微小核糖核酸與孤獨(dú)癥譜系障礙的研究進(jìn)展

呂偉偉，張光滿(mǎn)，許華斌

作者單位：六安市第二人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，安徽 六安 237008

孤獨(dú)癥譜系障礙（autism spectrum disorders，ASD），是一種與遺傳因素相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育失調(diào)而引起的神經(jīng)精神紊亂性疾病，存在社會(huì)交往障礙、語(yǔ)言交流障礙和刻板的興趣與行為等是其主要臨床癥狀，另外還可伴有其他多種臨床癥狀，如智力障礙、癲癇等［1］。ASD是這類(lèi)疾病的總稱(chēng)，較嚴(yán)重的狀況稱(chēng)為自閉癥或經(jīng)典自閉癥譜系障礙，其他類(lèi)型有阿斯伯格綜合征和非特異的廣泛性發(fā)育障礙等。雖然ASD 病人各自的臨床特征和嚴(yán)重程度不盡相同，但在社會(huì)各階層和種族中都會(huì)出現(xiàn)，并且在各年齡段均會(huì)發(fā)病，特別是最近流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)ASD的患病人數(shù)正在逐年增加，且男性遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于女性［2］。流行病學(xué)和遺傳學(xué)研究證明，ASD 是一種多基因遺傳疾病，其遺傳學(xué)因素主要集中在染色體異常和基因突變，包括基因拷貝數(shù)變異、點(diǎn)突變、連鎖區(qū)域和microRNA（miRNA）等［3］。

miRNA 是一類(lèi)具有組織和時(shí)間特異性表達(dá)的微小RNA分子，通過(guò)與靶基因的信使RNA（Messenger RNA，mRNA）特異性堿基配對(duì)結(jié)合，導(dǎo)致其降解或抑制其翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)靶基因進(jìn)行精確調(diào)控［4-6］。在神經(jīng)系統(tǒng)中，miRNA參與中樞系統(tǒng)發(fā)育、神經(jīng)元分化和突觸塑形等過(guò)程，從而通過(guò)對(duì)突觸可塑性的調(diào)節(jié)，參與學(xué)習(xí)、記憶的形成［7］。因此miRNA與ASD關(guān)系密切，目前已有一些相關(guān)研究的報(bào)道。筆者就當(dāng)前的miRNA 與ASD 的研究進(jìn)展作一綜述。

1 miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)中作用

大量研究表明miRNA在腦組織中大量存在，且在大腦發(fā)育、神經(jīng)發(fā)生及功能中起著重要的作用［8-9］。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，miRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)中高表達(dá)，并與神經(jīng)軸突再生相關(guān)［10］。Li 等［11］研究發(fā)現(xiàn) 51 個(gè)miRNA、27個(gè)轉(zhuǎn)錄因子和59個(gè)靶標(biāo)基因與神經(jīng)軸突再生相關(guān)，其中hsa-miR-204-5p、hsa-miR-124-3p、hsa-miR-26a-5p、hsamiR-16-5p、hsa-miR-17-5p和hsa-miR-15b-5p在神經(jīng)軸突再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。劉曉東等［12］研究提示miR-342-5p 與膠質(zhì)細(xì)胞激活以及促進(jìn)脊髓損傷修復(fù)再生密切相關(guān)。目前，在哺乳動(dòng)物的腦組織中已發(fā)現(xiàn)大量的miRNAs，如在鼠中發(fā)現(xiàn)的具有腦組織表達(dá)特異性的miR-128，對(duì)miR-128 研究表明它在神經(jīng)元分化、凋亡、發(fā)生以及發(fā)育有一定的作用，說(shuō)明miRNA-128與腦組織的發(fā)育以及功能等均相關(guān)［13］。在孫丹等［14］通過(guò)對(duì)小鼠研究發(fā)現(xiàn)miR-132 和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）的表達(dá)有一定的相關(guān)性。豬的大腦在發(fā)育和形態(tài)等方面與人腦非常相似，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)胚胎豬中miR-34c 和miR-204 與大腦腦皮質(zhì)折疊過(guò)程中的神經(jīng)元遷移有關(guān)，在小鼠胚胎中同樣被證實(shí)miR-34c 和miR-204可以控制神經(jīng)元遷移和皮質(zhì)形態(tài)發(fā)生［15］。

Dicer 酶是參與miRNA 生物合成中重要的酶，敲除Dicer基因除了影響神經(jīng)干細(xì)胞早期的分化，引起大腦體積縮小、皮質(zhì)萎縮及神經(jīng)炎癥等異常外，還可影響miRNA生成。因此，研究人員可以通過(guò)敲除Dicer基因來(lái)觀察miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用。Takacs等［16］研究發(fā)現(xiàn)敲除Dicer基因后，斑馬魚(yú)的神經(jīng)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)明顯的發(fā)育缺陷，當(dāng)補(bǔ)充miR-430 后這種缺陷引起的癥狀就會(huì)得到顯著緩解。Pons-Espinal 等［17］研究發(fā)現(xiàn) Dicer 依賴(lài)性 miRNA 的丟失不影響成人海馬神經(jīng)干細(xì)胞增殖，但在體外分化時(shí)增加細(xì)胞凋亡。

miRNA的失調(diào)已被驗(yàn)證與神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默?。?8］、帕金森?。?9］、癲癇［20］、肌萎縮側(cè)索硬化［21］等均有關(guān)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，已知的miRNA 中有70%在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)，且不同類(lèi)型的細(xì)胞有著不同的miRNA表達(dá)譜，參與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展［10，22］。以上研究結(jié)果表明，miRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中扮演著非常重要的角色，miRNA 出現(xiàn)異常時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和功能出現(xiàn)異常，從而引起一系列神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2 miRNA在ASD基因變異的作用

迄今為止，在人體中發(fā)現(xiàn)2000多種不同的miRNAs。miRNA 常以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，有固定的基因座位，其中70%～90%位于具有編碼功能的DNA 序列的間隔區(qū)，轉(zhuǎn)錄獨(dú)立于其他基因。研究表明拷貝數(shù)變異（copy number variants，CNVs）是ASD 中重要的遺傳現(xiàn)象，CNVs 是一種廣泛存在于人類(lèi)基因組中的結(jié)構(gòu)性變異，并且與復(fù)雜的神經(jīng)發(fā)育障礙有關(guān)［22，23］。CNVs 主要包括DNA 的重復(fù)和缺失兩種方式，來(lái)源于家族遺傳或者新生變異，研究表明位于染色體7q11、15q11.2-13.3 和 16p11.2 區(qū)域的 3 個(gè)基因座位與ASD 相關(guān)性較高［24］。但這些研究?jī)H僅只是從蛋白編碼基因的變異上進(jìn)行的研究，未對(duì)miRNA 和ASD 的相關(guān)性進(jìn)行研究。miRNA 可通過(guò)調(diào)控基因的缺失或重復(fù)從而導(dǎo)致CNVs，并進(jìn)一步影響到靶基因的表達(dá)。這些能引起CNVs 的miRNAs 還可以影響其他關(guān)鍵位置的miRNA 的合成和功能從而影響蛋白的表達(dá)。Pereanu 等［25］研究發(fā)現(xiàn) 910 個(gè)自閉癥相關(guān)基因中存在2197 個(gè)CNV 基因座。后期許多CNV 研究已將miRNA 基因與自閉癥聯(lián)系起來(lái)，包括：hsa-miR-1306，hsa-miR-185，hsa-miR-1286和hsamiR-649 基因，hsa-miR-200a 和 hsa-miR-429 ，hsamiR-200b 和 hsa-miR-149［26］?？傊?，這些研究表明相應(yīng)基因拷貝數(shù)變異引起的miRNA 表達(dá)缺陷可能有助于解釋ASD病因的假說(shuō)。

miRNA基因中的多態(tài)性很罕見(jiàn)，人類(lèi)大約只有10%的前體miRNAs和1%的miRNAs有單核苷酸多態(tài)性（SNPs）［27-28］。此外，在這區(qū)域之外的前體miRNA 基因變異也可能影響miRNA 的表達(dá)和成熟［29-30］。例如，人類(lèi)編碼 miR-125a 基因中G-U 變異顯著地阻斷了前體miRNAs 的合成，并降低了miRNA 介導(dǎo)的表達(dá)［31］。Olde Loohuis 等［32］在自閉癥大鼠模型中發(fā)現(xiàn)miR-181c和miR-30d呈高表達(dá)，選擇性抑制miR-181c的功能可減緩神經(jīng)突觸生長(zhǎng)。Bahi［33］研究發(fā)現(xiàn)在大鼠齒狀回內(nèi)過(guò)表達(dá)miR-124將加重自閉癥樣癥狀，認(rèn)為miR-124 有望成為自閉癥治療的新靶點(diǎn)。Mor等［34］在自閉癥病人前額皮質(zhì)中則觀察到miR-142-5p、miR-142-3p、miR-451a、miR-144-3p、miR-21-5p 等多種 miRNAs 異常表達(dá)，通過(guò)生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)miR-21-5p 可作用于催產(chǎn)素受體基因，使之在腦組織中表達(dá)減少，影響自閉癥病人的生長(zhǎng)發(fā)育。進(jìn)一步地支持了miRNAs在ASD中基因變異的假說(shuō)。

以上兩類(lèi)基因作為疾病發(fā)生共同的遺傳基礎(chǔ)，在環(huán)境因素和表觀遺傳異常的作用下導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)元可塑性、突觸功能和神經(jīng)環(huán)路等異常，最終導(dǎo)致自閉癥癥狀的出現(xiàn)［35］。

3 miRNA在ASD診斷和治療中的作用

隨著miRNA在ASD發(fā)病機(jī)制研究的不斷深入，目前已初步證明，miRNA在ASD的發(fā)病過(guò)程中扮演著重要作用。自2008年以來(lái)，研究者對(duì)采集自ASD病人的不同組織、血液和細(xì)胞進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)均存在一些miRNAs在其中異常表達(dá)。如Jyonouchi等人［36］的研究發(fā)現(xiàn) miRNA 表達(dá)與 ASD 行為癥狀的變化以及ASD合并炎癥的嚴(yán)重程度相關(guān)，并檢測(cè)到的miRNA表達(dá)的變化以及ASD PBMo的細(xì)胞因子水平的變化，表明這些變化可能導(dǎo)致PTEN 介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑的失調(diào)。這可能反過(guò)來(lái)影響ASD 的行為癥狀。Tamara等［37］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在ASD病人中有7個(gè) miRNAs 有著顯著改變：miR-34c-5p，miR-92a-2-5p，miR-145-5p 和 miR-199a-5p 被上調(diào)和 miR-27a，miR-19-b-1-5p和miR-193a-5p被下調(diào)，miR-199a-5p和miR-92a-2a的上調(diào)以及miR-193a和miR-27a的下調(diào)能反過(guò)來(lái)影響SIRT1、HDAC2 和PI3K/Akt-TSC：mTOR信號(hào)通路。此外，MeCP2是miR-199a-5p的靶標(biāo)，并參與Rett綜合征（RTT），這可能解釋了患有該綜合征的女性病人的自閉癥表型。Hirsch等［38］在自閉癥兒童外周血中發(fā)現(xiàn)miR-134-5p 和miR-138-5p的表達(dá)顯著增加。另外，通過(guò)高通量實(shí)時(shí)qPCR 對(duì)從8名病人和6名對(duì)照活組織檢查的嗅黏膜干細(xì)胞（OMSC）中提取的miRNA進(jìn)行miRNA分析發(fā)現(xiàn)4種miRNAs 發(fā)生改變，miR-146a 上調(diào)，miR-221、miR-654-5p 和 miR-656 三個(gè)下調(diào)，miR-146a 過(guò)表達(dá)影響星形膠質(zhì)細(xì)胞谷氨酸攝取能力和神經(jīng)元樹(shù)突狀樹(shù)突［39］。由于miRNA在大多數(shù)組織、血液和細(xì)胞中具有較好的穩(wěn)定性和可檢測(cè)性，應(yīng)用miRNA作為一些疾病診斷的潛在生物標(biāo)志物已逐漸成為研究熱點(diǎn)［40-43］。雖然目前關(guān)于 miRNA 在 ASD 中的研究還存在一定的分歧，但后期在更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和大樣本研究后，必然會(huì)有更多的miRNAs被發(fā)現(xiàn)，從而利用多種miRNAs 組合進(jìn)行檢測(cè)ASD 將成為可能［37］。

隨著miRNA 在ASD 中研究的不斷深入，以miRNA 作為ASD 治療靶點(diǎn)的可行性逐漸進(jìn)入人們的視野。miRNA 是一種可以調(diào)節(jié)整體通路的小分子，可以通過(guò)對(duì)miRNA進(jìn)行上調(diào)或下調(diào)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)通路，使得miRNA成為自閉癥理想的治療靶點(diǎn)成為可能。另外，多數(shù)miRNA 在嚙齒動(dòng)物和人之間100%同源［44］，因此，可以使用動(dòng)物模型進(jìn)行廣泛的臨床前功效、毒性和藥代動(dòng)力學(xué)研究和評(píng)價(jià)。因此，關(guān)于ASD基于miRNA治療方案研究將會(huì)成為以后研究的熱點(diǎn)。

4 小結(jié)和展望

miRNA作為一種近期發(fā)現(xiàn)的、涉及幾乎所有生物學(xué)進(jìn)程的小分子RNA，其生物學(xué)功能也日益被闡明。近一些年，隨著ASD 的發(fā)病率逐漸上升，分子遺傳學(xué)發(fā)病機(jī)制成為研究的焦點(diǎn)，隨著全基因組測(cè)序技術(shù)以及基因關(guān)聯(lián)研究逐漸應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)很多基因的變異，特別是miRNA 的異常表達(dá)，都在ASD 的病人中出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的臨床表征。因此，隨著越來(lái)越多的miRNA被研究，新功能不斷被發(fā)現(xiàn)，與疾病發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的miRNA 逐漸被鑒別出來(lái)，這些miRNAs將可能成為ASD 治療的新靶點(diǎn)和診斷的生物標(biāo)志物。然而，關(guān)于ASD中miRNA的研究還有很多問(wèn)題等待解決：①miRNA如何在整個(gè)發(fā)育中的空間和時(shí)間上差異表達(dá)；②在發(fā)育期的不同階段，細(xì)胞如何發(fā)揮它們的作用；③在ASD中介導(dǎo)miRNA調(diào)節(jié)的分子機(jī)制是什么？因此，后期還需要大樣本以及更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)研究miRNA與ASD的關(guān)系，為疾病的診斷和治療帶來(lái)新的希望。