与阿尔茨海默病发病机制相关的microRNA的研究进展

段冉冉李燕飞贾延劼

·综 述·

与阿尔茨海默病发病机制相关的microRNA的研究进展

段冉冉*△李燕飞*△贾延劼*△

阿尔茨海默病 microRNA发病机制

阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)预后差，患者在认知、语言、视觉、记忆等多方面有缺损[1-3]。AD的病因及发病机制迄今尚不明确，可能有多种因素参与，如基因突变[4]、环境、老龄化、头部外伤史、氧化应激[5]、线粒体功能障碍[6]、胶质细胞活化[7]、胰岛素抵抗[8]、炎症、凋亡、细胞周期异常等。在AD的研究中，发现微小RNA（microRNA，miRNA）的异常表达与AD的发病机制密切相关。目前有关AD研究最多的miRNA为：miR-146家族，miR101，miR-9，miR-29，miR-107，miR-106，miR-153等，本文就以上miRNA详述其与AD发病机制的关系（见表1）。

1 miR-146家族

miR-146家族包括miR-146a和miR-146b，分别由染色体5q33和10q24编码，两者在成熟序列的3＇端仅有2个碱基不同[9]。目前的文献表明，在AD患者脑组织内miR-146a的表达上调而miR-146b是下调的[9-11]。Heberta[3]认为这个差异背后的调节机制和功能影响还有待澄清。两者均被称为免疫系统调节器[9,12]。大量的研究表明，在AD疾病的早期，白介素-1（Interleukin-1，IL-1）是过表达的，IL-1通过核转录因子kappa B（nuclear factor-kappa B，NF-ΚB）转录的途径诱导miR-146a的表达，却不能诱导miR-146b。尸检报告表明在AD患者脑组织内NF-ΚB是活化的，因此146a和146b的表达差异可能是免疫反应的结果[13]。同时还发现miR-146a的和miR-146b均能够抑制白细胞介素1受体相关激酶-1（Interleukin-1 associated kinase 1,IRAK1），和肿瘤坏死因子受体相关因子6（TNF receptorassociated factor 6，TRAF6）的表达[9]。最新的结果表明miR-146a可能在AD的两个主要发病机制中起重要作用。

首先，在AD患者的脑组织内，Toll样受体/白介素-1 (Toll-like receptor/Interleukin-1，TLR/IL-1)和IRAK1介导的NF-κB信号通路的激活[14]后，引起miR-146a的上调。而miR-146a的靶信使为补体因子（complement factor H，CFH），其通过与靶信使3＇UTR的结合抑制CFH的翻译，继而放大炎性引起神经元变性。IRAK1-NF-κB信号通路又可以被miR-146a的上调所抑制，但IRAK1-NF-κB信号通路的抑制，最终导致了IRAK2-NF-κB信号通路的强烈激活，这可能有助于更持续的NF-κB的活化和炎症反应的神经退化过程[15]。IRAK1/IRAK2相互调节机制仍待阐明。

表1 异常表达的miRNA可能的病理生理机制

其次，miR-146a参与APP的代谢。在生理情况下，APP主要由α-分泌酶在APP的Aβ结构域内进行剪切，生成营养性的sAPP肽后，进一步被γ-分泌酶剪切生成P3，而在病理情况下，APP主要经过β-、γ-分泌酶的顺次剪切生成Aβ38-43。Aβ的生成和清除在生理情况下是处于平衡状态的。TSPAN12(transmembrane spanning tetraspanin 12)作为α-分泌酶ADAM10（a disintegrin and metalloprotein⁃ase 10）的重要调节因子，其促进ADAM10的成熟，继而促进ADAM10依赖的APP的蛋白水解为非淀粉样蛋白的信号转导通路[16]。研究表明miR-146a与TSPAN12有负相关的关系，随着miR-146a表达的上调，干扰APP的水解，继而引起神经毒性的Aβ42在脑内不断沉积[17]。

2 miR101

三个独立的研究[12,18,19]表明，在AD患者的脑组织内miR-101的表达是下调的。据目前研究表明，miR-101通过AD的三个发病机制影响AD病程的进展。

首先，miR-101降低APP的表达水平。Vilardo等[12]在大鼠原代海马神经元中证实APP表达通过miRNA/RISC（RNA-induced silencing complex，RNA诱导的沉默复合体）途径被调节，抑制内源性miR-101表达则增加APP水平，而慢病毒方法介导的过表达的miR-101可显著降低海马神经元APP和Aβ的水平。同时，该团队发现miR-101可减少IL-1β处理过的APP的表达，影响IL-1β对APP上调的作用[20]。另外，Justin的体外实验[21]也证实了miR-101明显降低APP水平，而给miR-101的反义抑制剂则出现相反的效果，即阻断miR-101和APP 3＇UTR的结合，靶mRNA则升高APP水平。

其次，下调的miR-101导致环氧合酶-2（COX-2）的上调，从而促进炎症[16,19]。

第三，miR-101的失调间接地有助于异常的tau蛋白磷酸化从而促进NTF的增加。Akt1(v-akt murine thymoma viral oncogene homolog 1，Akt1)已被证明可增加tau蛋白磷酸化形成，miR-101通过其靶信使MAGI2对Akt1的调控使tau蛋白异常磷酸化[22]。

3 miR-9

AD大脑中的miR-9存在异常表达，一些学者发现miR-9在AD患者脑组织内表达上调[11,23]，而另外一些学者认为miR-9表达下调[10,18]。Heberta[3]认为在疾病的不同时期不同状态和不同的大脑区域miR-9的表达存在差异是可以解释的，而上调的或者下调的miR-9都是与AD相关的。miR-9的其中一个靶基因编码神经丝蛋白H，这个蛋白先前已被证明在AD中是上调的[24]，而且可以跟随tau蛋白和其他细胞骨架蛋白从NFTs内分离出来[25]。另外，miR-9的另一个靶基因是Sirtuin（SIRT1），其为一种去乙酰转移酶，可以促进tau蛋白产生。上调miR-9可降低SIRT1的水平说明miR-9通过抑制SIRT1对AD的发病进展起到保护作用[26]。Delacourte[27]先前表明tau蛋白在没有任何淀粉样物质沉积时可以存在，而且tau聚集发生在APP功能障碍的基础上进行的。通过Delacourte的研究可以推测在AD疾病进程的早期miR-9的表达增加阻碍了tau蛋白的生成，而一旦淀粉样蛋白出现，miR-9表达下降，直接导致增加的tau蛋白和神经丝蛋白H聚集成NFTs。

4 miR-29

miR-29家族包括三个成员：miR-29a，miR-29b，miR-29c。截至目前为止，在AD患者和APP/PS1ΔE9的双转基因小鼠脑组织内miR-29的表达均为下降的[10,18,28]。miR-29在AD疾病中可能通过以下三个机制影响AD的进展。

首先，最近的研究[29]表明miR-29b为神经细胞凋亡的抑制剂。尽管神经元在有丝分裂期后有有限的再生能力，但他们需要生存在有机体的整个生命周期内。因此，有必要抑制中枢神经系统中的细胞凋亡。Kole等[29]证实miR-29b的靶基因是一组促凋亡的调控因子，包括Bim，Bmf，Hrk，Puma等，这些调控因子对诱导细胞色素c从线粒体释放的作用至关重要。虽然在AD中细胞凋亡的作用目前尚不清楚，但miR-29b在AD脑组织内作为促细胞凋亡的标记物已被广泛接受。

其次，体外实验中，对稳定表达APPswe（APP swedish）的HEK293细胞的荧光素酶分析证实miR-29a/b-1与BACE1的3＇UTR相结合,miR-29a/b-1的低表达增加内源性BACE1的蛋白水平和随之产生的Aβ沉积[18]。另外一项研究[30]表示转基因小鼠过表达的miR-29c减少BACE1的蛋白水平。

第三，Shioya等发现AD患者脑内，与神经元生长及引导轴突生长有关的神经元导航因子（neurone navigator3，NAV3）的mRNA水平升高并伴有miR-29a水平显著降低，进一步使用荧光素酶分析方法证实miR-29a下调NAV3的水平，而在AD患者额叶皮层的锥体神经元中NAV3的表达增高，说明在AD患者脑组织内，下调的miR-29a可通过增加NAV3表达影响神经变性进程[28]。

5 miR-107

miR-107隶属于miR-107/103家族，在众多研究中表明，在AD和轻度认知功能障碍(MCI)的患者中miR-107表达下降[31,32]。miR-107通过两个与AD相关的机制影响AD疾病的进展。

首先，Wang[32]观察到miR-107下调，对其靶基因BACE1抑制作用减弱表达增多，继而增加APP水解后Aβ的生成与沉积。

其次，miR-107也可以诱导细胞周期阻滞[33]，并作为观察重新进入细胞周期的标记物[34]。重新进入细胞周期是AD发病的早期事件甚至发生在Aβ和NFTs形成之前[34]。

6 miR-106

miR-106隶属于miR-17家族，其中还包括miR-17、miR-18、miR-20、miR-93、miR-106的亚家族中包括miR-106a、miR-106b。此前研究已经证实在AD患者脑组织内miR-106的表达是下降的[18,35]。miR-106可能通过以下四个机制影响AD疾病的进展。

首先，miR-106b在APP的3＇UTR有结合位点，降低miR-106b的表达可能会导致APP蛋白水平的增加，直接影响Aβ的沉积[35]。

其次，miR-106b具有促进细胞周期的作用，下调miR-106可能降低再次进入细胞周期的机率[36]。

第三，miR-106b增加tau蛋白磷酸化。miR-106b在慢性淋巴细胞白血病中通过靶向降解泛素连接酶使p73细胞凋亡[37]。而p73基因的表达降低，已被证明能够增加小鼠脑组织中tau蛋白磷酸化和加剧神经退行性病变[38]。

第四，miR-106a和miR-106b的靶基因之一为SQSTM1/p62,其编码的蛋白质主要涉及髓系祖细胞的自噬。通过调控细胞自噬，直接介导Aβ的积累和清除[39]。

7 miR-153

miR-153可能通过以下两种机制调控对AD疾病的影响。

首先，其可直接与APP、淀粉样前体蛋白2（Amyloid precursor-like protein 2，APLP2）基因的3＇UTR区序列相结合，调控APP、APLP2基因的翻译[40]。

其次，miR-153通过与野生型Reticulon 4（RTN4）的3＇UTR结合并抑制其表达从而影响AD的进程。RTN4是一类结合在鞘磷脂上的膜蛋白，属于Reticulons(RTNs)家族。主要定位于内质网内，广泛表达于神经元、少突胶质细胞等多种细胞类型。据报道[41]RTN4具有强效的神经轴突生长抑制作用，并在血管重塑及细胞凋亡中发挥作用。另有文献报道RTN4可与BACE1结合，阻止其对APP的蛋白水解作用，抑制Aβ肽的生成[42]。

8 结束语

越来越多的证据表明多种异常表达的miRNA在AD疾病的进展过程中发挥了重要的作用。miRNA大部分通过抑制、少部分通过激活下游的靶信使RNA，继而影响细胞的功能。因此，对于miRNA介导的基因调控，即使小规模的变动也可以影响参与神经变性和神经保护的各种生物学途径。我们需要进一步阐明AD患者脑内miRNA、信使RNA及蛋白水平间病理生理之间的关系，以更好的研究阿尔茨海默病及为AD的早期诊断和治疗提供新的方法和靶点。

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A

2013-01-05）

（责任编辑:甘章平）

10.3936/j.issn.1002-0152.2013.09.015

*郑州大学第一附属医院神经内科（郑州 450000）

△ 河南省高等学校临床医学重点学科开放实验室

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