余劍芒，杭黎華

(江蘇大學(xué)附屬昆山醫(yī)院麻醉科，江蘇 昆山 215300)

微RNA(microRNA，miRNA/miR)是非編碼RNA超家族中分子最小的成員，長(zhǎng)18～24個(gè)核苷酸。據(jù)報(bào)道，約60%的人類基因表達(dá)受miRNA的調(diào)控[1]。miRNA主要是對(duì)轉(zhuǎn)錄后的基因進(jìn)行調(diào)控。miRNA通過RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生初級(jí)miRNA(pri-miRNA)，經(jīng)一系列分子處理成為一個(gè)長(zhǎng)度約70個(gè)核苷酸的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為前體miRNA，之后在細(xì)胞質(zhì)中被Dicer酶剪切生成2個(gè)產(chǎn)物，其中靠近5′端莖部的miRNA加工成熟即為miR-5p，從3′端加工成熟即為miR-3p[2]。miRNA可形成一個(gè)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物，并被引導(dǎo)到靶信使RNA的3′非翻譯區(qū)，與之發(fā)生不完全性互補(bǔ)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因的表達(dá)與蛋白合成[3]。miRNA可表現(xiàn)出與干擾小RNA類似的RNA干擾現(xiàn)象，兩者均是由雙鏈RNA引發(fā)的靶向信使RNA的降解或翻譯抑制[4]，區(qū)別是干擾小RNA干擾現(xiàn)象是由外源性引入的雙鏈RNA引起，如基因工程、病毒感染，其與靶信使RNA是完全互補(bǔ)結(jié)合的，而miRNA干擾現(xiàn)象屬于內(nèi)源性調(diào)控機(jī)制，與靶信使RNA不一定是完全互補(bǔ)結(jié)合。研究顯示，miR-138通過作用于多靶點(diǎn)參與改變腫瘤局部微環(huán)境、抑制腫瘤細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)凋亡、抑制轉(zhuǎn)移和侵襲、增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)放化療的敏感性，是多種惡性腫瘤非常重要的抑制分子[5-7]，其也可作為腫瘤的生物標(biāo)志物和預(yù)后指標(biāo)[8-9]。miR-138在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中差異表達(dá)，參與調(diào)控神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)干細(xì)胞的生長(zhǎng)活動(dòng)，以及神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移、凋亡、血管生成等生物學(xué)行為[10-13]?，F(xiàn)就miR-138在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷及新藥研究奠定基礎(chǔ)。

1 miR-138的基本特性

miR-138起源于兩個(gè)初級(jí)轉(zhuǎn)錄本pri-miR-138-1和pri-miR-138-2。這兩個(gè)初級(jí)轉(zhuǎn)錄本分別定位于第3號(hào)染色體(Ch3p21.32) 和16號(hào)染色(Ch16q13)，經(jīng)過一系列作用后形成成熟的miR-138[14]。在大腦中富集的miR-138能調(diào)控大鼠海馬神經(jīng)元樹突棘形態(tài)發(fā)生[15]。miR-138在大鼠腦額葉組織中的表達(dá)升高，且與額葉的突觸可塑性和微管組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性密切相關(guān)，可能影響相關(guān)腦區(qū)支配的認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)功能[16]。研究發(fā)現(xiàn)，miR-138-5p能調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖與分化[10]，而神經(jīng)干細(xì)胞在阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)、帕金森病(Parkinson′s disease，PD)、亨廷頓病和神經(jīng)損傷等疾病的治療上表現(xiàn)出巨大潛力[17-19]。隨著研究的深入，未來miR-138極有可能成為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病早期診斷、臨床藥物治療、預(yù)后判斷的重要指標(biāo)。

2 miR-138在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用

研究證實(shí)，miR-138通過作用于神經(jīng)炎癥活動(dòng)與損傷修復(fù)、神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞的增殖與凋亡、腫瘤細(xì)胞的增殖與耐藥等廣泛參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展[20-23]。

2.1miR-138與腦卒中 據(jù)報(bào)道，全球每年約有1 500萬(wàn)人罹患腦卒中[24],隨著人口的老齡化，腦卒中的發(fā)病率和病死率日趨升高。缺血性腦卒中是腦卒中最常見的類型，約占腦卒中總數(shù)的85%[25]，其特征是大腦血液供應(yīng)不足，隨后氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足，繼而觸發(fā)解剖改變，如血腦屏障通透性增加[26]、神經(jīng)興奮性毒性、氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙、炎癥，最終導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡[27]以及重要的感覺、運(yùn)動(dòng)、認(rèn)知功能改變[28]。在大鼠腦缺血再灌注損傷模型中，miR-138表達(dá)顯著降低,通過抑制其表達(dá)可改善大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力；用氧-糖剝奪/再氧合處理大鼠海馬神經(jīng)元后，海馬區(qū)自噬相關(guān)的標(biāo)記蛋白水平升高，而抑制miR-138的表達(dá)可逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象[21]。提示miR-138可能通過阻止自噬發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulation 1,SIRT1)是miR-138的下游靶標(biāo)，其在腦梗死、PD等動(dòng)物模型中通過降低氧化應(yīng)激、抑制細(xì)胞凋亡等發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[21]。炎癥反應(yīng)通過激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路參與缺血性腦卒中的神經(jīng)損傷，NF-κB的持續(xù)性激活是缺血再灌注損傷腦卒中患者發(fā)生梗死和細(xì)胞死亡的主要原因之一，抑制NF-κB可以保護(hù)大腦免受缺血性損傷[29]。而Li等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在缺血再灌注損傷動(dòng)物及細(xì)胞模型中miR-138-5p的表達(dá)降低，但過表達(dá)miR-138-5p后，通過靶向抑制NF-κB p65可減少炎癥因子的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞增殖，減少細(xì)胞凋亡，最終改善神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙。星形膠質(zhì)細(xì)胞能為神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)，調(diào)節(jié)水電解質(zhì)平衡及腦血流穩(wěn)定，維持血腦屏障正常功能，影響缺血性腦卒中的預(yù)后。Deng等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在氧-糖剝奪處理的星形膠質(zhì)細(xì)胞、小鼠模型的腦組織中過表達(dá)miR-138-5p后，能促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，從而減少神經(jīng)元損傷。這一系列研究成果可為缺血性腦卒中提供新的治療靶點(diǎn)。

出血性腦卒中包括大腦內(nèi)出血和蛛網(wǎng)膜下腔出血，蛛網(wǎng)膜下腔出血雖只占全部腦卒中的5%，但其發(fā)病兇險(xiǎn)，致死率高[30]。Hou等[31]在蛛網(wǎng)膜下腔出血大鼠中發(fā)現(xiàn)，miR-138的表達(dá)顯著升高，其通過靶向作用于內(nèi)皮型一氧化氮合酶，參與蛛網(wǎng)膜下腔出血大鼠的血管痙攣。綜上，miR-138能通過調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的增殖、凋亡、自噬，調(diào)節(jié)炎癥與氧化應(yīng)激，改善血管痙攣等方面參與腦卒中的發(fā)生發(fā)展。因此，對(duì)miR-138的深入研究將有助于為腦卒中提供新的治療策略。

2.2miR-138與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 最常見的神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤是膠質(zhì)瘤、腦膜瘤，其中膠質(zhì)瘤約占所有原發(fā)性腦和其他神經(jīng)腫瘤的25.1%，占惡性腫瘤的81.1%[32]。研究顯示，miR-138-2-3p在人膠質(zhì)瘤細(xì)胞中表達(dá)降低，上調(diào)其表達(dá)可通過抑制三結(jié)構(gòu)域蛋白24的表達(dá)及其下游Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路，最終抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖、侵襲、遷移，并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[33]。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma，GBM)是最常見的原發(fā)性腦瘤，屬于膠質(zhì)瘤分類中的星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜且極具侵襲性。檢索腫瘤基因組圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)，miR-138低表達(dá)與GBM患者的生存率低有關(guān)[34]。研究還發(fā)現(xiàn)，Zeste同源物2、細(xì)胞分裂蛋白激酶6、E2F轉(zhuǎn)錄因子2和3[34]以及活化T細(xì)胞的核因子5[35]是miR-138的直接靶點(diǎn),miR-138可通過阻斷Zeste同源物2-細(xì)胞分裂蛋白激酶4/6-pRb-E2F轉(zhuǎn)錄因子1信號(hào)通路抑制GBM的發(fā)生[34]，激活蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并通過降低基質(zhì)金屬蛋白酶2的表達(dá)降低GBM細(xì)胞的侵襲性[36]。miR-138在低級(jí)別膠質(zhì)瘤組織中的表達(dá)也降低，且能通過靶向胰島素樣生長(zhǎng)因子2信使RNA結(jié)合蛋白2抑制低級(jí)別膠質(zhì)瘤中上皮細(xì)胞向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[37]。髓母細(xì)胞瘤是兒童最常見的惡性腦腫瘤，占所有兒童惡性腦腫瘤的20%～25%[38]，過表達(dá)的miR-138能通過下調(diào)細(xì)胞分裂蛋白激酶6抑制人髓母細(xì)胞瘤細(xì)胞存活、增殖、遷移，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[39]。血管生成是腫瘤進(jìn)展所必需的，而過表達(dá)miR-138-5p可通過降低性別決定區(qū)Y框蛋白13[13]和靶向缺氧誘導(dǎo)因子-1α及其下游的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子抑制膠質(zhì)瘤血管生成[40]。

研究顯示，miR-138-5p在正常腦組織、低級(jí)別膠質(zhì)瘤、GBM的胞外囊泡中表達(dá)依次降低；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，波形蛋白是miR-138-5p下游的作用靶點(diǎn)[41]。異檸檬酸脫氫酶是膠質(zhì)瘤基因診斷的重要生物標(biāo)志物，異檸檬酸脫氫酶突變會(huì)阻礙細(xì)胞新陳代謝、降低抗氧化應(yīng)激能力。腫瘤基因組圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，miR-138-5p的表達(dá)水平與攜帶異檸檬酸脫氫酶突變的GBM患者的生存時(shí)間密切相關(guān)[35]，以上提示miR-138可能作為GBM的生物標(biāo)志物。當(dāng)人類CD4+T細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-138后，miR-138可以直接下調(diào)兩個(gè)負(fù)向調(diào)節(jié)免疫檢查點(diǎn)(細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)分子4和程序性細(xì)胞死亡受體1)的表達(dá)，并導(dǎo)致膠質(zhì)瘤小鼠的中位生存時(shí)間增加43%[42]，此研究證明了miR-138具有轉(zhuǎn)化為免疫治療藥物的潛力。

化療是治療腦膠質(zhì)瘤的主要手段之一,但血腦屏障和血腫瘤屏障的存在限制了抗腫瘤藥物進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng),嚴(yán)重影響了化療效果。研究顯示，miR-138可通過降低FOS樣抗原2的表達(dá)增加血腫瘤屏障的通透性[43]。替莫唑胺是膠質(zhì)瘤化療最常用的藥物之一，但耐藥性使該藥物治療膠質(zhì)瘤的效果受到限制，而miR-138可通過抑制性別決定區(qū)Y框蛋白9及生存素改善GBM細(xì)胞對(duì)替莫唑胺的耐藥性[23]。除化療外，miR-138還可通過抑制上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化增強(qiáng)鼻咽癌細(xì)胞的放射敏感性[44]。

如前所述，miR-138在多種神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤患者、動(dòng)物模型以及細(xì)胞模型中通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、侵襲，促進(jìn)凋亡與自噬，抑制腫瘤血管生成等發(fā)揮抑癌作用[45]，并改善腫瘤對(duì)化療藥物的耐藥性[23,46]。但有研究報(bào)道了miR-138的促癌、促耐藥作用，如miR-138在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中的表達(dá)升高，提高了膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的自我更新潛力，從而促進(jìn)其生長(zhǎng)與生存[47]。另外，miR-138也可通過直接靶向細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)器BIM(Bcl-2 interacting mediator)，促進(jìn)GBM細(xì)胞生存、腫瘤進(jìn)展，以及體外腫瘤細(xì)胞對(duì)替莫唑胺的耐藥性[48]。綜上，miR-138調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的機(jī)制復(fù)雜、方式多樣。

2.3miR-138與神經(jīng)退行性疾病 神經(jīng)退行性疾病是一種基于原發(fā)性神經(jīng)退行性病變的慢性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其共同的病理特征是神經(jīng)元變性、缺失、膠質(zhì)細(xì)胞增殖。神經(jīng)退行性疾病包括PD、 AD、肌萎縮側(cè)索硬化以及亨廷頓病[49]。

AD是癡呆癥中最常見的類型，其特點(diǎn)是在神經(jīng)元胞外形成β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)斑塊以及高度磷酸化的tau蛋白在神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)蜷曲形成纖維纏結(jié)[50]。Wang等[51]研究發(fā)現(xiàn)，在AD細(xì)胞模型中過表達(dá)的miR-138能通過降低視黃酸受體α的表達(dá)，促進(jìn)tau蛋白的磷酸化。而在早發(fā)性AD細(xì)胞模型中，miR-138能同時(shí)促進(jìn)Aβ的生成和tau蛋白的磷酸化[52]。另有研究顯示，表達(dá)升高的miR-138能靶向抑制 DNA 結(jié)合蛋白果蠅 Eph激酶/蛋白激酶B信號(hào)通路，促進(jìn)AD模型中神經(jīng)元凋亡[53]。在小鼠海馬神經(jīng)元中，miR-138表達(dá)水平呈現(xiàn)月齡相關(guān)性升高，同時(shí)SIRT1作為其下游靶標(biāo)表現(xiàn)為月齡相關(guān)性降低，且miR-138介導(dǎo)了AD小鼠及細(xì)胞模型中神經(jīng)元突觸功能、認(rèn)知功能障礙的發(fā)生，并促進(jìn)淀粉樣前體蛋白和Aβ的合成[54]。

PD在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病率中居第二位，其發(fā)病機(jī)制涉及黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元的退行性喪失和神經(jīng)元中嗜酸性包涵體的形成，癥狀包括運(yùn)動(dòng)障礙(緩慢、僵硬、震顫和步態(tài)變化)和認(rèn)知障礙[49]。錳暴露可在體內(nèi)外引起神經(jīng)毒性[55]，Ma等[56]針對(duì)PD細(xì)胞模型的研究發(fā)現(xiàn)，錳可誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，而表達(dá)升高的miR-138-5p能通過靶向下調(diào)SIRT1基因的表達(dá)，抑制錳誘發(fā)的細(xì)胞自噬。

綜上，miR-138可能是AD與PD發(fā)生發(fā)展過程中的重要致病因素，有望為這一類疾病的早期診斷和治療提供新的思路和手段。

2.4miR-138與腦脊髓損傷 創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)對(duì)人類健康有嚴(yán)重影響，其發(fā)生率呈逐年升高趨勢(shì)，每年大約有5 000萬(wàn)人死于TBI[57]，生存者往往存在身體和認(rèn)知方面的障礙，且因工作能力喪失、醫(yī)療和康復(fù)費(fèi)用昂貴而導(dǎo)致巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[58]。在TBI小鼠大腦皮質(zhì)中miR-138的表達(dá)降低，而接受滾輪運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的TBI小鼠死亡率明顯降低，且與未接受滾輪運(yùn)動(dòng)的TBI小鼠相比，接受滾輪運(yùn)動(dòng)的TBI小鼠miR-138表達(dá)水平明顯升高[59]。提示以某種方式升高體內(nèi)miR-138的表達(dá)水平，有望改善臨床TBI患者的預(yù)后。

由機(jī)械或壓縮引起的脊髓損傷通常會(huì)導(dǎo)致感覺和運(yùn)動(dòng)功能障礙,可能會(huì)導(dǎo)致患者疼痛甚至截癱等[60]。在脊髓損傷小膠質(zhì)細(xì)胞中檢測(cè)到miR-138的表達(dá)降低[23]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，混合譜系酶3是miR-138的下游作用靶點(diǎn)，其是促分裂原活化的蛋白激酶家族的一個(gè)成員，能激活c-Jun氨基端激酶，而miR-138通過抑制混合譜系酶3/c-Jun氨基端激酶/促分裂原活化的蛋白激酶信號(hào)通路抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用[22]。研究顯示，脊髓損傷患者血液、大鼠脊髓、細(xì)胞模型中miR-138-5p的表達(dá)均上調(diào)，SIRT1為其下游靶蛋白，敲低miR-138-5p可上調(diào)SIRT1表達(dá)，并減輕細(xì)胞炎癥性損傷[61]?？梢?，miR-138及下游蛋白或可作為臨床上脊髓損傷早期診斷的標(biāo)志物及藥物治療靶點(diǎn)。

2.5miR-138與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病 癲癇是神經(jīng)系統(tǒng)最常見的疾病之一，普通人群中癲癇的患病率為0.5%～2%,約1/3的癲癇患者對(duì)抗癲癇藥物耐藥，為難治性癲癇[62]。Hu等[63]通過微陣列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顳葉癲癇大鼠中miR-138的表達(dá)下調(diào)。血腦屏障中多藥外排轉(zhuǎn)運(yùn)體的過表達(dá)是癲癇耐藥的最重要機(jī)制之一，而P-糖蛋白是誘導(dǎo)癌癥耐藥性的多藥外排轉(zhuǎn)運(yùn)體中研究最多的蛋白，在血腦屏障微血管內(nèi)皮細(xì)胞中P-糖蛋白的過表達(dá)可通過限制抗癲癇藥物向腦組織的傳遞而導(dǎo)致耐藥性[64]。研究發(fā)現(xiàn)，增加miR-138的表達(dá)可抑制NF-κB通路激活及P-糖蛋白表達(dá)，最終增加耐苯妥英患者腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)兩種抗癲癇藥物(苯妥英和苯巴比妥)的聚集[65]。因此，miR-138有望為難治性癲癇提供新的治療方案。

驚恐障礙是以驚恐發(fā)作為特征的一種急性焦慮發(fā)作，通過關(guān)聯(lián)分析和功能方法評(píng)估m(xù)iRNA在驚恐障礙患者易感性中的影響發(fā)現(xiàn)，包括miR-138-2在內(nèi)的3個(gè)miRNA抑制了30%～60%的驚恐障礙候選基因[66]。人類單純皰疹病毒Ⅰ型在感染外周組織上皮細(xì)胞后可進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞的軸突，在感覺神經(jīng)元中建立長(zhǎng)期潛伏性感染，當(dāng)被某種因素激活后發(fā)生裂解增殖，重新感染宿主，早早期蛋白ICP0就是裂解早期基因表達(dá)的產(chǎn)物[67-68]。Sun等[69]研究發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)元中高表達(dá)的miR-138通過靶向病毒ICP0信使RNA抑制人類單純皰疹病毒Ⅰ型裂解周期基因，從而抑制人類單純皰疹病毒Ⅰ型感染患者及小鼠的病毒裂解增殖。目前，miR-138在精神障礙和神經(jīng)系統(tǒng)感染等疾病中的調(diào)控作用已初顯，但需進(jìn)一步的研究予以證實(shí)。

3 小 結(jié)

miR-138在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的生物學(xué)作用表現(xiàn)為廣泛性、復(fù)雜性和多靶向性，miR-138具有保護(hù)神經(jīng)元、減輕星形膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)、調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展、抑制血管生成、減輕血管痙攣等作用，然而其參與神經(jīng)保護(hù)、神經(jīng)元可塑性和軸突再生、血管重構(gòu)、神經(jīng)炎癥和內(nèi)源性干細(xì)胞激活等的機(jī)制尚未明確，miR-138在多種神經(jīng)細(xì)胞中全面的共調(diào)控網(wǎng)絡(luò)也有待闡明。目前，miRNA相關(guān)產(chǎn)品尚缺乏高效的遞送給藥方法，miR-138在多種自身免疫性疾病、精神疾病、神經(jīng)性疼痛中的作用也鮮有報(bào)道。目前的研究已充分證實(shí)miR-138在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有重要研究?jī)r(jià)值，可作為臨床早期診斷、疾病治療、改善預(yù)后等的重要分子，但仍有大量潛在的機(jī)制尚未明確，需要進(jìn)一步研究。