miRNA在神经退行性疾病中的研究进展*



专家论坛

miRNA在神经退行性疾病中的研究进展*

王春梅，杨春青，潘衍有

(济宁医学院 神经生物学研究所，山东 济宁272067)

[摘要]微小RNAs(miRNAs)是一类真核生物内源性非编码单链RNA，长度通常为 21～22个核苷酸。miRNAs主要通过与靶mRNA3’-UTR的碱基配对引起靶 mRNA的降解或抑制其翻译，从而对基因进行转录后表达的调控。miRNA在神经系统中特异性表达，在神经系统疾病的发生和发展过程中起到重要作用。本文综述了miRNA在阿尔茨海默氏病、帕金森病及亨廷顿病中的表达差异，为今后阿尔茨海默氏病、帕金森病及亨廷顿病的发病机制研究、早期诊断及病情评估提供新的思路与方法。

[关键词]miRNA；神经退行性疾病；阿尔茨海默氏病；帕金森病；亨廷顿病

miRNA是一种存在于真核生物基因组中非编码的单链小分子RNA。成熟miRNA含20~24个核苷酸(nt)，是由一段具有发夹环结构，长度为70~80 nt 的单链RNA前体(pre-miRNA)经Dicer酶加工后生成的。成熟miRNA与RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-induced silencing complex, RISC)结合形成非对称RISC复合物。RISC复合物中的单链miRNA与靶mRNA上任意与之互补的序列配对，从而抑制基因转录或使mRNA降解而抑制基因表达[1]。miRNA是动植物生长发育过程中重要的调节因子，参与胚胎发育、细胞分化、器官发生、物质代谢等广泛的生命过程[2-3]。另外，miRNA的异常表达与疾病的发生发展关系密切。在人类恶性肿瘤中，如慢性淋巴白血病、结肠癌、肺癌、胃癌和肝癌的肿瘤细胞与正常组织来源的细胞中的miRNA表达谱具有明显差异。在神经系统疾病中miRNA也起重要作用[2]。如缺血可诱导miR-497特异表达，而miR-497缺失会抑制细胞的死亡[4]。MiR-223在神经系统中低表达，而在中风患者中表达升高，高水平的miR-223会降低谷氨酸受体亚基，从而抑制神经元死亡而发挥保护作用[5]。神经退行性疾病是一种渐进的程序性的疾病，最明显的特征是大脑中的病理变化，包括胞外蛋白的沉淀，胞内物质，与细胞的形态学变化。到目前为止，除少数病例外，无有效、明确的诊断工具，通常是基于临床症状来加以判断。miRNAs这一研究热点为神经退行性疾病的机制及诊断提供了良好的契机。目前，在神经退行性疾病的病例及动物模型中均检测到异常表达的miRNAs(见表1)，揭示miRNA参与了神经退行性疾病的发生发展。本文就miRNA在神经退行性疾病中的研究进展作了较为系统的总结与展望，为研究神经退行性疾病的发病机制及临床治疗提供理论依据。

1miRNA与阿尔茨海默氏病

AD是中枢神经系统中最著名的退行性疾病，世界范围内约有3 500万名AD患者，我国的发病率总体水平介于世界各国中等水平之间。AD的特点是早期记忆障碍，随后出现认知缺陷，如失语(语言障碍)、失认(不能辨别人或物体)、失用(无法进行电活动)等。AD的病因极其复杂，发病机制迄今尚不明确。目前，己证实患者脑内β-淀粉样蛋白(Aβ)过度积聚，Aβ的沉积作用造成细胞内磷酸化的异常，进一步引发Tau蛋白的磷酸化过度增加，从而产生神经纤维缠结[6]。

近年来报道了一些miRNA在AD患者的脑组织及AD模型中异常表达。Hebert等[7]在5例AD患者的前颞皮层中检测到328个miRNA，其中13个miRNA的表达下降。Cogswell等[8]评价AD患者不同阶段不同脑区的miRNA表达变化，结果在AD的早期和晚期的海马区，内侧额叶脑回及小脑中共检测到300个miRNA，其中miR-423在海马区的表达升高，miR-98在小脑的表达下降。Liu等[9]对家兔的AD模型进行miRNA表达分析，发现11个miRNA差异明显，其中miR-125b、miR-98、miR-107、miR-30的表达变化与其在人的AD样本中的表达一致。Tan等[10]利用RNA测序方法鉴定158AD患者与155正常对照间miRNA的表达差异，发现MiR-98-5p、miR-885-5p、miR-483-3p、miR-342-3p、miR-191-5p和miR-let-7d-5p的差异存在明显差异。其中miR-342-3p的表达特异，而且与AD的发展进程有关。

另有研究指出，miRNAs可能参与了AD的发生发展。Wang等[11]研究发现，在早期AD患者皮质中miR-107的表达显著下降。进一步实验表明，在AD的发展过程中，当miR-107表达降低时，BACE1蛋白水平增加，所以Wang等[11]推论miR-107可能通过调节BacE1基因的表达从而加速AD的进展。在培养的神经元细胞中，miR-339-5p抑制β-淀粉样前蛋白转化酶1(BACE1)的表达，从而造成Aβ的积累，进而在AD中发挥重要作用[12]。Hebert等[7]对AD患者及对照的大脑皮质区进行miRNA分析，检测到13种miRNA在AD脑内的表达显著降低，数据分析后发现7种miRNA的靶基因可能参与了AD病程，如miR-9、miR-15a、miR-19b和miR-29b-l均在BACE1基因的3’UTR存在相应的结合位点；而let-7、miR-15a、miR-101和miR-106b在APP基因的3’ UTR存在结合位点。可见，miRNA通过调控BACE1和APP的表达，可能是AD的原因或结果。

Lukiw等[13]发现miR-146a在AD患者的脑组织中的表达上升，进一步实验证实miR-146a与补体因子H(CFH)能相互作用，当抑制miR-146a的表达时可降低与疾病相关的炎症。Croce等[14]用神经肽Y(NPY)预处理大鼠AD模型的皮层神经元，然后再用Aβ分别处理24、48 h，结果发现miR-30a-5p的表达降低，而BDNF的表达增加，因此Croce等[14]提出miR-30a-5p通过调节BDNF来促进NPY在大鼠大脑皮质神经元神经保护作用。用铝和硫酸亚铁处理原代培养的神经细胞后，检测到miR-128a的表达升高明显，此结果与在AD患者中检测到的结果一致。于是得出某些miRNA通过参与氧化应激反应而介导AD病程[15]。Galimberti等[16]利用芯片与qRT-PCR方法证明miRNA-125b在AD病人血清中的含量明显降低，且能准确区别AD与对照，准确率达到82%，于是推测miRNA-25b可以作为鉴定AD的分子标记。

这些相关的结果揭示miRNA通过调控分子通路参与了AD的发病机制，为诊断和治疗AD提供了理论和实验依据。

2miRNA与帕金森病

目前研究表明帕金森病(Parkinson’s disease，PD)的病理基础为黑质中的多巴胺能神经元(dopaminergic neuron，DN)发生病变，导致多巴胺(dopamine，DA)的生成发生障碍，从而造成神经元内多巴胺能与胆碱能两系统间平衡失调，进而表现出静止性震颤、运动迟缓、肌强直和姿势步态异常等临床表现。然而，PD的发病机理异常复杂，尚无定论。

目前，有关PD患者和正常对照间的miRNA表达谱的研究结果也陆续被报道。Harraz等[17]发现在PD患者样本中，8个miRNA(miR-133b、-218-2、-15b、-101、-1、-107、-335和-345)的表达明显降低。Lungu等[18]利用miRNA芯片发现20个miRNAs在PD大鼠模型中异常表达，特别是miR-132表达显著升高。Hao等[19]利用miRNA测序方法鉴定PD患者中异常表达的miRNA，共鉴定出200个差异表达的miRNA，其中miR-627、miR-634、miR-514、miR-563和miR613差异显著，且利用生物信息学预测出这些异常的miRNA与PD的发生有关。

Kim等[20]研究发现过表达miR-126会降低IGF-1的表达，而抑制miR-126表达会提高IGF-1的表达，证实miR-126通过下调IGF-1/PI3K/AKT信号通路在PD的发病机制中发挥重要作用。PD患者中α-突触核蛋白在转录后积累，Doxakis[21]研究发现miR-7与miR-153负向调控α-突触核蛋白的表达。miR-7主要通过结合到α-突触核蛋白的3’-UTR抑制蛋白的表达，从而实现保护作用。Martins等[22]检测到18个miRNA在9例PD患者及13位对照的外周血单核细胞中差异表达，对其中11个miRNA进行靶基因预测，共预测到662个基因，其中大部分基因曾报道与PD的发生发展相关。研究发现miR-133b在PD患者的中脑DNS及小鼠PD模型中的表达是缺失的。体外实验结果表明，敲除miR-133b能提高DN标记的表达和去极化诱导的多巴胺的释放，但是，miR-133b的过表达抑制DNS的分化和多巴胺释放的减少[23]。转录因子Pitx3在中脑多巴胺能神经元的成熟和功能发挥过程中发挥重要作用。Kim等[23]进一步证实，miR-133b以负反馈环路的方式调控Pitx3，即Pitx3调控miR-133b的转录，反过来miR-133b抑制Pitx3的翻译。在另一研究中[24]，miR-433靶向成纤维细胞生长因子20(FGF20)，如果靶位点被破坏，直接导致α-突触核蛋白表达的增加，从而引起PD。

Margis等[25]研究PD患者血液样本中miRNA的表达变化，共检测到6个差异表达的miRNAs。其中miR-1和miR-22*表达水平可以用来区分非治疗PD患者与健康受试者，miR-16-2*、miR-26a-2*和miR30a能区分未经治疗的患者和治疗患者。因此可以推断miRNA可以用来进行PD患者的临床检测。Vallelunga等[26]分析754个miRNAs在PD及多系统萎缩(Multiple System Atrophy，MSA)患者与正常对照间的表达，发现9个miRNAs在PD和MSA中差异表达。其中miR-339-5p在两种疾病中表达均下调，miR-223*、miR-324-3p和miR-24的表达均上调，miR-30c和miR-148b只在PD中明显下调，而miR-148b只在MSA中上调。Dong等[27]报道miR-141, miR-214, miR-146b-5p,和miR-193a-3p可以作为早期检测PD的新的分子标记。因此，miRNA可以将PD、MSA及正常对照区别开，可以作为特异的诊断标记。

3miRNA与亨廷顿病

HD是一种致命的遗传性神经退行性疾病，属于常染色体显性遗传疾病，主要是由于亨廷顿基因中CAG序列的不断重复扩增(多聚谷氨酞胺，PolyQ)，直接导致亨廷顿蛋白编码异常，翻译成异常的亨廷顿蛋白(Htt)，从而引起纹状体和皮质神经细胞的死亡，最终表现出舞蹈症和痴呆的症状。

Hoss等[28]利用miRNA测序技术研究12个HD患者与9个对照间miRNA的差异表达，共鉴定出5个上调的miRNA (miR-10b-5p、miR-196a-5p、miR-196b-5p、miR-615-3p和miR-1247-5p)。其中miR-10b-5p可以提高PC12/HTT-Q73细胞的存活率，表明miR-10b-5p具有保护作用。除miR-1247-5p 外，其余4个miRNA被定位于Hox 基因簇内。

在人HD患者及小鼠HD模型发现miR-9/9*、miR-124a和miR-132的表达异常，进一步分析发现miR-9靶向REST，miR-9*靶向CoREST而发挥生物学功能[29]。Lee等[30]研究2种HD转基因小鼠模型中miRNA的表达及miRNA的调控因子。在YAC128小鼠中，上调的miRNA和下调的miRNA分别在转基因5个月和12个月后被检测到。相对应地，miRNA的调控因子Drosha-DGCR8、exportin-5和Dcp1的表达在5个月后开始增高，而Dicer的表达12个月后开始降低。在R6/2小鼠中，第10周时miRNA表达的减少伴随着Drosha表达的增加。其中9个miRNAs在12月龄的YAC128和10周龄的R6/2小鼠中均下调，这些miRNA包括miR-22、miR-29c、miR-128、miR-132、miR-138、miR-218、miR-222、miR-344和miR-674*。Lee等[31]进一步证实miR-19、miR-101及miR-130共同调控ATXNI基因的表达，参与了脊髓小脑共济失调1型(scAI)的病理过程。miR-22在HD中也显著下调，且已证明miR-22靶向多个与HD的发病机制有关的基因，包括Rcor1、RGS2、HDAC4。miR-22也能抑制神经元凋亡，这种抑制作用至少一部分是通过降低促凋亡蛋白(Tp53inp1和MAPK14/p38)的表达[32]。Cheng等[33]报道了miR-196a在HD转基因鼠中过表达。体外实验证实miR-196a降低HTT基因表达及抑制HD发病的进程, 表明miR-196a对HD具有潜在的治疗作用。Fu等[34]通过生物信息学方法提出miR-196a可能通过改变细胞骨架的结构来提高神经母细胞瘤的轴突生长。以上结果均表明，miRNA将有助于HD的治疗。

表1神经退行性疾病中异常表达的miRNA

疾病调控异常表达的miRNAAD上调let-7f,miR-9,miR-34a,miR-125b,miR-128,miR-146a,miR-197,miR-200a,miR-320,miR-371,miR-423,miR-511,miR-520下调let-7i,miR-9,miR-15a,miR-19b,miR-22,miR-26b,miR-29a/b-1,miR-30a-5p,miR-93,miR-98,miR-101,miR-106b,miR-107,miR-124a,miR-181c,miR-210,miR-363PD上调miR-1,miR-22*下调miR-7,miR-15b,miR-16-2*,miR-19b,miR-26a,miR-28-5p,miR-29,miR-30a/b/c,miR-34b/c,miR-29b/c,miR-101,miR-107,miR-126,miR-133b,miR-147,miR-151-3p,miR-151-5p,miR-153,miR-199a-3p,miR-199a-5p,miR-218-2,miR-301a,miR-335,miR-345,miR-374a/bHD上调—下调miR-9/9*,miR-22,miR-29c,miR-124a,miR-128,iR-138,miR-132,miR-218,miR-222,miR-344,miR-674*

4展望

大部分研究表明miRNA表达水平在AD、PD及HD的发生发展过程发生了异常，与对照相比明显升高或降低，这种变化表明miRNA参与了神经退行性疾病的发生发展。研究还进一步表明miRNA在神经退行性疾病所起的作用是双重的，既可以起到抑制作用，又可以起到促进作用，这丰富了神经退行性疾病发病机制的研究。因此，深入阐述miRNA在神经退行性疾病中的作用机理和功能，将为进一步阐述神经退行性疾病的发病机制提供分子基础和新的研究方法。

虽然现有的研究结果受到研究方法、调查人群等因素的影响，离临床应用还有一段距离，但随着基础与临床研究的不断深入，miRNA在神经退行性疾病诊断和治疗中将展现出很大前景，miRNA有望成为神经退行性疾病早期诊治及病情评估的新思路和新方法。miRNA在神经退行性疾病诊疗中的应用也将会取得更多、更有益的新硕果。

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[收稿2015-10-17;修回2015-11-06]

(编辑：谭秀荣)

The research progress of miRNA in neurodegeneration disorders

WangChunmei,YangChunqing,PanYanyou

(Neurobiology Institute, Jining Medical University, Jining Shandong 272067, China)

[Abstract]MicroRNA (miRNA) is a kind of endogenous, non-coding and single strand RNA, and usually contains 21 -22 nucleotides. miRNA regulates gene expression at transcription level mainly through the base pairing of the target mRNA3’-UTR, causing degradation of the target mRNA or inhibiting its translation. MiRNA is showed specific expression in the nervous system, and plays an important role in the occurrence and development of disease of nervous system. In this review, the abnormal expression of miRNA in neurodegenerative disorders is analyzed, with an attempt to provide new ideas for pathogenesis, early diagnosis and disease evaluation of Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), Huntington disease (HD).

[Key words]miRNA; neurodegenerative disorders; Alzheimer’s disease (AD); Parkinson’s disease (PD); Huntington disease (HD)

[中图法分类号]R338.2

[文献标志码]A

[文章编号]1000-2715(2015)06-0555-05

[通信作者]王春梅，女，博士，副教授，主要致力于G-蛋白偶联受体的二聚化及信号转导途径的研究和神经肽对缺血性脑中风的神经保护作用机制的研究。2009~2011年在山东大学医学院做博士后研究。2012年至今在济宁医学院神经生物所工作。以第1作者发表Sci论文7篇。主持国家自然科学基金项目1项、山东省自然科学基金项目1项、济宁医学院校基金项目2项。获得国家级发明专利2项。

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(NO:81501018)；山东省自然科学基金资助项目(NO：ZR2013CQ031)；济宁医学院博士启动基金资助项目(NO:094301)。