表观遗传与miRNA在抑郁症中的作用

陈冠宏 于茗子 方雨涵 程雪峰 李奇 李晨

滨州医学院第一临床医学院，滨州 256699

抑郁症是以快感缺失、持续心情低落为特征，伴睡眠、饮食、认知与记忆障碍的精神心理疾病，已成为全球疾病负担的重要疾病，造成了极大的医疗、经济与社会负担［1-2］。表观遗传是指在基因序列不改变的条件下使基因表达水平发生变化，包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、微RNA（microRNA，miRNA）调控等，主要通过对基因转录或翻译过程的调控，影响其功能和特性［3］。抑郁症发病复杂，近年来，发现miRNA 和表观遗传在抑郁症中发挥重要作用［4］。故本研究对表观遗传以及miRNA 在抑郁症中的作用进行阐述。

表观遗传与抑郁症

表观遗传是在不影响DNA 序列的情况下改变基因组的修饰，即表观遗传修饰，这种改变不仅可以影响个体的发育，而且可以遗传。表观遗传修饰包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、基因组印记和RNA 相关沉默等。DNA 甲基化是指在胞嘧啶的第5 位添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶，这一反应由DNA 甲基转移酶家族的成员催化。组蛋白是一种蛋白质，它将DNA 包装并排列成为核小体，组蛋白经历了许多不同的翻译后修饰，改变了它们与DNA 和核蛋白的相互作用，其中最常见的修饰为乙酰化，由组蛋白乙酰转移酶催化，其他修饰包括甲基化、磷酸化、泛素化等。miRNA 是在真核生物中发现的一类长约22 nt，具有调控功能的内源性非编码RNA，其通过转录后和翻译水平调节基因的表达。miRNA 能与靶基因3′端非编码区域的miRNA反应原件结合，使靶基因降解或抑制其翻译，进而影响靶基因的水平。

1.DNA甲基化

DNA 甲基化的改变，即同一位点的高甲基化和低甲基化，经常出现在抑郁症患者，常见的甲基化水平增加的基因有 SLC6A4、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、NR3C1、单胺氧化酶A（MAOA）等。相关研究发现，部分基因的甲基化水平与性别有关，如NR3C1甲基化水平增加仅见于母亲在妊娠期间抑郁评分较低的女孩，而在男孩中未找到这种证据；SLC6A4 基因在女性的外周血细胞和死后脑组织中，5个相邻的CpG位点的甲基化水平显著高于男性［5］。因此，在采用此类诊断标志时应注意性别间的差异。将DNA 甲基化水平当作预测患者对药物反应的指标，例如BDNF 启动子的低甲基化与抗抑郁药的反应率有关，可预测对多种抗抑郁药的反应情况。

2.组蛋白修饰

组蛋白乙酰化是对组蛋白研究最广泛的修饰，常见的乙酰化修饰有H4K12ac（表示H4组蛋白的第12位赖氨酸发生乙酰化）、H3K12ac等［6］，且相关酶或通路的抑制剂治疗效果有效［6］。现有研究证明，组蛋白乙酰化修饰在抑郁症的发生发展中发挥重要作用［7］，但是，具体通路以及不同的乙酰化修饰还有待进一步试验探索。组蛋白修饰能够通过不同方式导致抑郁的发生，包括神经元的破坏、下丘脑-垂体-肾上腺轴等内分泌系统的紊乱以及细胞炎性因子的变化，关于机制的探索大多集中于大脑皮层及海马区的神经元变化。通过慢性不可预知性刺激建立抑郁大鼠的模型后，试验测得其前脑皮层和海马H3、H4 乙酰化修饰水平均降低［7］；组蛋白的巴豆酰化水平降低使得炎性因子水平升高，并通过BDNF 通路使神经元的功能降低、海马区体积减小［8］。

3.miRNA调控

近年来，关于miRNA 在表观遗传修饰中作用的报道不断出现［9］。miRNA 可以通过靶向抑制表观遗传关键酶来影响表观遗传；而表观遗传（如DNA 甲基化和组蛋白修饰）也影响miRNA 的基因的表达。miRNA 参与了抑郁症的发病，miRNA 可以参与调节突触传递以及神经元细胞的活动等，影响神经细胞的可塑性和生理功能。在选取2018—2020 年期间97 例产后抑郁患者分组进行治疗时发现，治疗后患者的miRNA 水平明显降低［10］。在此基础上进行药理实验，发现舍曲林等药物可以降低miR-4498、miR-4743、miR-874 表达水平［11］。除此之外，现阶段关于miR-132 的研究较多，与抑郁的相关性比较确定［12-13］。miRNA 除直接参与神经元细胞的凋落外，还可以影响内分泌轴以及5-羟色胺系统。

miRNA在表观遗传方面在抑郁症中的作用

1.诊断标志

目前，我国抑郁症诊断主要依靠症状学，近年来，越来越多的研究显示，miRNA与抑郁症关系密切，其可能在未来成为抑郁症诊断、治疗监测及疗效预测的生物标志物［14］。

关于诊断标志的选取，主要是采用基因芯片筛查或候选RNA 验证两种方法，通常以脑组织、脑脊液、外泌体或外周血等作为标本检测其表达水平，来揭示miRNA 与抑郁症的关系，其中外周血为最常用的检测标本。作为疾病的诊断标志，外周血miRNA 应具有以下特点：在健康人与患者之间及抑郁症与其他疾病患者之间有显著的表达差异；在动物模型中得到验证；在外周与脑组织中的表达具有一致性［15］。

到目前为止，研究结果很少在研究之间得到重复［15］。只有少数miRNA 在多项研究中被报道发生了改变，其中miR-132、miR-451a 和miR-34a-5p 是最一致的，此外，还有let7b、 miR-182、 miR-124、 miR-345、 miR-146b-5p、miR-146a、miR-494、miR-376a、miR-107、miR-33a 和miR-221-3p 等也有较为一致的研究结果［16］。这些研究大多集中于外周血改变，只有少数研究了其他组织，如脑脊液或脑组织等［17］。

通过对血源性外泌体中miRNA 的研究，发现慢性不可预见性动物应激模型（chronic unpredictable mild stress，CUMS）小鼠的血液和大脑外泌体miR-139-5p 水平也显著升高，且此标志物在患者与对照组之间具有良好的区分功能，将抑郁症患者的血液外泌体注射至小鼠体内可诱导小鼠的抑郁样行为，证实了miR-139-5p是神经干细胞增殖及神经元分化的负调控因子［18］。也有研究测定了抑郁症患者和精神健康对照组脑组织中前扣带皮层和缰核中miRNA的表达，发现miR-204-5p、miR-320b、miR-323a-3p 和miR-331-3p 在抑郁症患者中表达上调［19］。还有研究提出，脑脊液中miRNA 的表达更能代表抑郁行为的表达水平，且较血液标志物有更高的灵敏性，如miR-16在抑郁症患者脑脊液中降低，但在血液中没有降低［17］。因此，虽然外周血是最方便获取的样本，我们也应当关注所选择标志物在外周血等组织与中枢系统间表达水平的差异性。

miRNA 不仅可以作为诊断标志，还可以用于抑郁症治疗后疗效的衡量，表现为治疗后表达水平的升高或降低，其水平亦有助于预测个体对药物的反应。研究表明，在抗抑郁药治疗前后，抑郁症患者单核细胞中miR-1972、miR-4485、miR-4498、miR-4743 与阻滞因子的改善程度呈正相关，miR-26b 与日夜变化因子的改善程度呈负相关，故以上几种miRNA 可作为反映抑郁症转归的生物标志物［20］。有对照研究显示，抗抑郁药疗效较好的患者其基础miR-1202 水平较无应答患者更低［21］，疗效良好组患者外周血中miR-16 表达量显著高于疗效不佳组，miR-124 表达量显著低于疗效不佳组［22］。这表明，miR-1202、miR-16、miR-124 可能是预测治疗应答的外周生物标志物，临床可于用药前检测标志物水平以评估疗效。

目前，对于miRNA 作为抑郁症诊断标志及疗效预测等的研究较为丰富，但可重复性较低，需要更多的研究来确定其准确性，并筛选出一批灵敏度及特异度均较高的标志物，以便应用于临床诊疗。

2.疾病致病机理

抑郁症的病理机制极为复杂，目前，逐渐达成的共识是：抑郁症的发病可能是神经内分泌免疫网络系统功能失调综合作用的结果，具体包括神经递质分泌稳态神经元及突触结构破坏，下丘脑-垂体-肾上腺轴、下丘脑-垂体-性腺轴等内分泌功能紊乱以及细胞因子炎性反应等［23］。表观遗传学就是通过不同的机制影响神经内分泌免疫网络，从而导致抑郁行为的发生。

miRNA 在表观遗传中的DNA 甲基化和组蛋白乙酰化过程中也起到一定作用，细胞核组蛋白乙酰化由组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases，HDACs）介导，影响基因的表观遗传特性，而沉默信息调节因子1（STRT1）为HDACsⅢ型的一种。研究表明，通过刺激改善CUMS 诱导的大鼠抑郁性行为和认知障碍，其效应是通过下调海马STRT1∕miR-134 信号通路，使下游脑源性神经营养因子和突触蛋白减少，即miR-134 与STRT1 共同改变了神经发生而参与了抑郁症的发病［24］。miR-138 对SIRT1 基因的表达也有调节作用，通过调节海马中SIRT1 的表达增加了抑郁行为［25］。miR-135b-5p抑制剂抑制了CUMS诱导的海马细胞凋亡，并显著降低了裂解蛋白酶caspase-3 的表达水平。此外，miR-135b-5p 抑制剂显著降低了CUMS 诱导的海马小鼠样本中炎性因子白细胞介素（IL）-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），同时，显著增加了SIRT1 的表达水平。结果表明，SIRT1 沉默可显著逆转miR-135b-5p 抑制剂对CUMS诱导小鼠的所有作用，miR-135b-5p∕SIRT1 通路是抑郁小鼠抗抑郁作用的关键介导物，因此，可以被认为是治疗CUMS诱导的抑郁症的潜在治疗靶点［26］。

BDNF是一种重要的多肽生长因子，影响神经元细胞的增殖、分化、生存和死亡。BDNF 信号通路参与抑郁症的发病，并可调节神经可塑性，其表达和信号传导下降可损害或阻碍神经可塑性，促进神经元萎缩、突触数量和功能下降，从而诱发抑郁样行为。miR-182-5p 在抑郁症患者中表达明显增加，可以作为抑郁症的标志物，BDNF 为miR-182-5p的作用靶点，miR-182-5p 可负性调控BDNF 导致抑郁症发病［27］。另外有研究证明，慢性不可预测的轻度应激能下调BDNF 和甲基化CpG 结合蛋白2（methyl-CpG binding protein2，MeCP2）的表达，并改变了某些miRNA 的表达水平［28］。抑郁症患者外周血样本中发现miR-132 表达增加，MeCP2 和BDNF 的表达减少。且在慢性应激诱导抑郁动物模型中，在海马中检测到miR-132 的表达水平升高，而MeCP2 和BDNF 降低，所以miR-132 与二者表达之间可能存在负相关［28］。同时，降低初级海马神经元中MeCP2 的表达也会增加miR-132 的表达，并降低BDNF 的表达，所以可能存在MeCP2 和miR-132 之间的平衡共同调节BDNF 的表达水平，以影响抑郁行为的发生。

3.基因治疗方法

基因治疗旨在上调低表达基因或下调高表达基因。找到与抑郁症相关的表达基因，即可以从基因层面通过上调低表达基因或下调高表达基因对抑郁症采取基因治疗。近年来，对miR-124 在抑郁症中的研究较多［29］，故以miR-124为例对抑郁症的基因治疗方法进行阐述。

miRNA与抑郁症

1.miRNA-124在抑郁症中的研究

有研究报道，抑郁症患者miR-124 的表达浓度上升，提示了miR-124 的差异性表达能够影响抑郁症的病情进展，考虑与miR-124 表达能够通过激活核因子-κB 信号通路，参与到神经元细胞的代谢微环境损害过程中，进而影响其修复能力有关［30］。Roy 等［31］在抑郁症动物模型及尸脑研究中均发现抑郁症患者的miR-124-3p 在脑组织中的表达增高，并在抑郁症患者的血清中得到了相似的结果。有理由认为，miR-124 可能是一个重要的抑郁症生物标志物和治疗靶点。

2.miR-124的表达调控机制

miRNA在各种生物的调控机制中发挥重要作用，同时，也会受到多种效应体的协同调控。HDACs为miR-124的一种媒介，它可以形成一种转录调节和表观遗传修饰的多蛋白复合物，HDAC Ⅰ是其中一种类型，抑制HDAC Ⅰ或miR-124-5p 都会削弱抑郁症大鼠的学习能力和体质量，也可以抑制氧化应激和炎症，促进抑郁症大鼠神经递质的传达。另外，HDAC Ⅰ介导的miR-124-5p 调节神经肽Y（neuropeptide Y，NPY）也在抑郁症中起到作用［32］。HIV-1 Tat 介导的miR-124 启动子的DNA 甲基化导致其下调，同时，伴随MECP2-STAT3-IL6上调，导致小胶质细胞活化［33］。研究发现，编码合成人类miRNA 的基因内存在单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms，SNPs），这些SNPs 通过影响miRNA 的成熟或合成，从而调控miRNA 的生成或影响miRNA与靶序列的识别，因此，miR-124在抑郁症中异常上调可能与遗传因素及表观遗传有关，miR-124 及其靶基因SNPs可能与抗抑郁疗效有关［34］。

3.miR-124及其靶基因的抗抑郁作用

miR-124 及其靶基因RGS4 与抗抑郁药物疗效的关系如下：rs531564 作为miR-124-1 基因的功能SNP，能够影响成熟miR-124 的表达水平，从而参与神经可塑性和神经信号机制［35］。然而，尚未有研究发现rs531564 的等位基因和基因型频率与抗抑郁药物疗效之间存在相关性。可能是由于样本量的限制，实验结果出现了假阴性。因此，rs531564 与抗抑郁药物疗效相关性的实验需要在更大的样本中进行验证。rs951436 是RGS4 上的启动子区SNP，Ding等［36］发现，rs951436 基因型AA、AC 和CC 分别与低、中、高RGS4 表达水平相关，RGS4 基因低表达可能导致记忆障碍，而其过表达可抑制大鼠行为活动及磷酸化-细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）表达水平［35-36］。因此，RGS4 基因过表达或低表达都会损害机体正常功能，有理由认为rs951436 多态性可能与抗抑郁疗效有关，RGS4 杂合子在抗抑郁上可能发挥更好的疗效。RGS4 基因多态性可预测抑郁症患者对抗抑郁药物的疗效反应，miR-124 及其靶基因RGS4 可能成为抗抑郁治疗的新靶点。目前，由于研究的样本量相对较小，日后需要在更大样本中进行验证。

结 论

目前，对于抑郁症的病因机制尚不清楚，但对于抑郁症与表观遗传的研究较多［37］，表观遗传修饰可随着内外环境的变化发生动态改变，是联系个体与环境的纽带，故对其进行综合性研究是极为重要的，可以为抑郁症新药的开发提供新的思路。

miRNA 可以在DNA 甲基化或组蛋白乙酰化等过程中通过靶向抑制表观遗传关键酶来影响表观遗传；表观遗传（如DNA 甲基化和组蛋白修饰）也能调控miRNA 的表达。表观遗传-miRNA 相互作用的调控网络为疾病治疗提供了一个非常有价值的靶点，而越来越多的证据表明，miRNA的表达失调与精神相关疾病在内的多种人类疾病有关［38-39］。找到相关的miRNA 并探究其与表观遗传的相互作用，也许就可以知晓抑郁症的发病机制，找到相应的治疗措施。