miRNA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用機制及臨床應用研究進展

黃婉儀 張又祥

廣州市第一人民醫(yī)院華南理工大學附屬第二醫(yī)院兒科 510180

通信作者：黃婉儀，Email：winnie523@126.com

MicroRNA（miRNA）是一類長約21～23 個核苷酸的小分子非表面RNA，其典型特征表現(xiàn)為內(nèi)源性、調(diào)控性，在生物體內(nèi)廣泛存在，但存在的形式又有所多樣，根據(jù)存在的階段來看，可以分為初級期、前體期、成熟期［1］。相較于初級期和前體期，只有成熟期的miRNA 才能夠通過與靶基因miRNA 的3’端非編碼去互補配對，使靶基因mRNA 降解或抑制其轉(zhuǎn)錄后翻譯［2］。隨著學界對miRNA 研究的不斷深入，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)其異常表達與多種疾病的發(fā)生有著密切的聯(lián)系，最為常見的如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、惡性腫瘤等［3］。

1 miRNA的基本闡述

數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，超過七成的miRNA有表達，并且在神經(jīng)元中的代謝能力比較強。miRNA 家族是一個龐大的家族，可以有多種存在形式，如miRNA9、miRNA23、miRNA29、miRNA128 等，這些類型的miRNA 通常在大腦中屬于特異性表達。神經(jīng)系統(tǒng)的不同，miRNA 的表達也有所差別。一般情況下，miRNA124、miRNA128多表達于神經(jīng)元中，而對于未分化的神經(jīng)組細胞，則難以見其表達，甚至無表達［4］。miRNA9、miRNA125 等在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達比較均勻。miRNA23、miRNA26 等更多表達于星形膠質(zhì)細胞中。

2 miRNA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的作用機制

2.1 miRNA 調(diào)控神經(jīng)元的分化 神經(jīng)元分化是指神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時，神經(jīng)元發(fā)生定向遷移，從而達到不同位置，并發(fā)揮特定生物學功能的一種現(xiàn)象。對于神經(jīng)干細胞而言，在其分化開始之后，分化的全能性便喪失，此后的分化只能受到多種信號的調(diào)控及指導，呈現(xiàn)出一定的時間、空間順序或特點。在哺乳類動物中，miRNA 可對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育進行調(diào)控，這樣能夠讓中樞神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育、分化的過程中，呈現(xiàn)出時序性和空間性順序的特點。與此同時，在不同神經(jīng)細胞的正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的維持和穩(wěn)定，少不了miRNA 的參與，其發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。葉亞龍等［5］研究中，指出miRNA-34a 是一種進化保守并在腦中高表達的miRNA，研究發(fā)現(xiàn)miRNA 參與調(diào)控小鼠大腦發(fā)育和行為的特定方面，但是同時也指出并非是調(diào)控大腦結(jié)構(gòu)分區(qū)與皮層分層形成。Bernstein E 等［6］進行了動物實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Dicer 酶基因雙敲除小鼠中，胚胎發(fā)育期間，在發(fā)育到7.5 d時，出現(xiàn)了脊索形成障礙，此時胚胎繼續(xù)發(fā)育，但是呈現(xiàn)畸形發(fā)育的狀態(tài)，隨后便出現(xiàn)死亡。

2.2 miRNA 調(diào)控神經(jīng)元的增殖 生物體的生命體征表現(xiàn)在多個方面，其中細胞增殖是重要的一個方面。細胞增殖是指神經(jīng)細胞以有絲分裂的方式進行增殖［7］。對于細胞增殖，不同類型的miRNA 有著不同的作用，具體表現(xiàn)為減緩和促進［8］。減緩細胞增殖的miRNA 蛋白主要有miRNA9、miRNA124。miRNA9對于減緩調(diào)節(jié)神經(jīng)干細胞的增殖，主要是通過抑制核受體和下游效應器感染細胞周期調(diào)節(jié)基因來實現(xiàn)［9］。有研究指出，在大腦皮質(zhì)中miRNA 的表達比較高，其對神經(jīng)干細胞增殖的減緩或抑制有重要的作用，而這一作用的實現(xiàn)，需通過抑制神經(jīng)元專一性染色質(zhì)重塑復合物BAF 的表達實現(xiàn)［10］。在促進細胞增殖miRNA方面，以miRNA137、miRNA184 為主。miRNA137 對于神經(jīng)干細胞增殖的促進，其機制表現(xiàn)為，抑制組蛋白甲基轉(zhuǎn)移，抑制多梳基因家族成員EZH2 的轉(zhuǎn)錄，減少組蛋白H3 第27位的賴氨酸甲基化。

2.3 miRNA 與突觸可塑性 突觸是神經(jīng)元之間相互接觸并在功能上發(fā)生聯(lián)系的部位，其最主要的功能作用是為神經(jīng)元之間信息交流提供場所。既有研究發(fā)現(xiàn)，突觸的可塑性可導致多種類型的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默病、自閉癥等［11］。近年來，諸多國內(nèi)外研究表明，在突觸的生長和可塑性變化過程中，miRNA 扮演著非常重要的角色。Zhang YL 等［12］研究中，針對miRNA132 與腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的關(guān)系進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miRNA132 的表達受到腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的影響，該生化指標對miRNA132 具有一定的調(diào)節(jié)作用，從而影響（降低）其表達。但是國內(nèi)學者研究有著不同的看法。王鳳軍等［13］腦源性神經(jīng)生長因子對海馬miRNA132 的表達及齒狀回顆粒細胞抑制性突觸后電流的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦源性神經(jīng)生長因子升高了海馬miRNA132 的表達，減弱顆粒細胞突觸后電流的頻率和幅度。可能對MTLE 的發(fā)展有促進作用。由此可以看出，對于該方面的內(nèi)容，學界依舊存在一定的爭議。

3 miRNA與認知功能障礙的關(guān)系

所謂認知功能障礙，一般是指情緒、記憶、運動功能或行為學發(fā)生改變，出現(xiàn)一定程度的障礙。認知功能障礙，盡管會有相對典型的障礙，如失憶、癡呆、運動受損等，通常并不能夠直觀發(fā)現(xiàn)，往往借助相關(guān)的量表進行評價才能確診發(fā)現(xiàn)［14］。近年來，由于人民生活水平的不斷提高，妊娠期糖尿病的發(fā)病率也呈增高趨勢，達1.0%～13.8%。對于孕婦而言，在妊娠期間若出現(xiàn)糖代謝異常，胎兒的各方面發(fā)育均可能受到相應的損害，導致畸形出現(xiàn)。有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，相較于非妊娠期糖代謝異常胎兒，母體妊娠期糖代謝異常，導致的先天性畸形可能性要高8～10 倍［15］。由此不難看出，控制妊娠期糖代謝，減少糖代謝異常出現(xiàn)的重要性。由于認知功能障礙是一種精神、心理性疾病，會引起肢體、行為層面的受損，導致病者自身生存質(zhì)量下降的同時，還會引起家庭和社會的沉重負擔。因此，必須高度重視認知功能障礙這一現(xiàn)實問題，積極采取有效措施加以防治，而這需要建立在加強相關(guān)發(fā)病機制研究的基礎(chǔ)上。隨著臨床對認知功能障礙發(fā)病機制研究的不斷深入，關(guān)于miRNA 與認知功能障礙的研究日益增多。Yu X 等［16］研究miRNA 與認知功能的關(guān)系，進行了大鼠動物實驗，行脾切除術(shù)后經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，與術(shù)前相比，術(shù)后外周血血清中miR-572 表達水平明顯降低，此外無認知功能障礙大鼠的miR-572 表達無明顯變化，結(jié)果與臨床檢測一致，說明miR-572 可能參與調(diào)控認知功能大鼠的認知功能改變。李歡等［17］研究苯并［a］芘致小鼠認知功能障礙及腦細胞中microRNA 的表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR10b、miR124、miR134及miR155表達在小鼠大腦皮質(zhì)中不同程度增高，這可能與BaP致小鼠認知功能障礙有關(guān)。

近年來，關(guān)于miRNA 與認知功能障礙的關(guān)系研究，逐漸將重點轉(zhuǎn)移至miRNA 在海馬中的表達上。海馬是大腦邊緣系統(tǒng)中一種非常重要的結(jié)構(gòu)，其作用體現(xiàn)在各個方面，如學習、記憶、認知等。海馬主要由海馬、齒狀回和下托構(gòu)成，而海馬是其主要成分。從臨床有關(guān)報道來看，miRNA與海馬之間有著密切的聯(lián)系。許鑫等［18］探討miRNA 與小鼠海馬認知功能障礙的關(guān)系，結(jié)果顯示靶基因主要富集在與認知功能或炎癥反應有關(guān)的條目，在場景恐懼記憶實驗中僵直時間百分比降低方面，A、S 組存在較大的差異，而聲音提示恐懼記憶實驗中僵直時間百分比差異不顯著，因此認為認知功能障礙小鼠海馬22個miRNA 表達存在差異，而這有可能是導致小鼠認知功能障礙的關(guān)鍵因素。

綜上所述，miRNA 與中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育有著密切的關(guān)系，miRNA 表達的異常變化，可以通過調(diào)控神經(jīng)元的分化、調(diào)控神經(jīng)元的增殖、突觸可塑性、軸突引導等對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育產(chǎn)生影響。海馬是大腦邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，是大腦缺氧缺血性損傷中最敏感的部位之一，其損傷可直接導致空間記憶和學習能力下降。在多種與認知功能障礙相關(guān)miRNA 不斷被發(fā)現(xiàn)的背景下，通過生物信息學軟件預測與認知障礙相關(guān)的特異性mRNA 結(jié)合位點，可以對認知功能障礙發(fā)生的信號通路予以明確，為妊娠糖尿病引發(fā)新生兒神經(jīng)行為發(fā)育異常所致的大腦認知功能障礙的基因診斷和治療提供新的思路，進而提高認知功能障礙的診治水平，為廣大患者帶去福音，最終提高人們的健康水平。