為臨床醫(yī)生提供治療SCI及預(yù)測(cè)臨床預(yù)后的機(jī)會(huì)[4]。

miRNA是一種長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的非編碼小分子RNA，具有在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因表達(dá)的功能。作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)者，miRNA能調(diào)控蛋白質(zhì)的合成，因此可以調(diào)控疾病和發(fā)育的每一個(gè)進(jìn)程。miRNA涉及調(diào)節(jié)生理?xiàng)l件下神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及功能完善的每一個(gè)過程，包括神經(jīng)細(xì)胞正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的維持、軸突生長(zhǎng)、突觸可塑性、功能及形態(tài)維持等方面[5]。此外，miRNA還參與病理?xiàng)l件下SCI過程，且在某些方面反映出損傷的嚴(yán)重程度[6]。既往的研究表明，miRNA可能參與了神經(jīng)退行性變，提示miRNA表達(dá)的改變也可能參與了包括脊髓在內(nèi)的創(chuàng)傷后繼發(fā)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷[7],YUNTA等[8]通過構(gòu)建創(chuàng)傷型SD大鼠SCI模型，并對(duì)SCI后不同時(shí)間點(diǎn)大鼠miRNA的表達(dá)進(jìn)行生物信息學(xué)分析，結(jié)果證明了miRNA的表達(dá)變化參與了包括炎性反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及星形膠質(zhì)細(xì)胞增生等多個(gè)SCI病理生理過程[9]。現(xiàn)就miRNA在SCI中作用的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展綜述如下。

1 miRNA與SCI后炎性反應(yīng)

SCI是因原發(fā)性損傷和炎性反應(yīng)引發(fā)的繼發(fā)性損傷所共同導(dǎo)致的創(chuàng)傷性疾病[10]，在急慢性SCI的發(fā)病機(jī)制及神經(jīng)、組織損傷等重要環(huán)節(jié)的炎性反應(yīng)中發(fā)揮著主要調(diào)控作用，也是繼發(fā)二次損傷的關(guān)鍵條件之一[11]。近期研究發(fā)現(xiàn)SCI后炎性相關(guān)miRNA會(huì)發(fā)生表達(dá)改變,提示這些miRNA可能在調(diào)控炎性反應(yīng)介導(dǎo)的繼發(fā)性損傷環(huán)節(jié)起到關(guān)鍵作用[12]。

LIU等[13]通過生物信息學(xué)分析顯示，一些炎癥介質(zhì)基因，如腫瘤壞死因子(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)是miR-411、miR-99a、miR-34a mir-384-5p和mir-30b-5p的潛在靶基因，在SCI后表達(dá)下調(diào)，這表明SCI后miRNA本身及其潛在靶基因的表達(dá)都發(fā)生變化，而這些靶基因正是編碼以SCI為發(fā)病基礎(chǔ)的炎癥、氧化損傷和凋亡等相關(guān)蛋白的基因。SCI發(fā)生后會(huì)促發(fā)炎性反應(yīng)，炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-6 、1L-1β及花生四烯酸代謝產(chǎn)物等水平在6 h內(nèi)明顯上升[14]，當(dāng)這些因子位于SCI中心處并高度表達(dá)時(shí)，miR-223也在同一損傷區(qū)域明顯高表達(dá)，提示SCI中miR-223與炎癥因子參與的炎性反應(yīng)存在相關(guān)性[15-16]；JEE等[17]在正常小鼠脊髓中注射miR-20a,發(fā)現(xiàn)在小鼠脊髓組織中發(fā)生炎性反應(yīng),并因此導(dǎo)致神經(jīng)元死亡,整個(gè)病程與人因創(chuàng)傷導(dǎo)致的SCI相似；JEE還將miR-20a抑制劑注射到小鼠SCI部位使miR-20a表達(dá)沉默,后期發(fā)現(xiàn)小鼠后肢活動(dòng)日漸恢復(fù),且該組神經(jīng)元死亡較少，這表明miR-20a不僅參與了SCI后炎性反應(yīng)過程，同時(shí)也與損傷后功能恢復(fù)有關(guān)。miR-126是在血管內(nèi)皮細(xì)胞中高度富集的miRNA，既往研究證實(shí)其在SCI后表達(dá)下調(diào)[18]。HU等[18]在創(chuàng)傷型大鼠SCI模型中，通過上調(diào)miR-126的水平能夠促進(jìn)血管新生，抑制白細(xì)胞外滲進(jìn)入損傷脊髓，因此，目前的研究表明，miR-126在SCI后促進(jìn)血管生成和抑制炎癥進(jìn)展中發(fā)揮了重要作用。在SCI中，由于炎性反應(yīng)所引起的繼發(fā)性損傷會(huì)再一次加重對(duì)機(jī)體的打擊[19]，miRNA在調(diào)控炎性因子和炎性介質(zhì)所介導(dǎo)的繼發(fā)性損傷中起關(guān)鍵性作用，有望成為治療SCI的一種潛在途徑。

2 miRNA與SCI后細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是基因調(diào)控的細(xì)胞自主有序的死亡形式之一，SCI后廣泛出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡現(xiàn)象，它是SCI后影響損傷修復(fù)的一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是繼發(fā)性損傷。早期研究證實(shí)，SCI后發(fā)生神經(jīng)細(xì)胞死亡現(xiàn)象并不是SCI的直接作用而是因?yàn)槔^發(fā)了細(xì)胞凋亡[20]。因此，抑制SCI后神經(jīng)細(xì)胞的凋亡對(duì)促進(jìn)早期神經(jīng)功能恢復(fù)進(jìn)而改善機(jī)體預(yù)后有著重要意義。已有文獻(xiàn)報(bào)道在小鼠SCI后出現(xiàn)miR-486水平上調(diào)[21]，NeuroD6水平下調(diào)[22]。NeuroD6是一種神經(jīng)保護(hù)基因，與神經(jīng)元分化和氧化應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)[23]。當(dāng)抑制miR-486表達(dá)后，NeuroD6的蛋白水平升高，提示miR-486可調(diào)控NeuroD6的基因水平而發(fā)揮抑制凋亡并改善運(yùn)動(dòng)功能的作用。同樣，miR-20a被證實(shí)可通過調(diào)控凋亡相關(guān)蛋白進(jìn)而影響脊髓及運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)[1，23]。HU等[24]通過構(gòu)建創(chuàng)傷型SD大鼠SCI模型，利用微陣列分析數(shù)據(jù)篩選出最明顯表達(dá)上調(diào)的miR-21作為目標(biāo)miRNA，研究其功能，并通過鞘內(nèi)注射antagomir-21使miR-21表達(dá)沉默，HU發(fā)現(xiàn)與陰性對(duì)照組比較，antagomir-21干預(yù)組在SCI后細(xì)胞凋亡顯著增加。在許多疾病和細(xì)胞類型中，促凋亡基因Fas配體(FasL)，磷酸酶和張力蛋白同源物(PTEN)及程序性細(xì)胞死亡蛋白4(PDCD4)被證明是miR-21的直接靶點(diǎn)。HUANG等[25]在對(duì)川芎嗪(TMP)在SCI中的保護(hù)作用機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，TMP改善運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)和減少細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制可能為TMP上調(diào)了miR-21的表達(dá)，同時(shí)抑制了FasL、PDCD4和PTEN的表達(dá)。這些結(jié)果提示miR-21在調(diào)控SCI后繼發(fā)性細(xì)胞死亡中發(fā)揮了重要作用，而miR-21的保護(hù)作用可能是其對(duì)促凋亡基因調(diào)控的結(jié)果。ZHU等[26]的研究也揭示了miR-494通過調(diào)控磷酸酶張力蛋白基因(PTEN)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在SCI大鼠中起到神經(jīng)保護(hù)作用。有研究發(fā)現(xiàn)在SCI大鼠鞘內(nèi)注射antagomir-223能夠顯著抑制細(xì)胞凋亡和促使SCI后大鼠后肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。因?yàn)閍ntagomir-223能夠顯著降低促凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤-2(Bcl-2)相關(guān)X蛋白(Bax)和重組人半胱天冬酶3(caspase-3)的表達(dá)水平，并調(diào)節(jié)抗凋亡的Bcl-2蛋白水平及谷氨酸受體2(GluR2)的表達(dá)，這表明通過抑制miR-223的表達(dá)在SCI后功能恢復(fù)、血管生成和抗凋亡等方面起到重要作用[27]。此外，一些凋亡相關(guān)基因如caspase-3、鈣蛋白酶(calpain)1、calpain 2、Bcl-2、c-Myc和凋亡誘導(dǎo)因子基因都可能是一些SCI后下調(diào)的miRNA(如miR-124，mir-235-3p、miR-137、mir-30b-3p)和上調(diào)的miRNA(如miR-1、miR-15b、miR-34、miR-145)的潛在靶基因。而抗凋亡相關(guān)基因包括Bcl2-1和Bcl2-2基因等可能是SCI后一些被上調(diào)的基因如miR-21、miR-146a、miR-20a、miR-145、miR-214、miR-674-5p、miR-15b、miR-17、miR-206和miR-672的潛在靶基因[28]。也有一些miRNA如let7/miR-98家族，其表達(dá)改變對(duì)凋亡的影響仍有爭(zhēng)議，因?yàn)樗麄儗?duì)細(xì)胞凋亡作用根據(jù)情況不同而有所變化。此前發(fā)布的研究表明，大多數(shù)這類miRNA是通過P53和Akt通路或沉默關(guān)鍵細(xì)胞凋亡的分子，如caspases-3、caspases-9、Fas/CD95、c-Myc或Bcl-2蛋白家族的幾個(gè)成員發(fā)揮調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡作用的[14]。

3 miRNA與SCI后神經(jīng)再生與修復(fù)

SCI后中樞神經(jīng)系統(tǒng)自我修復(fù)和再生能力有限，而脊髓與機(jī)體的感覺和運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)，因此研究如何促進(jìn)損傷后神經(jīng)元再生、神經(jīng)功能恢復(fù)顯得尤為重要。作為內(nèi)源性調(diào)控因子的miRNA,具備調(diào)控超過1/3的人類基因的非編碼小分子RNA的能力[29]。因此,靶向miRNA調(diào)控可以有效地促進(jìn)SCI的修復(fù)。當(dāng)前關(guān)于miRNA在神經(jīng)細(xì)胞軸突間作用的研究很多，YU等[30]在斑馬魚脊髓橫斷損傷后檢測(cè)到再生的腦干神經(jīng)元中的miR-133b水平上調(diào)，使miR-133b水平下調(diào)后斑馬魚運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)再生情況明顯減弱。生物信息分析和靶基因預(yù)測(cè)提示RhoA蛋白為miR-133b的可能靶基因，在斑馬魚SCI后出現(xiàn)RhoA 基因水平上調(diào)，且這種上調(diào)的基因能夠使損傷后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)減弱[31]。miR-133b在SCI的作用機(jī)制中一個(gè)重要的關(guān)鍵性因素是通過其mRNA直接作用降低RhoA蛋白水平來實(shí)現(xiàn)的[32]。SCI后miR-133b可通過對(duì)RhoA蛋白的調(diào)控影響軸突再生從而在損傷修復(fù)及功能恢復(fù)過程中發(fā)揮作用。陳琨等[3]研究中證實(shí)了miR-152在SCI中的重要作用是促進(jìn)了神經(jīng)軸突的生長(zhǎng)。在YI等[33]的研究中，miR-155表達(dá)缺失促進(jìn)了SCI后髓鞘修復(fù)過程，可用于SCI和其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療的新靶點(diǎn)[34]。OBERNOSTERER等[35]報(bào)道表明,在神經(jīng)系統(tǒng)中高表達(dá)的miR-138在調(diào)節(jié)神經(jīng)生長(zhǎng)和神經(jīng)再生過程中起到關(guān)鍵性作用。SCI可導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，星形膠質(zhì)細(xì)胞增生是SCI早期的增生性反應(yīng)，可修復(fù)受損的血腦屏障和隨后的增生性反應(yīng)并最終形成膠質(zhì)瘢痕。膠質(zhì)瘢痕的形成限制了損傷范圍的擴(kuò)增,但其增生卻使得軸突的伸長(zhǎng)受限。BHALALA等[36]在小鼠SCI模型中發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞病變附近檢測(cè)到高水平的miR-21，而未受傷的脊髓星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)區(qū)檢測(cè)到的miR-21卻是低水平的，星形膠質(zhì)細(xì)胞中miR-21過表達(dá)能使SCI星形膠質(zhì)細(xì)胞肥大反應(yīng)減弱。在星形膠質(zhì)細(xì)胞中應(yīng)用miRNA海綿技術(shù)抑制miR-21不但會(huì)增強(qiáng)肥大反應(yīng)，還增加了病變部位神經(jīng)軸突密度。研究miR-21在SCI后纖維化瘢痕形成的重要作用及機(jī)制，將可能為促進(jìn)SCI后軸突再生和功能恢復(fù)的治療目標(biāo)[37]。

4 總結(jié)與展望

大量研究證據(jù)表明miRNA在SCI后復(fù)雜的病理生理過程(如炎性反應(yīng)、神經(jīng)生長(zhǎng)、增殖和凋亡)中起到了重要的調(diào)控作用，如今更多與SCI有關(guān)的miRNA還有待發(fā)現(xiàn)，相關(guān)證據(jù)和資料也亟待收集。隨著各項(xiàng)基因檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，基因調(diào)控的研究不斷深入，關(guān)于miRNA的基礎(chǔ)研究越來越多。有更多的研究者們參與進(jìn)來，探討如何通過合理有效調(diào)控與SCI靶向相關(guān)的miRNA的表達(dá)，而實(shí)現(xiàn)其對(duì)SCI更好地預(yù)防、診斷及治療價(jià)值。干預(yù)miRNA的表達(dá)對(duì)減少SCI繼發(fā)性損傷及神經(jīng)功能恢復(fù)改善有重要意義，可能成為治療SCI的有效靶點(diǎn)，可為探索新的臨床治療SCI及其他病癥的治療方法提供新思路、新技術(shù)與新途徑。