吳 越

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫精神衛(wèi)生中心精神六科，江蘇 無(wú)錫 214151)

微小核糖核酸(miR)在腦組織中含量豐富，且對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和突觸可塑性的形成起著重要作用〔1〕，有推測(cè)，人體組織細(xì)胞內(nèi)的每一個(gè)生理過(guò)程幾乎均受miR 的調(diào)控，miR調(diào)控紊亂可能是人體多種疾病發(fā)生的潛在因素〔2〕。本文就miR與阿爾茨海默病(AD)的相關(guān)研究做一綜述。

1 miR的特征

miR是真核生物體內(nèi)長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸(nt)的單鏈小分子非編碼RNA，最先在秀麗隱桿線蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)〔3〕。它廣泛存在于動(dòng)植物、病毒中，且在進(jìn)化上高度保守，其通過(guò)與目標(biāo)mRNA的互補(bǔ)配對(duì)在轉(zhuǎn)錄水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行負(fù)調(diào)控，可導(dǎo)致目標(biāo)mRNA的降解或翻譯抑制。 miR基因通常位于基因間或內(nèi)含子區(qū)域，首先在細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初始RNA(pri-miRNA)。pri-miRNA在核糖核酸酶(RNase)Ⅲ家族酶Drosha和其輔助因子Pasha的作用下被處理成70nt的帶有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的miR前體(pre-miRNA)，經(jīng)核內(nèi)小分子-結(jié)合蛋白(Ran-GTP)依賴(lài)的輸出蛋白exportin-5 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。在細(xì)胞質(zhì)中，另一個(gè)核酸酶Dicer將pre-miRNA剪切成約22個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的miR雙鏈，通常其中一條被降解，另一條與Argonaute蛋白相結(jié)合，形成RNA誘導(dǎo)基因沉默復(fù)合物(RISC)，該復(fù)合物與目標(biāo)mRNA的3′端非編碼區(qū)(3′UTR)結(jié)合，發(fā)揮對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用。當(dāng)miR與mRNA不完全互補(bǔ)時(shí)，將導(dǎo)致翻譯的抑制；當(dāng)miR與mRNA完全互補(bǔ)時(shí)，則導(dǎo)致目標(biāo)mRNA的降解〔4〕。

2 miR在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的表達(dá)與調(diào)控

通過(guò)研究，miRNA在中樞系統(tǒng)發(fā)育、結(jié)構(gòu)形成和功能中的調(diào)控作用已得到了證實(shí)，斑馬魚(yú)核酸內(nèi)切酶(Dicer)酶基因突變表現(xiàn)為嚴(yán)重的神經(jīng)管形成缺陷，人為導(dǎo)入miR-430家族的miRNA可部分糾正此種發(fā)育畸形〔5〕。在哺乳類(lèi)胚胎發(fā)育中期端腦Dicer酶缺失引起前腦正在分化的神經(jīng)元發(fā)生凋亡，前腦體積明顯減少〔6〕。神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)的miR種類(lèi)豐富并且表達(dá)具有空間特異性和時(shí)間特異性。有的在胚胎發(fā)育初期低表達(dá)，隨著發(fā)育過(guò)程的演進(jìn)表達(dá)增加，在出生后減少(如miR-9、-125b)；有的在神經(jīng)元細(xì)胞中占優(yōu)勢(shì)表達(dá)(如miR-124、-128)，有些僅在星形膠質(zhì)細(xì)胞中或少突膠質(zhì)細(xì)胞中高表達(dá)(miR-23、-26、-29)〔7〕。miR-124在分化神經(jīng)元和成熟神經(jīng)元中大量表達(dá)，可在神經(jīng)元的分化過(guò)程中促進(jìn)軸突生長(zhǎng)，目前認(rèn)為，miR-124可能通過(guò)下調(diào)多嘧啶序列結(jié)合蛋白(PTBP1)的表達(dá)水平，引起神經(jīng)系統(tǒng)特異性前體mRNA可變剪接來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)元的分化；miR-124還可以拮抗神經(jīng)特異性沉默因子/RE-1沉默轉(zhuǎn)錄因子，降解非神經(jīng)性轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，參與非神經(jīng)元向神經(jīng)元陽(yáng)細(xì)胞轉(zhuǎn)化〔8〕。

3 突觸塑形及記憶與microRNA

miR-134是第一個(gè)在哺乳類(lèi)動(dòng)物樹(shù)突上發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)局部蛋白合成的miRNA，Schratt等〔9〕報(bào)道，miR-134主要在樹(shù)突表達(dá)，參與調(diào)節(jié)樹(shù)突的成熟及可塑性，在穩(wěn)定狀態(tài)下可抑制突觸形態(tài)發(fā)生的調(diào)控因子單絲氨酸蛋白激酶(LIMK1)的表達(dá)，而腦源性神經(jīng)生長(zhǎng)因子(BDNF)信號(hào)通路能迅速抑制miR-134功能，間接促進(jìn)LIMK1翻譯表達(dá)。長(zhǎng)期記憶的形成伴隨著mRNA轉(zhuǎn)移到突觸中，并合成所需要的特殊蛋白。研究表明鈣/鈣調(diào)素依賴(lài)型蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是果蠅長(zhǎng)期記憶形成過(guò)程中合成的新蛋白質(zhì)，它的3′UTR端有miR-280、-289的結(jié)合位點(diǎn)，為miRNA參與記憶構(gòu)成提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。長(zhǎng)期記憶形成過(guò)程中，神經(jīng)活動(dòng)激活蛋白酶降解誘導(dǎo)基因沉默復(fù)合物(RISC)的成分Armitage蛋白，一方面對(duì)CaMKⅡmRNA的抑制作用消除，CaMKⅡ得以表達(dá)；另一方面，Armitage蛋白降解可引起RNA結(jié)合蛋白(KHC)和Staufen蛋白合成增加，使得CaMKⅡmRNA轉(zhuǎn)移到突觸中，同樣引起CaMKⅡ表達(dá)增加〔10〕。

4 miR在AD中的作用

早期對(duì)miR在神經(jīng)退行性疾病中的作用主要是通過(guò)缺失Dicer酶的動(dòng)物模型或細(xì)胞進(jìn)行的〔11〕，雖然發(fā)現(xiàn)敲除Dicer酶的小鼠海馬棘突可發(fā)生和AD相似的變化，但實(shí)驗(yàn)方法比較粗略，又因Dicer酶還有許多其他功能，所以針對(duì)性不強(qiáng)。Lukiw〔12〕使用DNA芯片及Northern雜交的方法對(duì)腦內(nèi)海馬區(qū)12種腦組織相關(guān)的miR的表達(dá)進(jìn)行了分析，并首次報(bào)道了與年齡匹配的正常對(duì)照相比，AD患者海馬內(nèi)特異性微小核糖核酸(microRNA)的豐度有差異：miR-9、-125b、-128三種microRNA的表達(dá)含量顯著上調(diào)，miR-124a表達(dá)下降。Lukiw〔12〕又發(fā)現(xiàn)，AD患者死后顳葉新皮質(zhì)中的miR-9、-125b、-146a的表達(dá)豐度顯著性上調(diào)，而在帕金森病(PD)或精神分裂癥患者相同腦組織內(nèi)并沒(méi)有觀察到同樣的現(xiàn)象。其中miR-146a能對(duì)補(bǔ)體因子H(CFH)進(jìn)行負(fù)調(diào)控，該因子是腦內(nèi)炎癥反應(yīng)的重要抑制因子，可能參與AD的發(fā)病機(jī)制。這種microRNA只在AD受累的特定腦組織內(nèi)表達(dá)上調(diào)，進(jìn)一步表明了它們參與了AD發(fā)病進(jìn)程的病理通路〔13〕。

β-淀粉樣蛋白(Aβ)沉淀聚積構(gòu)成老年斑的核心成分，而老年斑是AD主要的病理特征之一，淀粉樣前體蛋白β位分解酶1(BACE1)是AD病理通路中的一個(gè)關(guān)鍵酶，是Aβ生成的限速酶，其酶切位點(diǎn)位于Aβ N端第一個(gè)氨基酸，作用于淀粉樣前體蛋白(APP)后產(chǎn)生β-APP和C99肽，C99肽再經(jīng)γ分泌酶作用產(chǎn)生不溶性Aβ。Boissonneault等〔14〕在AD小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，miR-298和miR-328能識(shí)別BACE1中mRNA的3′UTR上的特異性綁位定位點(diǎn)，從而調(diào)節(jié)BACE1的表達(dá)。Wang等〔15〕報(bào)道m(xù)iR-107在AD的早期就有顯著下降，并且檢測(cè)到BACE1 mRNA的3′UTR存在有miR-107的結(jié)合位點(diǎn)，隨著miR-107的降低，BACE1蛋白水平呈增高趨勢(shì)，轉(zhuǎn)而導(dǎo)致了Aβ產(chǎn)生增多。Hebert等〔16〕發(fā)現(xiàn)，臨床伴有BACE1蛋白水平異常增高的AD患者腦內(nèi)miR-29a、miR-29b-1的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其表達(dá)顯著降低。另有報(bào)道〔17〕對(duì)早期AD患者顳葉皮質(zhì)區(qū)灰質(zhì)和白質(zhì)miR的表達(dá)譜分別進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)差異表達(dá)的miR與AD病理特征——神經(jīng)纖維纏結(jié)及老年斑的相關(guān)性進(jìn)行了比較，表明灰質(zhì)區(qū)一系列miR(miR-15、107及miR-29家族)的下調(diào)與老年斑的數(shù)量緊密相關(guān)，即：灰質(zhì)miR的異常表達(dá)可能是AD病理改變的因素之一。另有研究發(fā)現(xiàn)〔18〕，AD患者海馬區(qū)miR-423的表達(dá)上調(diào)，小腦miR-98的表達(dá)下調(diào)，而這兩種miR均可調(diào)控異檸檬酸脫氫酶(IDH2)的表達(dá)，IDH2表達(dá)的降低與氧化應(yīng)激的耐受性有關(guān)，提示miR可能通過(guò)氧化應(yīng)激途徑影響AD的發(fā)生，且對(duì)腦的不同部位的易感性有不同，如海馬、皮質(zhì)及皮質(zhì)下區(qū)損傷明顯，小腦相對(duì)較輕。

多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，miR和AD的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，但目前仍存在爭(zhēng)議，Bettens等〔19〕研究發(fā)現(xiàn)APP和BACE1基因3′UTR遺傳變異及miR-29基因家族變異位點(diǎn)都沒(méi)有顯示與AD有顯著性關(guān)聯(lián)?？紤]結(jié)果缺乏一致性的原因可能與多種因素有關(guān)，如：標(biāo)本來(lái)源不同、操作過(guò)程miR的降解技術(shù)處理方法差異及數(shù)據(jù)分析等。

5 小 結(jié)

綜上，miR在AD中的研究?jī)r(jià)值日益凸顯，熱點(diǎn)主要集中在miR的特異性作用靶點(diǎn)預(yù)測(cè)、驗(yàn)證及探討其作用機(jī)制等。那么，導(dǎo)致AD 患者腦內(nèi)miR異常表達(dá)的原因是什么，是機(jī)體的老化及功能的減退導(dǎo)致miR的合成及加工成熟發(fā)生障礙，或其他因素如：神經(jīng)元毒性蛋白生成影響 miR的表達(dá)等，均需要進(jìn)一步探討和證實(shí)。同時(shí)，miR本身又可作為AD潛在的治療靶點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中面臨巨大的挑戰(zhàn)：一種miR可能參與調(diào)控多種蛋白質(zhì)的表達(dá)，同時(shí)一種蛋白質(zhì)也可能受多種miR的影響；如何克服血腦屏障在腦內(nèi)抑制或高表達(dá)miR還有待技術(shù)支持。相信隨著核酸修飾技術(shù)和靶向轉(zhuǎn)運(yùn)載體的發(fā)展，使miR有望成為AD治療的新靶點(diǎn)。

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