MicroRNA在视网膜神经节细胞的保护作用

容 蓉 兰东怡 邵 毅

(南昌大学第一附属医院眼科，江西 南昌 330006)

视网膜神经节细胞(RGCs)是视神经主要的组成部分，RGCs的丢失可能会造成视网膜退行性病变，包括糖尿病性视网膜病变、青光眼等〔1〕。作为一种特殊的感觉神经元，RGCs在中枢神经系统中扮演着重要的角色，能通过调节和传递视觉信息到大脑皮质，形成完整的视觉通路。RGCs受到严重损伤将导致视力下降甚至致盲。多种有害因素，像组织缺氧、兴奋性中毒、氧化应激及RGC凋亡等均可导致RGCs的损伤。

微小RNAs(miRNAs)是一股20～24核酸片段长的单链RNA，调节约30%的编码基因，可以直接与信使RNA 3′-未翻译区(UTR)作用，使其分解或抑制其翻译过程。一种miRNA(miR)可以作用于多种信使RNAs。miR是真核生物中基因表达重要的调节因子，并且参与了多种生物功能活动，包括细胞分化、细胞增殖、细胞凋亡、个体发育及机体的新陈代谢等〔2〕。miR被观察到参与多种疾病的发病过程，比如肿瘤的发生〔3〕和肥胖〔4〕。miR同时可在许多疾病的诊断中作为一种非侵入性的生物学标记物〔5〕。Lee等〔6〕在研究线虫时发现了第一个miR，直到今天超过2 000种miR在机体内陆续被报道。Lagos-Quintana〔7〕在成年大鼠眼中首次分离鉴别出7种不同类型的miR，此后有关miR研究陆续被报道。

1 不同类型miR对视神经节细胞的作用

在动物和人体视觉系统中，miR均被阐明参与了视网膜发育发展的各个方面，包括视网膜的发生、视网膜的内稳态或者视网膜的损伤。已有研究发现miR-183/96/182群集和miR132/212在视网膜突触的发育中起着关键作用〔8,9〕。miR-124在视网膜视锥细胞的成熟过程中发挥了重要的作用〔10〕。同时miR-218也被发现能通过抑制Robo/Slit通路维持视网膜内正常的血管功能〔11〕。在对RGCs研究中，最近阐明miR-132参与了脑源性神经营养因子(BDNF)介导的视网膜神经突触的分支及成熟过程〔12〕。而且众多实验结果表明miR与多种视网膜退行性病变的发生发展都有着紧密的联系〔13〕。然而目前关于miR在调节视网膜细胞凋亡或退行性病变中所起作用的具体机制仍然不清楚。

1.1miR-21和青光眼RGCs损害 青光眼是一种神经变性疾病，伴随着RGCs及神经纤维的进行性缺损，造成视野的不可逆性丧失，最终致盲，是世界三大致盲性眼病之一，影响了全世界范围内约6千万人口〔14〕。至今其发病机制仍不明确，大量的国内外研究表明青光眼是一种多因素致病性疾病，因此基于青光眼分子基因水平的研究是目前眼科的研究热点。miR和房水循环的动态平衡、小梁网的变化及RGCs的凋亡都有着紧密的联系。青光眼患者通常的最终病理结果是造成视网膜视神经的不可逆损害，而RGCs凋亡是导致青光眼中视神经损害的主要因素，而又有多种影响因素参与了RGCs凋亡过程。在青光眼疾病中，RGCs通过细胞凋亡途径最终会死亡，可能引发细胞凋亡的机制有很多，像氧化应激、神经胶质细胞活化、神经营养因子剥夺、缺血、兴奋性毒性等〔15〕。miR存在于视网膜中，并且在有严重青光眼性损害的眼视网膜中表达〔16〕。因此对于RGC凋亡机制的综合理解在青光眼的治疗中显得尤其重要。间充质干细胞(MSCs)在人体内发挥着多种重要的生物功能，包括组织修复和再生、免疫调节、抗炎等生物活性。目前研究表明MSCs在很多神经疾病的治疗中有着良好的应用前景。在急性青光眼小鼠模型中，MSCs能同时抑制caspase-8介导的RGC凋亡及激活小胶质细胞。小胶质细胞是神经损害的感受器，在防御神经损害、促进组织修复和神经再生方面发挥重要作用。部分功能也是通过斯钙素(STC)-1发挥作用。miR-21a-5p(miR-21)及其作用靶点程序性细胞死亡因子(PDCD)4在STC-1的产生和MSCs在体内外保护神经的特性等方面是必不可少的。而且miR-21的过度表达或者PDCD4基因的敲除能增大MSCs在急性青光眼中介导的神经保护效用。通过调节miR-21/PDCD4轴可能成为临床上治疗急性青光眼及其他神经系统疾病的新思路。miR在视网膜发育和RGC层分化形成的过程中有着重要的作用〔17〕。Jayaram等〔18〕利用高渗盐水对大鼠进行单侧眼前房注射引起急性高眼压，连续观察眼压5 w，全部处死大鼠后，观察其球后视神经损伤程度，从神经高度受损的全视网膜及正常对照组中提取miR，和对照组相比，青光眼性大鼠视网膜中8种miR都出现了下调(miR-181c,miR-497,miR-204,let-7a,miR-29b,miR-16,miR-106b和miR-25)，miR-27a则出现了明显的表达上调。对实验性青光眼模型的进一步研究可能为未来使用miR旨在调节视网膜微环境为靶向治疗技术的新兴神经保护方法的提出提供机遇。在眼压升高时对miR的早期动态变化及基因表达情况，视乳头及视网膜的相应改变等方面进行深入的研究，有助于更好地理解早期RGCs损伤的发生及发展机制。

1.2miR-96与RGCs活性 caspases是含半胱氨酸的天门冬氨酸蛋白水解酶，它能选择性地切割靶蛋白的天门冬氨基酸残基而引起细胞凋亡，具有潜在的破坏力。研究者发现miR-96的表达上调可以降低RGCs的活性，而这一过程主要通过caspases的活化来实现。当 caspase-2基因不表达的时候，miR-96在调节RGCs凋亡过程中的作用将会消失，表明了miR能影响RGCs的存活和凋亡很可能是通过和caspases的相互作用实现的〔19〕。

1.3miR-100与RGC-5细胞生长 miR-100属于miR-99家系，是调控多种细胞凋亡的重要调节因子。在视网膜中，发现miR-100和糖尿病视网膜病变有着紧密的联系，同时Kong等〔20〕利用过氧化氢(H2O2)引起大鼠RGC-5细胞发生氧化应激而凋亡，实验中通过上调或下调miR-100的表达观察RGC-5细胞损伤的情况，结果认为下调miR-100的表达可能是保护RGC-5细胞免受氧化应激导致的细胞凋亡及促进RGCs生长或神经发育的有效方法。

1.4miR-30b与RGCs轴突生长 轴突导向因子(Sema)3A是视神经损伤后再生的一种主要抑制因子。有研究发现miR-30b与Sema3A的3′ UTR结合，抑制了Sema3A信使RNA的表达，Sema3A表达水平的下降可以促进RGCs轴突的生长，同时能抑制RGCs的凋亡，因此miR-30b介导的Sema3A表达下调可能成为临床上研究治疗视神经损伤的一种新机制〔21〕。

1.5miR-134与RGC-5细胞保护 研究用H2O2处理过的大鼠RGC-5细胞中miR-134调节RGC凋亡活动的机制时发现，miR-134的抑制表达有效拮抗了H2O2引起的RGC凋亡，从而保护RGCs的存活。而且miR-134的过表达则会加剧RGCs的凋亡。这一调节过程的机制可能与miR-134能通过与环AMP反应性结合蛋白(CREB)上的3′-UTR的相互作用从而抑制CREB的表达，而CREB是保护神经元的一个重要转录因子和促存活蛋白〔22〕。

1.6miR-187与RGC-5凋亡 转化生长因子(TGF)-β超家族信号传导在调节细胞生长、分化及许多生物系统发展过程中起着重要的作用。现有研究表明TGF-β信号通路在调节RGCs的活动中至关重要。如TGF-β在哺乳类动物眼发育过程中能抑制细胞程序性死亡而保护视网膜神经元。并且TGF-β信号是维持RGCs分化和存活的必要条件，在慢性高眼压青光眼大鼠模型中能对抗RGCs的细胞凋亡起到保护作用〔23〕。可以磷酸化的细胞质信号分子Smad2和Smad3是TGF-β信号通路的重要激活因子〔24〕。活化的Smads能够调节多种生物学效应，对于细胞的生存至关重要。Smads的抑制因子Smad7能够对抗Smad2/Smad3的活化，消除其促细胞存活作用〔25〕。miR-187通过细胞内信号转导抑制Smad7在眼中的表达，从而调控RGC-5的凋亡及增殖活动在保护RGC抑制细胞凋亡等功能中发挥着重要的作用〔26〕。

2 总结与展望

miR是目前医学领域的研究热点，并被广泛应用于疾病的诊断和治疗，到目前为止已在眼球组织中发现了数百种miRs。miR和许多眼部疾病的发展有关联，像视网膜胶质瘤、自身免疫性葡萄膜炎、葡萄膜视网膜炎、家族性圆锥角膜。然而miR在青光眼领域的研究目前还处于初级阶段。miR在青光眼中的特殊表达及其作用的基因及miR怎么调节和青光眼相关的生物学行为等将成为未来的研究焦点。在不远的将来，miR将可能成为一种新兴的非侵入性的生物学标志，在青光眼的早期诊断、疾病进展及预后评估过程中发挥重要作用，同时在对青光眼患者提出新的治疗措施及减缓青光眼疾病进展方面提供一个新的思路。