阿尔茨海默病发生机制的microRNA水平研究进展

吴 越

(南京医科大学附属无锡精神卫生中心精神六科，江苏 无锡 214151)

微小核糖核酸(miR)在脑组织中含量丰富，且对神经系统的发育和突触可塑性的形成起着重要作用〔1〕，有推测，人体组织细胞内的每一个生理过程几乎均受miR 的调控，miR调控紊乱可能是人体多种疾病发生的潜在因素〔2〕。本文就miR与阿尔茨海默病(AD)的相关研究做一综述。

1 miR的特征

miR是真核生物体内长约22个核苷酸(nt)的单链小分子非编码RNA，最先在秀丽隐杆线虫体内发现〔3〕。它广泛存在于动植物、病毒中，且在进化上高度保守，其通过与目标mRNA的互补配对在转录水平对基因表达进行负调控，可导致目标mRNA的降解或翻译抑制。 miR基因通常位于基因间或内含子区域，首先在细胞核内转录产生初始RNA(pri-miRNA)。pri-miRNA在核糖核酸酶(RNase)Ⅲ家族酶Drosha和其辅助因子Pasha的作用下被处理成70nt的带有茎环结构的miR前体(pre-miRNA)，经核内小分子-结合蛋白(Ran-GTP)依赖的输出蛋白exportin-5 转运到细胞质中。在细胞质中，另一个核酸酶Dicer将pre-miRNA剪切成约22个核苷酸长度的miR双链，通常其中一条被降解，另一条与Argonaute蛋白相结合，形成RNA诱导基因沉默复合物(RISC)，该复合物与目标mRNA的3′端非编码区(3′UTR)结合，发挥对基因表达的调控作用。当miR与mRNA不完全互补时，将导致翻译的抑制；当miR与mRNA完全互补时，则导致目标mRNA的降解〔4〕。

2 miR在中枢神经系统发育中的表达与调控

通过研究，miRNA在中枢系统发育、结构形成和功能中的调控作用已得到了证实，斑马鱼核酸内切酶(Dicer)酶基因突变表现为严重的神经管形成缺陷，人为导入miR-430家族的miRNA可部分纠正此种发育畸形〔5〕。在哺乳类胚胎发育中期端脑Dicer酶缺失引起前脑正在分化的神经元发生凋亡，前脑体积明显减少〔6〕。神经系统表达的miR种类丰富并且表达具有空间特异性和时间特异性。有的在胚胎发育初期低表达，随着发育过程的演进表达增加，在出生后减少(如miR-9、-125b)；有的在神经元细胞中占优势表达(如miR-124、-128)，有些仅在星形胶质细胞中或少突胶质细胞中高表达(miR-23、-26、-29)〔7〕。miR-124在分化神经元和成熟神经元中大量表达，可在神经元的分化过程中促进轴突生长，目前认为，miR-124可能通过下调多嘧啶序列结合蛋白(PTBP1)的表达水平，引起神经系统特异性前体mRNA可变剪接来调节神经元的分化；miR-124还可以拮抗神经特异性沉默因子/RE-1沉默转录因子，降解非神经性转录产物，参与非神经元向神经元阳细胞转化〔8〕。

3 突触塑形及记忆与microRNA

miR-134是第一个在哺乳类动物树突上发现的调节局部蛋白合成的miRNA，Schratt等〔9〕报道，miR-134主要在树突表达，参与调节树突的成熟及可塑性，在稳定状态下可抑制突触形态发生的调控因子单丝氨酸蛋白激酶(LIMK1)的表达，而脑源性神经生长因子(BDNF)信号通路能迅速抑制miR-134功能，间接促进LIMK1翻译表达。长期记忆的形成伴随着mRNA转移到突触中，并合成所需要的特殊蛋白。研究表明钙/钙调素依赖型蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)是果蝇长期记忆形成过程中合成的新蛋白质，它的3′UTR端有miR-280、-289的结合位点，为miRNA参与记忆构成提供了结构基础。长期记忆形成过程中，神经活动激活蛋白酶降解诱导基因沉默复合物(RISC)的成分Armitage蛋白，一方面对CaMKⅡmRNA的抑制作用消除，CaMKⅡ得以表达；另一方面，Armitage蛋白降解可引起RNA结合蛋白(KHC)和Staufen蛋白合成增加，使得CaMKⅡmRNA转移到突触中，同样引起CaMKⅡ表达增加〔10〕。

4 miR在AD中的作用

早期对miR在神经退行性疾病中的作用主要是通过缺失Dicer酶的动物模型或细胞进行的〔11〕，虽然发现敲除Dicer酶的小鼠海马棘突可发生和AD相似的变化，但实验方法比较粗略，又因Dicer酶还有许多其他功能，所以针对性不强。Lukiw〔12〕使用DNA芯片及Northern杂交的方法对脑内海马区12种脑组织相关的miR的表达进行了分析，并首次报道了与年龄匹配的正常对照相比，AD患者海马内特异性微小核糖核酸(microRNA)的丰度有差异：miR-9、-125b、-128三种microRNA的表达含量显著上调，miR-124a表达下降。Lukiw〔12〕又发现，AD患者死后颞叶新皮质中的miR-9、-125b、-146a的表达丰度显著性上调，而在帕金森病(PD)或精神分裂症患者相同脑组织内并没有观察到同样的现象。其中miR-146a能对补体因子H(CFH)进行负调控，该因子是脑内炎症反应的重要抑制因子，可能参与AD的发病机制。这种microRNA只在AD受累的特定脑组织内表达上调，进一步表明了它们参与了AD发病进程的病理通路〔13〕。

β-淀粉样蛋白(Aβ)沉淀聚积构成老年斑的核心成分，而老年斑是AD主要的病理特征之一，淀粉样前体蛋白β位分解酶1(BACE1)是AD病理通路中的一个关键酶，是Aβ生成的限速酶，其酶切位点位于Aβ N端第一个氨基酸，作用于淀粉样前体蛋白(APP)后产生β-APP和C99肽，C99肽再经γ分泌酶作用产生不溶性Aβ。Boissonneault等〔14〕在AD小鼠模型中研究发现，miR-298和miR-328能识别BACE1中mRNA的3′UTR上的特异性绑位定位点，从而调节BACE1的表达。Wang等〔15〕报道miR-107在AD的早期就有显著下降，并且检测到BACE1 mRNA的3′UTR存在有miR-107的结合位点，随着miR-107的降低，BACE1蛋白水平呈增高趋势，转而导致了Aβ产生增多。Hebert等〔16〕发现，临床伴有BACE1蛋白水平异常增高的AD患者脑内miR-29a、miR-29b-1的检测发现其表达显著降低。另有报道〔17〕对早期AD患者颞叶皮质区灰质和白质miR的表达谱分别进行检测，并对差异表达的miR与AD病理特征——神经纤维缠结及老年斑的相关性进行了比较，表明灰质区一系列miR(miR-15、107及miR-29家族)的下调与老年斑的数量紧密相关，即：灰质miR的异常表达可能是AD病理改变的因素之一。另有研究发现〔18〕，AD患者海马区miR-423的表达上调，小脑miR-98的表达下调，而这两种miR均可调控异柠檬酸脱氢酶(IDH2)的表达，IDH2表达的降低与氧化应激的耐受性有关，提示miR可能通过氧化应激途径影响AD的发生，且对脑的不同部位的易感性有不同，如海马、皮质及皮质下区损伤明显，小脑相对较轻。

多项实验证明，miR和AD的发病机制有关，但目前仍存在争议，Bettens等〔19〕研究发现APP和BACE1基因3′UTR遗传变异及miR-29基因家族变异位点都没有显示与AD有显著性关联。考虑结果缺乏一致性的原因可能与多种因素有关，如：标本来源不同、操作过程miR的降解技术处理方法差异及数据分析等。

5 小 结

综上，miR在AD中的研究价值日益凸显，热点主要集中在miR的特异性作用靶点预测、验证及探讨其作用机制等。那么，导致AD 患者脑内miR异常表达的原因是什么，是机体的老化及功能的减退导致miR的合成及加工成熟发生障碍，或其他因素如：神经元毒性蛋白生成影响 miR的表达等，均需要进一步探讨和证实。同时，miR本身又可作为AD潜在的治疗靶点，但在实际应用中面临巨大的挑战：一种miR可能参与调控多种蛋白质的表达，同时一种蛋白质也可能受多种miR的影响；如何克服血脑屏障在脑内抑制或高表达miR还有待技术支持。相信随着核酸修饰技术和靶向转运载体的发展，使miR有望成为AD治疗的新靶点。

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