阿爾茨海默病相關(guān)miRNA研究進(jìn)展

程良慧 曾娜 王燕 唐亮

摘要： miRNA被稱為microRNA。是一類內(nèi)源性的、非編碼的、長度為23個核苷酸的小RNA分子，miRNA不僅參與神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控系統(tǒng)的發(fā)育、分化，突觸的形成，記憶等一系列生理功能，還與一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生有一定關(guān)系。miRNA在AD中的發(fā)生與發(fā)展具有關(guān)鍵的調(diào)控作用，研究阿爾茨海默病相關(guān)的miRNA的功能與作用機(jī)制可為阿爾茨海默病的有效預(yù)防和治療供應(yīng)新的診斷思路及新醫(yī)療靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： miRNA;阿爾茨海默病;作用機(jī)制;研究進(jìn)展

阿爾茨海默病（AD）是一種老年性癡呆癥，是一種進(jìn)行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。它是老年人患心臟病，腫瘤和腦血管疾病后常見疾病。臨床上主要表現(xiàn)包括漸進(jìn)性記憶喪失、認(rèn)知功能障礙以及其他神經(jīng)精神病癥和行為障礙等[1]。典型的病理學(xué)表現(xiàn)為皮層和海馬神經(jīng)元內(nèi)淀粉樣β蛋白（amyloiod β-protein，Aβ）在神經(jīng)細(xì)胞外沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）、小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞增值的進(jìn)行性突觸和神經(jīng)元丟失等[2]。

miRNA（microRNA）是長度為19至23個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，其由內(nèi)源基因編碼，通過堿基互補(bǔ)配對的方式識別靶mRNA，調(diào)節(jié)信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻譯或促使mRNA降解從而抑制基因表達(dá)。miRNA不僅在機(jī)體病理、生理過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，還在神經(jīng)發(fā)育、分化、成熟起重要的調(diào)節(jié)作用[2]。異常表達(dá)的miRNA需通過β淀粉樣肽的調(diào)節(jié)、Tau蛋白過渡磷酸化形成的神經(jīng)纖維纏結(jié)、神經(jīng)細(xì)胞凋亡和炎癥等方面參與AD疾病的發(fā)生、發(fā)展。本文就阿爾茨海默病相關(guān)的miRNA研究進(jìn)展做一綜述。

1 miRNA的生物學(xué)背景及作用機(jī)制

miRNA是一種內(nèi)源性非編碼單鏈小RNA分子，由長度約70核苷酸的具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的前體轉(zhuǎn)錄物經(jīng)Dicer酶切后形成成熟的miRNA[3]，通過堿基互補(bǔ)與配對從而控制基因的表達(dá)。它的形成需要一系列的內(nèi)切酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和聚合酶等逐步加工。首先，miRNA在RNA聚合酶參與下轉(zhuǎn)錄生成初級轉(zhuǎn)錄本primary miRNA，然后在細(xì)胞核中經(jīng)核糖核酸酶Ⅲ（RNaseⅢ）家族的Drosha切割下生成長度約為60～80核苷酸的發(fā)卡結(jié)構(gòu)前體miRNA（precursor miRNA），隨之由核轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)至細(xì)胞質(zhì)中，在胞質(zhì)內(nèi)，pre-miRNA經(jīng)Dicer酶加工成長度約為22個堿基的雙鏈RNA，其雙鏈中的一條鏈被降解，另一條鏈與Argenautes家族蛋白2結(jié)合形成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RNA induced silencing complex，RISC），miRNA中沒有結(jié)合的鏈則被排出復(fù)合物之外，結(jié)合了miRNA的RNA誘導(dǎo)RISC則與目標(biāo)miRNA的3'端非編碼區(qū)結(jié)合，調(diào)節(jié)信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻譯或降解靶mRNA，最后實(shí)現(xiàn)抑制基因的表達(dá)[4]。

miRNA廣泛存在于各種物種中，在進(jìn)化過程中高度保守。Lee和其他人在線蟲發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)一種長約22核苷酸的小RNA，叫做lin-4。當(dāng)lin-4z開始作用時，它與靶基因序列不完全互補(bǔ)，這阻礙基因的翻譯過程，但mRNA水平幾乎保持不變。Reinhart等人在研究線蟲時又發(fā)現(xiàn)了let-7，隨后幾個研究小組在各種生物物種中鑒定了數(shù)百種miRNA，例如人類，果蠅和植物。

2 阿爾茨海默病中相關(guān)miRNA的作用

2.1 miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能表達(dá)

在神經(jīng)系統(tǒng)中miRNA的存在非常豐富，其表達(dá)有組織特異性和非特異性，影響神經(jīng)系統(tǒng)的生長、分化和調(diào)節(jié)。與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生或發(fā)展相關(guān)，如： miRNA-124，miRNA-9在多能干細(xì)胞分化為神經(jīng)元中起重要作用;mir-134，mir-132在神經(jīng)元突起和突觸形成的過程中有較多的研究[5];miR-98在AD患者的腦組織與腦脊液中的水平高于其他的miRNA，其在AD小鼠模型中的表達(dá)下降，IGF-1蛋白表達(dá)則增高[6]。腦組織中不同miRNA的表達(dá)具有位點(diǎn)特異性，例如miR-23只在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)。miR-124主要在神經(jīng)元中表達(dá)，其過度表達(dá)顯著損害脊柱的活性;miR-26與miR-2主要表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞[7]。因miRNA參與神經(jīng)細(xì)胞的凋亡、分化、發(fā)育等生理過程，腦中任何的miRNA異常表達(dá)都會影響神經(jīng)元的存活，因此，可以調(diào)節(jié)異常表達(dá)的miRNA以實(shí)現(xiàn)與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的治療和診斷疾病。

2.2 miRNA可調(diào)節(jié)β淀粉樣蛋白的表達(dá)

淀粉樣前體蛋白（Aβ）是老年斑的主要成分，由淀粉樣蛋白前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）經(jīng)β-淀粉樣前體蛋白裂解酶Ⅰ（β-amyloid precursor protein Cleaving Enzyme 1，BACE1）和γ-分泌酶依次水解形成的。當(dāng)Aβ異常沉積的時候會引起自由基大量產(chǎn)生，從而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡，AD的產(chǎn)生。研究表明，多種miRNA可以通過負(fù)調(diào)控調(diào)節(jié)APP的表達(dá)，而特異性miRNA異常表達(dá)在AD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[8]。有研究顯示APP mRNA的3'UTR中存在miR-101的作用位點(diǎn)，抑制miRNA與3'UTR的結(jié)合能使APP的表達(dá)量增加，進(jìn)而使得Aβ生成增加[9]。另有體外實(shí)驗證實(shí)miR-101過表達(dá)可降低海馬神經(jīng)元中APP的水平，同時減少Aβ沉積。有研究者通過基因芯片的方法發(fā)現(xiàn)miR-9與miR-128在AD病人的腦組織中的表達(dá)會上升。通過miRNA微陣列分析，miR-107在顳葉皮質(zhì)和AD患者的輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impairment）中顯著減少[10]。如此也就說明miR-107在AD的早期階段就開始下調(diào)。miR-107不僅可以靶向作用于BACE1，通過調(diào)控BACE1來影響Aβ的水平;還可以通過負(fù)性調(diào)節(jié)金屬蛋白酶10（Adisintegrin and metalloprotease 10，ADAM10），抑制Aβ的形成，降低AD發(fā)病率。另外還有miR-15b、miR-195 、miR-339-5p、 miR-29c等在神經(jīng)細(xì)胞中的低表達(dá)量也會導(dǎo)致BACE1蛋白的表達(dá)上調(diào)，促使Aβ沉積增加，其強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性作用使得突觸功能失調(diào)，神經(jīng)變性。

2.3 與Tau蛋白相關(guān)的miRNA

Tau蛋白（microtubule-associated protein tau）是神經(jīng)元重要骨架和營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，是一種微管相關(guān)蛋白（microtuble associated protein，MAP），能與微管蛋白組成微管。過度磷酸化后的Tau蛋白會減弱Tau蛋白對微管的穩(wěn)定，使得神經(jīng)纖維退化和功能喪失，神經(jīng)纖維纏結(jié)和雙鏈神經(jīng)絲的形成，從而導(dǎo)致AD的產(chǎn)生。研究表明，AD病人腦脊液中的總蛋白（total tau protein，t-tau）與磷酸化tau蛋白（Phosphorylated tau protein，p-tau）都會升高[11]。有研究顯示，miR137可通過抑制miR137、神經(jīng)酰胺、N-SMase、Aβ循環(huán)和下調(diào)miR137、SPT、神經(jīng)酰胺、Aβ通路緩解AD的發(fā)病過程。有實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)，通過miR-132/GSK-3β信號相關(guān)的機(jī)制會減少神經(jīng)元細(xì)胞凋亡和改善認(rèn)知功能，促進(jìn)Tau蛋白磷酸化而不影響Tau蛋白水平[12]。研究發(fā)現(xiàn)，大鼠原代有絲分裂神經(jīng)元中miR26b的過表達(dá)可能導(dǎo)致Tau蛋白異常磷酸化。miR34a參與Tau蛋白的代謝，miR32-3p促進(jìn)AD進(jìn)展，這是Tau蛋白相關(guān)mRNA靶標(biāo)的異常調(diào)節(jié)。miR-922可通過下調(diào)泛素羧基末端水解酶L1（ubiquitin carboxyteminal hydrolase L1， UCHL1）使得Tau蛋白磷酸化水平明顯增加，故抑制miR-922可減少Tau蛋白磷酸化，從而減緩AD的發(fā)生[13]。

2.4參與神經(jīng)炎癥的miRNA

miRNA通過調(diào)節(jié)相關(guān)的炎癥因子參與AD的發(fā)生，發(fā)展。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)miR-146a參與調(diào)控炎癥反應(yīng)。在海馬硬化顳葉癲癇中發(fā)現(xiàn)miR-146a在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，尤其在神經(jīng)元細(xì)胞消失與膠質(zhì)細(xì)胞過多的區(qū)域表達(dá)更為明顯。白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）是miR-146a的一個靶基因，是炎癥早期信號傳導(dǎo)的一個關(guān)鍵因子，在AD病人的腦組織中表達(dá)下降。有研究顯示miR-101a可能通過與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）MAPK1的結(jié)合影響H2O2的生成促進(jìn)氧化應(yīng)激從而參與AD的發(fā)生[14]。

3 miRNAs在AD診斷中的作用

隨著大量的研究，AD在遺傳及分子基礎(chǔ)方面有了很大的突破，但在AD患者患病之前就作出準(zhǔn)確的診斷并治療，仍面臨著很大的挑戰(zhàn)。有研究表明，與病程發(fā)展相關(guān)的miRNA對于AD早期診斷可能存在著重要價值。目前，有許多研究提示在AD患者的血液與腦脊液中能檢測處某些miRNAs，但在血液中異常表達(dá)的miRNAs與AD腦脊液中發(fā)現(xiàn)異常表達(dá)的miRNAs并不完全一致，如在AD腦脊液中：miRNA-29a、miRNA-29b表達(dá)高;miRNA-34a、miRNA-146a與miRNA-125b表達(dá)低[15]。在血漿中檢測到miRNA-34a與miRNA-146a的表達(dá)量與正常人有明顯差異。Lynn等利用芯片技術(shù)經(jīng)Qrt-PCR技術(shù)驗證，認(rèn)為miR-15a可以作為血漿生物指標(biāo)作用于AD的診斷。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，miRNA從調(diào)節(jié)多個通路參與AD的發(fā)生與發(fā)展。miRNA可以調(diào)控多種不同的靶mRNA，并且不同的miRNA可以調(diào)控相同的靶mRNA，并且各種miRNAs之間存在著密不可分的關(guān)系。研究miRNA與AD之間的復(fù)雜關(guān)系于明確AD的發(fā)病機(jī)制具有重要的意義。到目前為止對于mRNA在阿爾茨海默病中的一些潛在生物學(xué)功能尚不明確，mRNA表達(dá)水平的變化對AD發(fā)生的潛在影響還需進(jìn)一步研究證明。以miRNA作為治療AD的治療靶點(diǎn)已成為研究熱點(diǎn)，將為AD患者的早期診斷及治療提供一個新的思路及方向。

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作者簡介：

唐亮，副教授，研究方向：神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)制及治療研究。本項目受湖南省教育廳科研項目（19C0214），湖南省自然科學(xué)基金青年項目（2019JJ50697），廣西省教育廳科研項目（2021KY1959），長沙市杰出創(chuàng)新青年人才計劃（kq2009095）資助。