外泌體microRNA在抑郁癥中的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景

陳華琴 王謹(jǐn)敏

重度抑郁癥（Major depressive disorder，MDD）主要表現(xiàn)為情緒低落、易怒、快感缺乏、注意力不集中、食欲和睡眠異常[1]，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。目前超過3 億人患有MDD，在所有精神障礙疾病中，MDD的患病率在普通人群中最高（全球2%～20%），預(yù)計到2030 將成為全球疾病負(fù)擔(dān)的第二位[2]。

外泌體是細(xì)胞外直徑為40～100nm 的微泡，含有蛋白質(zhì)、脂類、mRNA 和microRNA （miRNA）[3]。外泌體的主要功能包括細(xì)胞間信號的傳遞、細(xì)胞間物質(zhì)的運(yùn)輸和細(xì)胞廢物的排泄[4]，是近年來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于外泌體可以從兩個方向穿過血腦屏障，血液中循環(huán)的外泌體有望在不使用腦活檢和腦脊液分析的情況下揭示腦疾病的病理生理學(xué)[5]，這說明外泌體是一種很有前景的生物標(biāo)志物，且外泌體miRNA 在維持腦功能和腦疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，本研究就外泌體miRNA在抑郁癥中的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景做一綜述。

1 外泌體miRNA 及其生物學(xué)特點(diǎn)

外泌體內(nèi)存在多種分子，如膜脂、胞質(zhì)、核蛋白、細(xì)胞外蛋白和核酸，其中最重要的生物活性物質(zhì)是核酸，特別是非編碼RNA 如miRNA[6]。miRNA是一種通過調(diào)節(jié)分子表達(dá)的非編碼RNA，能夠誘導(dǎo)沉默復(fù)合體形成，通過隔離、降解mRNA 來抑制靶向蛋白表達(dá)[7]。外泌體富含miRNA 且能自由地穿梭血腦屏障，因此，外泌體來源的miRNA 在細(xì)胞之間的通訊中發(fā)揮了重大作用。異常表達(dá)的細(xì)胞將miRNA 選擇性地包裝在外泌體中，通過外泌體miRNA 傳遞表觀遺傳信息，運(yùn)輸至受體細(xì)胞影響其轉(zhuǎn)錄進(jìn)而影響靶細(xì)胞[8]，故而外泌體可以對靶細(xì)胞發(fā)揮相對不同的生物功能。

2 外泌體miRNA在抑郁癥中的作用

隨著近年來對外泌體miRNA 的研究越來越深入，諸多學(xué)者發(fā)現(xiàn)外泌體miRNA在抑郁癥的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，其機(jī)制主要涉及調(diào)控神經(jīng)炎癥、轉(zhuǎn)導(dǎo)神經(jīng)營養(yǎng)因子信號，介導(dǎo)突觸可塑性、影響5-羥色胺能系統(tǒng)等。

2.1 外泌體miRNA 調(diào)控神經(jīng)炎癥神經(jīng)炎癥會引起個體情緒和行為的變化，MDD 患者以及動物模型也表現(xiàn)為促炎細(xì)胞因子過度積累和炎癥信號激活[9，10]，抗抑郁藥可抑制外周血中炎癥介質(zhì)水平升高[11]，這些證據(jù)都說明炎癥與抑郁之間存在雙向關(guān)系。此外，外泌體及其相關(guān)的 miRNA 也參與了在各種炎癥條件下的免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)，應(yīng)激誘導(dǎo)的全身炎癥會導(dǎo)致富含促炎miRNA 的外泌體生成[12，13]。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)中Toll 樣受體（TLRs）的識別、激活和促炎介質(zhì)的誘導(dǎo)可能是炎癥和MDD 之間的重要聯(lián)系。研究表明，TLR 表達(dá)和TLR 信號調(diào)節(jié)因子與MDD 有關(guān)且又受到miRNA 的部分調(diào)控，一些TLR 反應(yīng)的miRNA 間接調(diào)節(jié)與MDD 病理生理學(xué)有關(guān)的通路[14]。如miR-207 直接靶向與富含亮氨酸重復(fù)序列的TLR4，阻止星形膠質(zhì)細(xì)胞中的核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號傳導(dǎo)，減輕應(yīng)激小鼠的抑郁癥狀[12]。從人腦組織培養(yǎng)的原代小膠質(zhì)細(xì)胞可以表達(dá)編碼TLRs1-10的mRNA[14]，動物實(shí)驗(yàn)證明，miR-301b 過表達(dá)激活NF-κB 信號通路增強(qiáng)海馬小膠質(zhì)細(xì)胞活化，同時促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β 和環(huán)氧合酶-2 的釋放，從而加重抑郁樣行為小鼠的認(rèn)知障礙和炎癥[15]。在抑郁小鼠海馬中發(fā)現(xiàn)miR-124 表達(dá)降低，提高miR-124 表達(dá)可以降低小膠質(zhì)細(xì)胞活化和一氧化氮合成酶、促炎因子的含量，阻止了抑郁行為的發(fā)生[16]，說明miR-124 可以通過調(diào)控小膠質(zhì)細(xì)胞，抑制炎癥反應(yīng)來改善抑郁行為。

Gu 等[17]發(fā)現(xiàn)miR-21 的水平與減輕的炎癥反應(yīng)有關(guān)，并且通過外泌體傳遞上調(diào)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）/酪氨酸激酶受體B（TrkB）/cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（CREB）的信號而減少miR-206 的表達(dá)，通過增加miR-21 的水平，引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活子的磷酸化下調(diào)，可以抑制NF-κB 的激活，從而減少大腦中的神經(jīng)炎癥反應(yīng)。

綜上，外泌體可以穿過血腦屏障，進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，并被星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞攝取，外泌體miRNAs 下調(diào)或上調(diào)TLR 途徑蛋白或是影響信號傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致抗炎或促炎結(jié)果，起到調(diào)控神經(jīng)炎癥的作用而參與MDD 的發(fā)生發(fā)展過程中。

2.2 外泌體miRNA 介導(dǎo)突觸可塑性突觸的可塑性在建立和維持神經(jīng)元之間的正確連接方面起著重要作用，同時也是學(xué)習(xí)和記憶中的一個關(guān)鍵過程[18]。突觸可塑性的破壞可能會引發(fā)精神障礙，而BDNF 可以介導(dǎo)突觸可塑性，在實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突功能[19]和軸突生長[20]中起關(guān)鍵作用。BDNF-TrkB 信號通路、Wnt 信號通路也被認(rèn)為是抑郁障礙發(fā)生的重要通路[21]，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的miRNA 約占人體總miRNA 的70%，這些miRNA 在調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)可塑性方面發(fā)揮重要作用[22]。

BDNF 相關(guān)的突觸功能障礙與抑郁癥的進(jìn)展密切相關(guān)。據(jù)報道，慢性壓力會導(dǎo)致BDNF 和突觸相關(guān)蛋白的異常表達(dá)[23]，BDNF/TrkB 通路的下調(diào)可能導(dǎo)致記憶風(fēng)險增加，抗抑郁藥治療可以逆轉(zhuǎn)BDNF/TrkB 通路功能障礙[24]。各種研究觀察到抑郁癥患者miRNA 的變化，這些miRNA 不僅針對與記憶功能、突觸可塑性有關(guān)的重要途徑，還針對BDNF 的形成[25]。在抑郁癥患者和應(yīng)激動物中，血清miR-132 水平較高，miR-132 可能通過調(diào)節(jié)BDNF 來介導(dǎo)抑郁的發(fā)生[26，27]。抑郁大鼠海馬中，miR-382-5p 表達(dá)上調(diào)，核受體3C1（Nuclear receptor 3C1，NR3C1）表達(dá)下調(diào)。miR-382-5p 靶向NR3C1，NR3C1 下游BDNF 和p-TrkB 也與大鼠海馬中的miR-382-5p 呈正相關(guān)[28]。miR-134 介導(dǎo)結(jié)構(gòu)可塑性失調(diào)，抑郁模型大鼠腹內(nèi)側(cè)額前皮質(zhì)（VmPFC）內(nèi)miR-134 的表達(dá)顯著增加，這一效應(yīng)與突觸相關(guān)蛋白LIM 結(jié)構(gòu)域激酶-1 和Cofilin 的表達(dá)和磷酸化水平下降相關(guān)，因此阻斷miR-134 功能可以顯著改善神經(jīng)元結(jié)構(gòu)異常、生化變化和抑郁樣行為[29]。

Wnt 信號通路調(diào)控神經(jīng)元突觸形成以及重塑在抑郁中也發(fā)揮關(guān)鍵作用[30]，抑郁癥患者外周血中miR-128 和miR-221 升高，上調(diào)的miR-221 靶向Wnt2，通過Wnt2/CREB/ BDNF 信號通路促進(jìn)抑郁癥的發(fā)展[31]。在慢性不可預(yù)測的輕度應(yīng)激大鼠和慢性社會失敗應(yīng)激小鼠模型中，包括突觸損傷和異常的Wnt 信號在內(nèi)都是SERPINF1 誘導(dǎo)的抑郁樣行為喪失的基礎(chǔ)[32]。抑制miR-186-5P 的表達(dá)可以恢復(fù)應(yīng)激小鼠海馬區(qū)SERPINF1 的表達(dá)，并改善小鼠的抑郁樣行為[33]。

2.3 外泌體miRNA 與5-羥色胺能系統(tǒng)相互影響5-羥色胺能系統(tǒng)可調(diào)節(jié)其他神經(jīng)元系統(tǒng)的興奮性，在情緒行為、神經(jīng)內(nèi)分泌生物周期節(jié)律等多種生理過程的調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。外泌體miRNA 與5-羥色胺能系統(tǒng)相互影響，5-羥色胺能系統(tǒng)被 miRNA靶向，5-羥色胺（5-Hydroxytryptophan，5-HT）刺激小膠質(zhì)細(xì)胞分泌外泌體[34]，因此MDD 患者體內(nèi)低水平的5-HT 可能影響外泌體小膠質(zhì)細(xì)胞的釋放，并與其病理機(jī)制有關(guān)。

產(chǎn)生效應(yīng)的5-HT 如果未被降解，在5-HT 轉(zhuǎn)運(yùn)體（Serotonin transporter，SERT）的作用下被再攝取進(jìn)入5-HT 能神經(jīng)元細(xì)胞再利用。研究人員發(fā)現(xiàn)，氟西汀增加了miR-16 的水平，從而導(dǎo)致SERT水平下降，突觸處的5-HT 信號增加。動物實(shí)驗(yàn)也證明，腦脊液miR-16 可直接改變大鼠中縫核miR-16 水平及5-HT 的表達(dá)，從而介導(dǎo)抑郁的發(fā)生，說明miR-16 是SERT 表達(dá)的中樞調(diào)節(jié)因子，是當(dāng)今選擇性5-HT 再攝取抑制劑（SSRIs）的藥理靶點(diǎn)[35，36]。

miR-30e 介導(dǎo)5-HTR1A 受體棕櫚酰化的下調(diào)參與抑郁癥的發(fā)病機(jī)制[37]，miR-26a-2 通過靶向5-HT 神經(jīng)元中的HTR1A 而發(fā)揮抗抑郁的作用[38]。hsa-miR-3177-5p 和hsa-miR-3178 對5-HTR1A基因和受體的表達(dá)有明顯抑制作用，從而介導(dǎo)了精神疾病的發(fā)生[39]。

總之，外泌體miRNA 與5-羥色胺能系統(tǒng)相互影響，影響SERT 水平、5-HTR1A 受體信號，調(diào)節(jié)5-HT 的表達(dá)而介導(dǎo)抑郁的發(fā)生。

3 外泌體miRNA 作為生物標(biāo)志物的應(yīng)用前景

外泌體miRNA 已被視為包括腦部疾病在內(nèi)的疾病早期檢測的一個有前途的生物標(biāo)志物，由于外泌體可以很容易地從尿液、唾液和血液等生物液中分離出來。在體外，這些外泌體穩(wěn)定，可以長期儲存進(jìn)行分析，表面標(biāo)記追蹤可以找到外泌體的起源，且外泌體內(nèi)容物被保護(hù)在膜內(nèi)，因此在體內(nèi)不容易被生物液或酶降解[40]。外泌體miRNA 的這些特性使其成為早期診斷或治療抑郁癥等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的首選靶點(diǎn)，在MDD 機(jī)制研究和臨床治療中也具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1 外泌體miRNAs 可作為診斷抑郁癥患者的生物標(biāo)志物精神疾病的診斷依賴于行為和臨床癥狀，這些癥狀是在疾病發(fā)展數(shù)年后出現(xiàn)的。因此，建立允許早期檢測的生物標(biāo)志物對這些疾病的管理是最重要的。外泌體miRNA 通過多種途徑參與MDD 的發(fā)病過程，因此，外泌體miRNA 是很有潛力的早期預(yù)警以及診斷的生物標(biāo)志物。抑郁癥患者血漿miR-144-5p、miR-135a 和miR-1202 水平顯著低于健康對照組，且這些miRNA 與抑郁癥狀有關(guān)[41，42]，血清中最高差異表達(dá)的miR-139-5p、在區(qū)分MDD 患者和對照組方面有較好的表現(xiàn)[43]，血漿miR-134 水平敏感性和特異性分別為79%和84%[44]，提示這些miRNA 是與抑郁癥病理過程相關(guān)的潛在外周生物標(biāo)志物。

在抑郁伴慢性疼痛模型中，5 個特異的miRNA在短期應(yīng)激4 周后同時下調(diào)。其中miR-200A-3p水平在長時間應(yīng)激下持續(xù)升高，miR-200a-3p 可能是慢性疼痛和抑郁中樞敏化的特異性生物標(biāo)志物[45]。在晚發(fā)性卒中后抑郁患者中，miR-140-5p水平顯著升高，miR-140-5p 預(yù)測晚發(fā)性卒中后抑郁的敏感性為83.3%，特異性為72.6%。因此，循環(huán)miR-140-5p 可能成為卒中后抑郁早期預(yù)警的一種新的生物標(biāo)志物[46]。

miRNA 還可能是鑒別MDD 和雙相情感障礙的診斷標(biāo)志物。情感障礙包括單相障礙（抑郁發(fā)作）和雙相障礙（抑郁和躁狂）。研究表明，MDD 患者外周全血中有5 個miRNA 發(fā)生改變，與雙相情感障礙患者外周血中發(fā)生改變的5 個miRNA 完全不重合[47]。

3.2 外泌體miRNA 可作為藥物療效及預(yù)后評估生物標(biāo)志物miRNA 不僅在MDD 診斷中可以作為生物標(biāo)志物，未來還可能作為MDD 預(yù)后評估的生物標(biāo)志物或是藥物療效的預(yù)測因子。據(jù)報道，MDD患者外周血中檢測到miRNA 中，有40 個miRNA在治療后發(fā)生了改變，其中23 個miRNA 顯著增加，17 個miRNA 顯著減少。信號通路分析表明，有29 條途徑對應(yīng)于miRNA 的上調(diào)，20 條途徑對應(yīng)于miRNA 的下調(diào)[48，49]。

另外，miRNA 可作為中藥及中藥復(fù)方治療抑郁癥的作用靶點(diǎn)，在抑郁癥的機(jī)制研究和臨床治療中具有廣闊的應(yīng)用前景。中藥通過恢復(fù)機(jī)體在應(yīng)激、神經(jīng)發(fā)生、神經(jīng)可塑性等方面的調(diào)節(jié)能力，從而改善抑郁癥狀。例如人參皂苷Rg1 調(diào)節(jié)miR-134，通過miR-134-CREB-BDNF 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)改善抑郁樣行為[50]。百合地黃湯通過介導(dǎo)γ-氨基丁酸能突觸、晝夜節(jié)律、神經(jīng)營養(yǎng)信號通路等改變抑郁癥中的一系列miRNA，從而消除抑制性/興奮性神經(jīng)遞質(zhì)缺失，恢復(fù)促炎/抗炎細(xì)胞因子水平，調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-腎上腺（HPA）軸激素分泌，達(dá)到全身生理功能平衡[51]。

綜上所述，通過監(jiān)測miRNA，未來可用于調(diào)整藥物治療，改善患者的診斷方法及預(yù)后評估方法。miRNA 不僅可以作為早期預(yù)警、診斷MDD 的生物標(biāo)志物，也可能是預(yù)測藥物反應(yīng)、進(jìn)行預(yù)后評估的有前途的生物標(biāo)志物。

4 結(jié)語

大量證據(jù)表明，外泌體miRNA 從調(diào)控神經(jīng)炎癥、影響5-羥色胺能神經(jīng)系統(tǒng)、介導(dǎo)突觸可塑性等各個方面參與MDD 的發(fā)生發(fā)展過程，并且在診斷MDD 以及監(jiān)測臨床療效表現(xiàn)出巨大的潛能。近年來外泌體miRNA 的相關(guān)研究逐漸興起，但是在MDD 的臨床研究方面還處于初級階段，仍有許多問題有待發(fā)掘。進(jìn)一步研究外泌體miRNA 與MDD 的關(guān)系，明確miRNA 與MDD 發(fā)病機(jī)制之間的關(guān)系，可以為MDD 早期診斷、基因檢測、預(yù)后評估奠定基礎(chǔ)。