miRNAs对神经干细胞分化调控作用分子机制的研究进展

龚荧荧 储利胜

神经干细胞是具有分化为神经元和星形胶质细胞潜能的细胞。研究发现位于海马齿状回颗粒下区和侧脑室室管膜下区的神经干细胞极其活跃，而脑组织其他区域的神经干细胞则大多处于休眠状态，需要一定刺激才可被激活，激活后也可分化为神经元与神经胶质细胞[1]。目前，神经干细胞的普遍定义是：一类具有强大自我更新能力且具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞潜力的，并能提供大量脑组织细胞的细胞群。神经干细胞具有强大的可塑性且在体外可持续扩增，为治疗众多不可治愈的神经系统疾病带来了希望，如缺血性脑卒中、帕金森病、阿尔茨海默症等[2]。然而，其分化过程十分复杂，受多种因子和信号通路的精确调控。但分化调控机制至今仍不明确，尤其是其定向分化的诱导方面。miRNAs是一类真核生物内源性非编码单链小分子RNA，通过与mRNA的3'非编码区结合，在转录后水平调节相关目的基因的表达，已成为细胞分化、增殖和存活的重要调节剂[3-4]。本文就miRNAs调控神经干细胞分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的分子机制作一综述，以期为神经系统疾病的治疗提供新的策略。

1 miRNAs的概述

miRNAs是一类内源性非编码单链小分子RNA，长约19～23个核苷酸，由70个核苷酸的前体衍生而来，在真核生物中广泛存在，不含开放阅读框，不能编码蛋白质，但其可以与靶基因的3'非编码区结合来发挥对生物体生命活动的调控作用。每个miRNA通常可以调控数百个靶基因，据估计30%以上的人类基因组受到miRNAs的调控[5-6]。目前研究显示，miRNAs参与细胞的所有过程，包括细胞增殖、分化、凋亡、代谢以及生理和病理条件下的免疫反应[3-4，7]。由于miRNAs与多种疾病密切相关，以及其在疾病状态与正常组织间的表达谱不同，在过去十多年，miRNAs被作为诊断和评估人类疾病的重要分子工具与治疗干预的基础[8-9]。

Giraldez等[10]通过阻断斑马鱼Dicer基因来抑制miRNAs生物合成首次证实了miRNAs在神经发育过程中的重要性。事实上，研究也发现Dicer基因缺失的神经干细胞将不具备分化潜力[11]。目前已经检测到存在于发育期和成年哺乳动物中枢神经系统中的数百种miRNAs，其中一些已被证明在神经系统发育中起关键作用。随着对miRNAs研究的不断深入，发现miRNAs对于神经元与神经胶质细胞的存活也是必不可少的[12]。

2 miRNAs对神经干细胞分化的调控作用

受到特异性刺激后，神经干细胞可以自我更新或向神经元、星形胶质细胞或少突胶质细胞分化。然而，神经干细胞的分化是一个精细控制的过程，受到许多影响因子与基因的调控。目前研究较多的主要影响因子包括成纤维细胞生长因子、血管内皮生长因子、神经生长因子、脑源性神经营养因子、IL、促红细胞生成素[13]等，基因包括Notch基因、Hes基因、Wnt基因[2]。而miRNAs可通过调节细胞因子和（或）基因的表达来调控神经干细胞的分化，不同的miRNAs对神经干细胞的定向分化具有不同的调控作用。

2.1 miRNAs对神经干细胞向神经元分化的调控作用 miR-124作为最初被报道的脑特异性miRNAs之一，在大脑组织中高度表达[14]，近年来也被认为是神经元特异性miRNAs。目前研究表明miR-124对神经干细胞的分化存在多靶基因与通路调控：（1）通过抑制限制性内切酶1沉默转录因子（restriction endonuclease 1-silencing transcription factor，REST）可促进神经元的表达。羧基端小结构域磷酸酶1（small carboxy-terminal domain phosphatase 1，SCP1）是另一个重要的非神经因子，通过下调SCP1可促进神经干细胞向神经元方向分化。SCP1与REST调节途径相互联结促进神经干细胞分化为神经元[15]；（2）通过下调性别决定区域Y-盒9（sex determining region Y-box 9，Sox9）的表达促进神经干细胞向神经元分化[16]；（3）通过抑制配对盒（paired box 3，PAX3）和增强蛋白激酶B-糖原合成激酶3（protein kinase B-glycogen synthase kinase 3，Akt-GSK3）通路促进神经干细胞分化为神经元[17]；（4）通过抑制非洲爪蟾同系物 1（dapper,antagonist of beta-catenin，homolog 1 Xenopus laevis，DACT1）来激活 Wnt/β-链蛋白（β-catenin）途径从而诱导神经干细胞向神经元分化[18]。此外，白威等[19]通过相关实验证实过表达miR-124-3p会显著降低Delta 样配体 1（Delta-like 1，DLL1）的表达，并通过生物信息学预测与荧光素酶测定进一步确认DLL1是miR-124-3p的直接作用靶点，同时也发现miR-124-3p可以促进创伤性脑损伤后海马神经干细胞的分化，由此认为过表达miR-124-3p通过靶向抑制DLL1阻断了Notch信号通路的激活，从而促进神经干细胞向神经元分化。

miR-9也较早地被证实具有促进向神经元分化的作用，其主要通过与TLX的3'非翻译区结合来抑制TLX的表达。TLX在神经干细胞中高度表达，且为miR-9的重要靶基因，与miR-9之间存在负反馈环[20]。除靶基因TLX外，miR-9还可能通过其他多个靶基因来促进神经干细胞向神经元分化，包括抑制REST、叉头框G1（forkhead box G1，FoxG1）[21]等。miR-9 还可通过与miR-124协同抑制Ras家族小G蛋白2a（Ras family small G protein 2a，Rap2a）来促进神经干细胞的神经元分化[22]。

有关miR-17-92基因簇与神经干细胞分化的报道也较多。miR-17-92过表达可通过阻断白血病抑制因子（leukemia inhibitory factor，LIF）和睫状神经营养因子（ciliary neurotrophic factor，CNTF）介导的 Janus激酶-信号转导子和转录激活子（Janus kinase-signal transducers and activators of transcription，JAK-STAT）通路的激活，从而促进神经元的体外分化[23]；切除miR-17-92基因簇将会上调谜题同源物1（enigma homolog 1，ENH1），从而显著减少海马齿状回中神经干细胞增殖的数目以及神经元的分化[24]。

除此之外，近年来越来越多的miRNAs被证实可调控神经干细胞向神经元分化。例如：miR-615通过下调LRR和含Ig域的NOGO受体相互作用蛋白1（LRR and Ig domain-containing NOGO receptor interacting protein 1，LINGO-1）促进神经干细胞向神经元分化[25]；miR-153在海马中过表达可促进神经干细胞向神经元分化[26]；miR-145通过上调let-7a和let-7b，下调性别决定区域Y-盒 2（sex determining region Y-box 2，Sox2）和 Lin28，来诱导神经干细胞向神经元分化[27]，也可通过靶向促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）通路来促进其向神经元分化[28]；miR-29a可通过靶向磷酸酶和张力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）促进神经元的分化[29]；miR-132 可通过调节甲基CpG结合蛋白2（methyl-CpG-binding-protein 2，Mecp2）表达而损害神经元分化[30]；miR-410-3p 可抑制神经干细胞向神经元分化[31]。

神经干细胞向神经元的定向分化对神经系统疾病的治疗及康复具有重要意义。利用miRNAs调节神经干细胞的定向分化可能成为中枢神经系统疾病新的治疗方向。

2.2 miRNAs对神经干细胞向胶质细胞分化的调控作用 除神经元外，神经干细胞还可向胶质细胞分化，如星形胶质细胞与少突胶质细胞。越来越多的证据表明，miRNAs在调控胶质细胞的发育中起着重要的作用。miR-124在星形胶质细胞中亦有表达，可通过下调Sox2和Sox9促进神经干细胞分化为星形胶质细胞[32]，也可通过抑制DACT1来激活Wnt/β-catenin途径来抑制神经干细胞向星形胶质细胞分化[18]。Cao等[33]通过生物学信息预测和荧光素酶测定，证实Sp1是miR-124-3p的靶基因，且发现miR-124-3p可通过靶向Sp1调控神经干细胞向星形胶质细胞分化。miR-17-92的过表达会阻断LIF和CNTF介导的JAK-STAT通路的激活，从而抑制其分化为星形胶质细胞[23]。此外，过表达miR-21可通过Wnt/β-catenin信号传导途径抑制神经干细胞向星形胶质细胞分化[34]；miR-148b也可通过抑制Wnt/βcatenin信号减弱神经干细胞向星形胶质细胞分化的潜能[35]。过表达miR-153可下调Notch信号通路来抑制神经干细胞向星形胶质细胞分化[26]，而过表达miR-140-3p将会导致星形胶质细胞的定向分化异常[36]。

目前研究将miR-219和miR-338作为少突胶质细胞特异性miRNAs，这些miRNAs的过表达通过下调性别决定区域Y-盒 6（sex determining region Y-box 6，Sox6）、毛发和分裂同源物（hairy and Enhancer of split homolog，Hes5）等转录因子来促进神经干细胞向少突胶质细胞分化[37]。此外，miR-106b可通过直接抑制肿瘤蛋白p53诱导性核蛋白1和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A的表达来抑制神经胶质细胞的生成[38]，miR-204也可抑制神经干细胞向胶质细胞分化[39]。

在一定条件下，星形胶质细胞与少突胶质细胞对神经元具有特异的保护作用。因此，了解miRNAs对调控神经干细胞向神经胶质细胞分化的机制也可用于神经系统疾病治疗的研究。

3 miRNAs对神经干细胞分化调控的应用前景

神经干细胞分化的机制研究为开发潜在而强大的新治疗策略提供了基础，这些策略可广泛应用于临床疾病的治疗。缺血性脑卒中是一种高死亡率的疾病，其治疗方法却十分有限。重组组织型纤溶酶原激活物（rt-PA）是目前唯一被FDA批准用于治疗缺血性脑卒中的溶栓药，然而其临床应用也受其治疗时间窗口和严重不良预后的限制。现有研究发现多种miRNAs可用于保护缺血性脑卒中引起的脑损伤：miR-145可通过下调程序性细胞死亡蛋白4来减少缺血性脑卒中引起的神经干细胞分化抑制[40]，也可通过靶向MAPK途径在缺血性脑卒中的治疗中起保护神经干细胞的功能[28]；抑制miR-148b的表达可促进神经干细胞分化为新生神经元和星形胶质细胞，减少缺血性病变的体积并改善神经功能[35]；电针刺激可通过调控miR-34a的表达来促进缺血再灌注损伤周边区神经干细胞的分化[41]，也可通过激活miR-146b来促进缺血性脑卒中后内源性神经干细胞的分化[42]。

阿尔茨海默症为世界上最常见的神经系统退行性性疾病，以进行性认知功能障碍和行为损害为特征，其典型病理改变包括大脑神经元的丢失和胶质细胞的增生。对于阿尔兹海默症的治疗，目前仍缺乏延缓或治愈此种疾病的药物。现有研究表明上调miR-9的表达可促进淀粉样前体蛋白的神经干细胞分化为神经元[43]，这为治疗阿尔茨海默症提供了新的思路。

4 小结

神经干细胞分化的调控需要一个非常精细的基因表达网络，包括来自细胞内外环境的各种信号。miRNAs作为一个重要的调控因子，参与了细胞的多种生物过程。近年来研究也表明miRNAs在神经干细胞的分化过程中起着重要的调控作用，这就为神经系统疾病的治疗提供了新的思路与希望。但miRNAs对神经干细胞分化的调控机制尚未完全探明，即使是前文提到的已经研究的miRNAs，其具体调控过程和机制网络也尚未明确，因此，在这一领域仍需要大量的研究。相信，miRNAs与神经干细胞分化机制的深入研究，将对疾病的预防和治疗产生长远的影响。