微小RNA在阿尔茨海默病Aβ沉积中的研究进展

任梦洋综述， 杨晓娟审校

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)以认知功能下降为主要特征，是痴呆最常见的原因。目前全世界患病人数为4400万人，预计到2050年这一数字将增加两倍以上[1]。2017年我国AD患者已达700多万，给国家和家庭带来沉重的经济负担[2]。

Aβ斑块是由β和γ分泌酶依次裂解淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)而形成的。其中，β分泌酶(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1,BACE1)能切割APP，是Aβ生成的限速酶[3]。正常情况下，APP的降解由α分泌酶介导。但经病理途径裂解过程中产生的Aβ在AD中发挥重要作用，这也是AD的病理学特征之一。Aβ往往会错误折叠，并变得有粘性而聚集成较大的不溶性纤维，以老年斑的形式沉积在大脑中。这个过程削弱了突触的沟通和可塑性，使大脑无法正确处理信息，导致认知障碍。

miRNA是一种18-25个核苷酸组成的非编码RNA，与核糖核酸诱导沉默复合物(RNA induced silencing complex,RISC)识别结合，通过其种子区碱基互补配对结合到mRNA的3’非翻译区(untranslated area,UTR)末端，在转录后负调节基因表达，诱导基因降解或抑制翻译[4]。miRNA主要通过直接或间接影响限速酶BACE1、γ分泌酶或APP的产生从而影响Aβ的生成，因而可能成为诊治AD的新靶点。

1 miRNA与BACE1

BACE1发现于1999年，是Aβ 形成的限速酶，其活性降低20%～30%足以预防AD发生[5]，因此成为许多AD药物临床研究的靶点。除了影响Aβ 沉积外，BACE1还能直接影响突触可塑性和突触稳态，以及通过调节AMP/PKA/CREB通路、MAPK通路参与AD的发病及认知障碍[6]。研究表明，抑制BACE1可改善认知缺陷[7]。

1.1 直接影响BACE1的miRNA 多项研究表明，miRNA能够直接调节BACE1的活性。miR-9在AD患者及动物模型中升降变化矛盾[3]。有研究表明miR-9在早发性AD中上调，而在晚发性AD中下调至低于正常水平[8]，其以BACE1为靶点。此外，miR-9还能与吞噬作用必需蛋白(TREM2)结合，下调TREM2的表达进而影响Aβ产生。另外，研究发现AD患者miR-29a/b-1显著下降，miR-29的缺失与BACE1表达增加有关，而在细胞模型中瞬时转染miR-29a/b-1可使BACE1的50%活性受到抑制，因此可以用miR-29来降低AD患者BACE1的表达水平[9]。

同样，miR-485-5p在AD患者表达下调，过表达miR-485-5p通过与BACE1的第六外显子区域结合，从而导致了BACE1蛋白浓度降低[10]。以BACE1的3’UTR为靶点的miR-186在AD患者中表达下调，过表达miR-186降低了AD细胞模型中分泌的Aβ水平，并参与缓解AD发病机制中的氧化应激效应[7]。Liu等[6]研究发现miR-135a在AD小鼠中下调，其能显著抑制BACE1的表达和活性。AD小鼠模型中miR-124表达下调，BACE1的表达是其的潜在功能靶点，miR-124抑制BACE1的表达[11]。

1.2 间接影响BACE1的miRNA miRNA还能够间接影响BACE1的活性。p38、JNK和ERK1被认为是MAPK信号通路的3个关键组成部分，活化的MAPK信号通路可促进BACE1的转录从而使AD发生。miR-330在AD小鼠中下调，过表达miR-330通过靶向抑制p38、JNK和ERK1阻断MAPK通路可减少BACE1的产生，从而改善AD[12,13]。

以上研究均表明miRNA(miR-9、miR-29、miR-485-5p、miR-186、miR-135a、miR-124、miR-330)与BACE1形成有关，可用作诊断AD的生物标志物，同时具有显著的治疗潜力。通过miR-29、miR-485-5p、miR-186、miR-135a、miR-124及miR-330制剂或模拟物负调节BACE1基因的表达，进而减轻Aβ沉积达到治疗AD患者的目的。

2 miRNA与γ分泌酶

大脑中Aβ主要有Aβ42和Aβ40两种，其中Aβ42更容易聚集。在BACE1分解过APP后，γ分泌酶的切割决定了Aβ的长度。γ分泌酶调节剂选择性地减少Aβ42的产生，已成为AD药物的一种[14,15]。越来越多的研究证实，miRNA也能参与到调节γ分泌酶的过程中。miR-34a影响γ分泌酶的表达。为研究miR-34a的作用，Jian等[16]在APP/PS1转基因小鼠中将其敲除，发现小鼠的认知状况明显改善。进一步研究发现miR-34a通过促进γ分泌酶的生成影响AD病程。因此可通过沉默miR-34a抑制γ分泌酶的表达，从而减少Aβ累积改善AD病程。

3 miRNA与APP

APP在神经元中高度表达，可溶性APP在突触处结合γ-氨基丁酸受体亚单位1α调节突触传递[17]。此外，AD病程中的炎症因子、胆固醇转运会影响APP的表达。APP还与树突棘的维持、神经传递、突触可塑性、兴奋/抑制平衡的维持有关[5]。

3.1 直接影响APP生成的miRNA 研究表明，miRNA能够直接参与调节APP的活性。Kumar等[18,19]通过分析AD患者与健康对照者的miRNA表达图谱，发现miR-455-3p表达上调。为研究miR-455-3p的功能，该团队用miR-455-3p模拟物转染细胞，发现APP的基因水平降低，miR-455-3p抑制剂转染的细胞中APP表达上调。这表明miR-455-3p具有调节APP表达的潜力，或许APP是miR-455-3p的有效靶标[19]，这一作用可能是通过抑制miR-455-3p来降低Aβ的毒性。AD小鼠的miR-200b下调[6]，miR-200b能抑制APP表达。Lin等[20]通过生物信息学发现APP是miR-101a-3p的靶点，为进一步验证，在APP/PS1转基因小鼠模型中过表达miR-101a-3p，发现抑制APP的表达被抑制[21]。过表达与沉默miR-153实验均表明miR-153下调APP的表达，低miR-153水平可能导致AD患者的APP表达增加[22]。

3.2 间接影响APP生成的miRNA 多种miRNA还可能间接调节APP的活性。在miR-34a转录起始位点上游存在STAT1、p53应答元件，AD病理过程中的炎症反应使这两种转录因子过度激活，SIRT1、p53和miR-34a共同组成一个正反馈回路，导致miR-34a的持续上调。且miR-34a可抑制SIRT1，SIRT1可防止神经元产生Aβ，最终可能导致βAPP增加。此外，miR-34a对SIRT1和α分泌酶ADAM10的抑制可导致p53转录活性的增加，从而导致Aβ产量增多[23]。Alexandrov等[24]研究发现miRNA-34a介导的TREM2表达下调，导致大脑中神经毒性的Aβ42肽积累聚集。以上实验均提示抗miR-34a治疗可潜在逆转Aβ42聚集。生物信息分析表明过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptors γ,PPARγ)是miR-128的潜在靶点，Liu等[25]为研究miR-128是否通过靶向PPARγ参与AD的发病机制，发现AD小鼠miR-128表达上调，miR-128的敲除通过上调PPARγ抑制了AD小鼠APP生成，表明miR-128通过靶向PPARγ促进AD小鼠的APP的沉积。

TSPAN12(tetraspanin12)的过表达促进ADAM10依赖的βAPP水解为非淀粉样蛋白，TSPAN12的缺失可能将βAPP分解代谢分流至淀粉样蛋白生成途径，导致促炎性Aβ42肽生成增加[26]。miR-146a表达水平存在矛盾，可能是受不同实验模型的限制或在AD进展过程中动态变化，因而需要进行更多的实验。miR-146a与靶基因TSPAN12结合，使TSPAN12表达下调，从而抑制了APP水解而使神经毒性Aβ42沉积[27]；此外，也可靶向作用于TREM2，使其表达下调，可能会损害吞噬细胞的反应，使其感知、识别、清除脑细胞中有害细胞碎片的能力下降，导致大脑中神经毒性的Aβ42肽积累。

综上，miR-455-3p、miR-200b、miRNA-101a-3p、miR-153可作为APP的抑制剂，从而减少APP的沉积。而沉默miR-34a、miR-128、miR-146a可减少APP的沉积。

4 其他间接导致Aβ沉积的miRNA

仍有些miRNA通过影响限速酶以及APP生成外的其他途径使Aβ沉积，如胰岛素抵抗、炎症通路等。Higaki等[28]研究发现miR-200b/c在AD小鼠中表达增多，其通过抑制核糖体蛋白S6激酶B1(Ribosomal protein S6 kinase1,RPS6K1)缓解胰岛素抵抗，进而减少Aβ分泌及Aβ诱导的认知障碍。miR-34c在转基因AD模型和患者中上调，Hu等[29]为近一步研究miR-34c在Aβ调节和突触活动中的作用，采用Aβ诱导的海马神经元模型，发现抑制miR-34c使突触融合蛋白(vesicle-associated membrane protein 2,VAMP2)表达上调，从而使神经递质释放增多、记忆改善，证明了Aβ/miR-34c/VAMP2通路的存在。针对miR-34c阻断的策略不仅能逆转Aβ引起的VAMP2丢失和突触失效，而且可以逆转Aβ引起的学习和记忆障碍。miR-98在AD小鼠体内表达水平下调，miRNA-98靶向抑制YRPW基序蛋白2(HEY2)从而抑制Notch信号通路减少Aβ的产生[30]。miR-98-5p下调增加了α7烟酰型胆碱受体α7nAChR的表达，并通过抑制NF-κB途径和上调Nrf2靶基因来改善神经炎症[31]。在AD小鼠的海马中miR-181表达上调，过表达miR-181使SIRT1下调促进Aβ沉积[32]。因此，miR-200b/c、miRNA-98可作为Aβ的抑制剂；沉默miR-34c、miR-181、miR-98-5p可抑制Aβ沉积。

5 总结与展望

虽然很多抗BACE1的临床药物实验均以失败告终，但其在Aβ沉积中的重要作用不容忽视。复杂的组合机制导致AD病程中Aβ沉积，而miRNA的多靶点作用可能为治疗AD提供新思路。通过“吸收”病理上过度表达的miRNA或增加低表达的miRNA，这可能恢复对miRNA调节的基因表达的稳态控制。深入了解调节Aβ沉积的miRNA，这可能为AD的诊断和治疗带来新的希望。