微小RNA在tau蛋白過度磷酸化中的作用

劉佳惠，徐丹，宋波，廖華強，應(yīng)明，徐慧文，郭超欽，黎玲玲，羅友根*

（1井岡山大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)退行性疾病與衰老研究中心，吉安，343009；2吉安市吉州區(qū)疾病預(yù)防控制中心，吉安，343000）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease, AD）是一類常見的神經(jīng)退行性疾病，主要臨床表現(xiàn)為學(xué)習(xí)記憶障礙、失語、失憶、失認、視空間技能損害，抽象思維改變等[1]。其主要病理表現(xiàn)為老年斑（senile plaque, SP）和神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles, NFTs）及進行性突觸損傷與神經(jīng)元丟失[2]。老年斑由β-淀粉樣蛋白（β-amyloid protein, Aβ）沉積而成，過度磷酸化的tau蛋白是神經(jīng)纖維纏結(jié)的重要組成成分。目前關(guān)于AD發(fā)病機制的主要學(xué)說包括：淀粉樣肽級聯(lián)反應(yīng)、微管相關(guān)tau異常、氧化應(yīng)激、炎癥介質(zhì)、膽堿功能降低等學(xué)說。

微小RNA（microRNA, miRNA）是由內(nèi)源基因編碼的一類長度在20～24個核苷酸之間的單鏈非編碼RNA分子，能負向調(diào)控靶mRNA表達，最終導(dǎo)致mRNA降解或翻譯抑制[3]。研究表明MiRNA與AD發(fā)病密切相關(guān)[4]。本文就微小RNA在tau蛋白過度磷酸化中作用的相關(guān)研究進行簡單敘述。

1 Tau蛋白過度磷酸化在AD發(fā)病中的作用

細胞內(nèi)tau蛋白過度磷酸化是AD最早出現(xiàn)的病理改變之一。Dermaut[5]等研究發(fā)現(xiàn)，NFTs數(shù)量與AD癡呆程度呈正相關(guān)。NFTs中的主要成分成對螺旋絲的亞單位是過度磷酸化的tau蛋白。Tau蛋白是一種神經(jīng)元微管相關(guān)細胞骨架蛋白，存在于正常神經(jīng)元內(nèi)，主要集中于腦內(nèi)神經(jīng)元軸突之中，其主要功能是與微管相關(guān)蛋白結(jié)合聚合形成微管，維持微管穩(wěn)定性，并在神經(jīng)元可塑性中發(fā)揮重要作用。Tau蛋白磷酸化水平由催化磷酸化反應(yīng)的蛋白激酶和催化去磷酸化反應(yīng)的蛋白酯酶的活性共同調(diào)節(jié)。當tau蛋白磷酸化/去磷酸化出現(xiàn)平衡紊亂時，tau蛋白過度磷酸化形成雙螺旋絲（paired helical filaments, PHF）及NFTs，導(dǎo)致細胞骨架穩(wěn)定性遭到破壞，在腦中沉積而使神經(jīng)元變性[6]。研究表明，過度磷酸化的tau蛋白促微管組裝的生物學(xué)活性喪失，對蛋白水解酶抗性提高，從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性[7]。

2 MiRNA在AD發(fā)病中的作用

MiRNA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分布廣泛，可調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育、分化、成熟[8]。Schonorock等研究發(fā)現(xiàn)，AD患者腦組織中存在miRNA失調(diào)[9]。AD患者腦組織內(nèi)異常表達的miRNA作為重要的基因轉(zhuǎn)錄后負性調(diào)節(jié)因子參與Aβ聚積、神經(jīng)纖維纏結(jié)等神經(jīng)退行性病理變化的形成[10]。AD患者腦內(nèi)miR-132-3P表達水平降低和miR-125b過表達均能誘導(dǎo)tau蛋白過度磷酸化[11,12]。有研究顯示，可溶性泛素羧基末端水解酶 -1（ubiquitin C-terminal hydrolase L1, UCHL1）的降低會導(dǎo)致AD，其機制與誘導(dǎo)tau蛋白過度磷酸化有關(guān)[13]。MiR-922是UCHL1的負性調(diào)控因子，可通過與UCHL1的3’-UTR結(jié)合抑制其表達，從而促進tau蛋白過度磷酸化[14]。MiR-146a在AD中過表達，通過抑制ROCK1蛋白的翻譯，導(dǎo)致神經(jīng)元PTEN磷酸化的降低，進而引起tau蛋白過度磷酸化[15]。

3 MiRNA調(diào)控tau蛋白表達

進行性核上性麻痹（progressive supranuclear palsy, PSP）是一種tau蛋白相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病。PSP患者腦組織中miR-132表達下調(diào)，使靶基因神經(jīng)元多聚嘧啶序列結(jié)合蛋白2（polypyrimidine tract-binding protein 2, PTBP2）表達上調(diào)，從而調(diào)控tau蛋白外顯子10的剪接[16]。同樣，miR-124和miR-9通過調(diào)控特定剪接調(diào)節(jié)因子，對內(nèi)源性tau蛋白外顯子10的剪接進行調(diào)節(jié)[16,17]。Dickson等[18]在人類神經(jīng)母細胞瘤細胞系M17D和SH-SY5Y中采用雙熒光素酶報告基因技術(shù)發(fā)現(xiàn)tau蛋白3’-UTR中存在miR-34a結(jié)合位點，miR-34a與tau 蛋白3’-UTR特異性結(jié)合使tau mRNA和蛋白表達下調(diào)。

4 MiRNA調(diào)控磷酸激酶的活性

根據(jù)蛋白激酶催化tau蛋白磷酸化反應(yīng)序列特點可將其分為脯氨酸依賴性蛋白激酶（PDPK）和非脯氨酸依賴性蛋白激酶（non-PDPK）兩大類。其中PDPK大致可分為三類：①有絲分裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）及其三種主要亞型：細胞外信號相關(guān)蛋白激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）、p38MAPK。②周期蛋白依賴性激酶（cyclin dependent kinase, CDK），如CDK5；③糖原合成酶激酶-3（glycogen synthase kinase-3, GSK-3）。Non-PDPK包括：鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ, CaMKⅡ）、蛋白激酶A、蛋白激酶C、Ser/Thr蛋白激酶B及酪氨酸激酶1、酪氨酸激酶2等[19]。

4.1 MiRNA調(diào)控MAPK的活性

ERK1是一種直接的tau蛋白激酶?，F(xiàn)有資料顯示miR-15a在AD患者腦內(nèi)表達下調(diào)。進一步研究證實miR-15a對ERK1具有靶向調(diào)控作用，從而影響tau蛋白磷酸化[20]。帽結(jié)合蛋白4EHP是哺乳動物miRNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物的關(guān)鍵組成部分，介導(dǎo)基因沉默。研究發(fā)現(xiàn)雙特異性磷酸酶6（dual specificity phosphatase 6, DUSP6）mRNA被帽結(jié)合蛋白4EHP和miR-145所抑制，促進ERK1/2磷酸化和細胞生長，減少凋亡[21]。據(jù)該研究推測，miR-145可能在AD樣tau蛋白過度磷酸化中起到了一定的調(diào)控作用。MiR-125b的靶標之一，DUSP6，也稱為絲裂原活化蛋白激酶磷酸酶3，是ERK 1/2的負反饋調(diào)節(jié)因子，通過去磷酸化使ERK 1/2失活[22]。在AD患者腦內(nèi)miR-125b通過負調(diào)控DUSP6激活ERK1/2，導(dǎo)致tau蛋白過度磷酸化[11]。

4.2 MiRNA調(diào)控CDK5的活性

CDK5是調(diào)節(jié)tau蛋白磷酸化最重要的蛋白激酶之一[23]。Aβ低聚物促進Ca2+內(nèi)流，通過鈣調(diào)蛋白酶激活啟動CDK5/p35向CDK5/p25轉(zhuǎn)化，且CDK5/p25復(fù)合物的積累引起CDK5長時間激活，導(dǎo)致腦中tau蛋白過度磷酸化[24]。

視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（retinoblastoma protein,RB1）是一種主要的腫瘤抑制因子，通過調(diào)節(jié)細胞周期G1信號通路進而影響tau蛋白磷酸化水平。AD患者腦內(nèi)miR-26b表達增加，其與RB1信使RNA直接結(jié)合并減少RB1表達，促進RB1的磷酸化，進而使CDK5活性增加，導(dǎo)致tau蛋白過度磷酸化[25]。另有研究表明，miR-125b可以下調(diào)DUSP6誘發(fā)ERK1/2的激活最終使CDK5活化，導(dǎo)致tau蛋白出現(xiàn)多位點磷酸化[11]。Sun等研究發(fā)現(xiàn)miR-195可以與CDK5R1 3’-UTR結(jié)合通過抑制p35表達來降低CDK5活性，從而降低神經(jīng)元tau蛋白磷酸化水平[26]。Wang等研究結(jié)果表明miR-132通過NOS1信號間接抑制CDK5活性，使tau蛋白磷酸化水平下降[27]。

4.3 MiRNA調(diào)控GSK-3β的活性

在AD病理過程中，GSK-3β是催化tau蛋白過度磷酸化的主要激酶[28]。在AD模型中miR-138表達增高，過表達miR-138可以通過靶向調(diào)控視黃酸α受體（Retinoic acid receptor alpha, RARA）激活GSK-3β，從而促進tau蛋白的磷酸化[29]。在AD細胞模型中表達下調(diào)的miR-124-3p通過抑制Caveolin-1/PI3K/Akt信號通路激活GSK-3β，致使tau蛋白異常過度磷酸化，誘導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡[30]。轉(zhuǎn)染miR-124-3p模擬物能逆轉(zhuǎn)tau過度磷酸化，減少細胞凋亡，從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。另有研究報道GSK-3β為miR-132-3p的靶基因，與GSK-3β直接結(jié)合下調(diào)后者的表達從而降低tau蛋白磷酸化水平[12]。

5 MiRNA調(diào)控磷酸酯酶的活性

磷酸酯酶可催化tau蛋白去磷酸化。哺乳動物絲/蘇氨酸磷酸酯酶有5種，即PP1、PP2A、PP2B、PP2C、PP5。除PP2C外其它4種均能導(dǎo)致tau蛋白去磷酸化，其中PP2A是最重要的酯酶，其次為PP1、PP5、PP2B，其活性分別占人腦tau磷酸酯酶總活性的71%、11%、10%、7%[31]。蛋白磷酸酯酶2A（protein phosphatase 2A , PP2A）是人腦中調(diào)節(jié)tau蛋白磷酸化的主要酯酶，可以作用于人腦tau蛋白多個磷酸化位點，其活性與tau蛋白磷酸化水平呈負相關(guān)。Gong等研究發(fā)現(xiàn)在大鼠腦切片中PP2A抑制劑岡田酸引起tau蛋白過度磷酸化[32]。

已有研究提示雌激素對AD發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生一定影響[33]。雌激素受體分為ERα和ERβ。研究表明，ERα通過上調(diào)miR-218來抑制其靶蛋白酪氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase, PTPA）的表達，導(dǎo)致PP2A失活而GSK-3β激活，促進tau蛋白磷酸化；相反，ERβ抑制miR-218表達水平從而降低tau蛋白磷酸化水平[34]。Banzhaf等發(fā)現(xiàn)miR-125b能夠使蛋白磷酸酯酶1催化亞基α（protein phosphatase 1 catalytic subunit α isoform, PPP1CA）表達下調(diào)從而誘導(dǎo)tau蛋白磷酸化[11]。Smith等采用免疫印跡、RTPCR、熒光素酶報告基因研究技術(shù)在三轉(zhuǎn)基因AD小鼠（3xTg-AD）模型中發(fā)現(xiàn)，miR-132/212缺乏使PP2B表達下調(diào)而GSK-3β被激活，引起tau蛋白過度磷酸化，從而參與AD發(fā)病[35]。

6 總結(jié)與展望

MiRNA已被證實在神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛分布，參與中樞發(fā)育、神經(jīng)元分化和突觸塑形等過程，通過對突觸可塑性的調(diào)節(jié)參與形成學(xué)習(xí)記憶。Tau蛋白過度磷酸化被認為是AD發(fā)病主要機制之一。大量數(shù)據(jù)證實miRNA與AD發(fā)病密切相關(guān)。AD患者腦內(nèi)miRNA表達異常，后者通過調(diào)控蛋白激酶和/或蛋白酯酶活性影響tau蛋白磷酸化水平參與AD發(fā)病。由此推斷，miRNA有望成為AD診斷與防治的新的生物標記物和靶點。本文就AD患者或模型中異常表達的miRNA對tau蛋白磷酸化的作用及機制進行了總結(jié)（表1）。

表1 AD患者或模型中異常表達的miRNAs對tau蛋白磷酸化的作用及機制Tab.1 The role and mechanism of abnormally expressed miRNAs in the hyperphosphorylation of tau protein among AD patients or models

近年來關(guān)于miRNA在AD樣tau蛋白過度磷酸化中的作用越來越受到重視，已成為學(xué)者們研究的熱點。然而，對于如何通過靶向調(diào)控miRNA抑制tau蛋白過度磷酸化，防止AD的發(fā)生發(fā)展，是一個亟待解決的問題。