miR-137基因与帕金森病的相关性研究进展

林德乐，钟永熙，林举达

1.广东医科大学，广东湛江 524001；2.广东医科大学附属医院精神心理科，广东湛江 524001

帕金森病是中老年人中常见的神经系统慢性退行性疾病，其临床表现主要是运动迟缓、肌肉强直、静止震颤以及姿势和步态障碍[1]。有研究推算，我国帕金森病患者在2030年可增加至494万，占全球帕金森病患者的57%[2]。这将给患者与社会带来严重的负担[3]。帕金森病的病理特征是黑质致密部多巴胺能神经元的进行性损伤和缺失以及神经元中路易氏体的形成，但其致病机制仍不明确[4]。目前考虑导致多巴胺能神经元的变性死亡的因素有线粒体功能障碍、炎症、蛋白质的异常和氧化应激。

MicroRNAs（miRNAs）是一种小的非编码调控RNA，大多数可通过翻译抑制或降解信使RNA（mRNA）负调控mRNAs的表达[5]。其中miR-137在神经系统的发育和成熟方面发挥重要作用，与一些精神、神经疾病关系密切。临床证据表明miR-137在帕金森病患者的血浆表达异常[6-7]，并且经过美多芭治疗的帕金森病患者的血浆miR-137水平有明显变化[8-10]。这表明miR-137与帕金森病显著相关，因此进一步探究miR-137与帕金森病的关系，有助于深入对帕金森病病理机制的理解，并为帕金森病的治疗提供新的思路。现围绕miR-137与帕金森病的研究进展进行综述。

1 miR-137概述

miR-137基因位于1号染色体短臂21.3区，是1个长22个核苷酸的长链非编码基因[11]。miR-137在人脑的一些区域表达丰富，如皮质神经元、海马体的突触处以及杏仁核[12-13]。miR-137的功能众多，其已被证明可以调节小鼠胚胎干细胞中的神经干细胞增殖和分化[14]，以及神经元成熟[15]，还有参与突触发生等[16]。miR-137在表观遗传调控上具有重要的作用，在神经、精神系统疾病的发病机制中也发挥着重要作用[17]。据Crowley JJ等[18]、Cheng Y等[19]研究发现，纯和敲除miR-137能导致小鼠胚胎期或产后死亡。另外，Cheng Y等研究发现miR-137的部分缺失导致突触可塑性失调、重复或刻板行为改变，以及社交能力和社交新奇性受损。

2 血浆miR-137与帕金森病及其非运动症状

王文文等[20]发现，与普通对照组大鼠相比，6-羟基多巴胺（6-OHDA）所致的帕金森病大鼠中的miR-137表达显著升高。Li N等[6]和李文等[7]发现，相对于健康人群，血浆miR-137在帕金森病患者中的表达是升高的，但miR-137的表达水平与PD患者的日常生活能力、运动功能障碍以及抑郁、认知功能障碍等非运动症状无相关性。王静等[8]、童琴等[9]、王永强等[10]研究帕金森病药物与患者血清miR-137的关系，共选取296例帕金森病患者为研究对象，结果均显示相对单用美多芭治疗患者组，使用美多芭联合普拉克索联合治疗帕金森病患者组的血清miR-137的表达水平明显下降。研究发现，联用治疗组美多芭、普拉克索的失眠、焦虑、抑郁率低于对照组，但其他非运动症状无明显差异[8，10]。这表明miR-137与帕金森病的发生、发展相关，美多芭联合普拉克索的药物治疗可能是通过某种途径影响miR-137的表达，但血浆miR-137的表达水平是否与帕金森病的非运动症状改善相关仍需进一步研究。

3 miR-137靶基因与帕金森病

3.1 NIX和FUNDC1基因

使用Starbase数据库及生物信息学方法，Zhao Y等[21]证实miR-137可能为长链非编码RNA（LncRNA）OIP5-AS1的1个下游结合位点，而NIX基因（BNIP3L）可能作为miR-137的下游结合位点。细胞模型实验证实OIP5-AS1过表达通过竞争性结合miR-137并上调NIX基因的表达促进线粒体自噬，从而在帕金森病中发挥神经保护作用。另外，Li W等[22]研究证明miR-137可通过调节两个线粒体自噬受体FUNDC1和NIX来抑制线粒体自噬。FUNDC1是一种线粒体外膜蛋白，是缺氧诱导的线粒体自噬的受体，通过与Atg8/微管相关蛋白1轻链3（microtubule- associated protein1 light chain 3, LC3）相互作用以响应缺氧而促进线粒体自噬。敲除内源性FUNDC1基因可以有效地防止缺氧引起的线粒体吞噬[23]。NIX是线粒体外膜的常驻蛋白，也直接与LC3结合，形成线粒体-Nix-LC3自噬体复合物，诱导线粒体自噬，是在细胞发展过程中清除线粒体所必需的[24]。以上证据表明，miR-137能降低线粒体自噬受体的蛋白水平，从而影响与LC3结合的线粒体自噬受体的数量，进而导致miR-137抑制线粒体自噬。

3.2 SLC6A3基因

Jia X等[25]研究，miR-137能与编码多巴胺转运蛋白的基因溶质载体家族6成员3（SLC6A3）的3’端结合，从而减少多巴胺转运蛋白的合成，减少神经元多巴胺的转运。另外，Kurian MA等[26]发现，编码多巴胺转运蛋白的基因突变导致婴儿期出现严重的运动缺陷，并在3岁之前出现类似帕金森病的症状。多巴胺转运蛋白（dopamine transporter, DAT）是一种在多巴胺能神经元突触前末梢的膜表达的完整神经递质转运蛋白，可控制多巴胺再摄取的空间和时间方面，并参与细胞外多巴胺向突触前神经元的主动转运，并且其能反映突触前多巴胺能神经元丢失的程度，可用作帕金森病的诊断生物标志物[27-28]。早期研究表明，多巴胺转运蛋白基因敲除小鼠出现帕金森样症状，这与基因敲除小鼠的纹状体组织中多巴胺的逐渐和严重损失相关，证实了多巴胺转运蛋白介导的多巴胺再循环和稳态在整个生命过程中的作用[29]。由此可见，多巴胺转运蛋白在帕金森病的发生、发展上起着重要作用，临床上已有运用多巴胺转运蛋白成像作为PD诊断的辅助检查手段。

3.3 CPLX1和NSF基因

Siegert S等[30]研究发现，miR-137能下调编码Complexin-1（CPLX1）、n-乙基马来酰亚胺敏感融合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein, NSF）和突触结合蛋白（synaptotagmin-1, Syt1）基因的表达，进而使神经元中囊泡释放受损，影响突触的功能。根据全基因组关联研究GWAS荟萃分析，CPLX1基因编码在1个已确认与PD风险相关的CPLX1/GAK/TMEM175/DGKQ基因座内[31-32]。Complexin是神经元胞吐作用的必需蛋白质，可抑制自发融合事件，同时增强诱发的神经递质释放。Glynn D等[33]研究发现，CPLX1基因敲除的小鼠会出现肌张力障碍和静止性震颤、探索减少等症状，这些都是帕金森病的临床表现。Lahut S等[34]研究证实，在家族性帕金森病中，血浆α-突触核蛋白基因SNCA和CPLX1基因的mRNA水平相互反向调节，并发现CPLX1基因的单核苷酸多态性与帕金森病明显相关。α-突触核蛋白是路易小体的重要组成部分，异常的α-突触核蛋白聚集被认为是引发帕金森病中多巴胺神经元死亡。Gispert S等[35]研究证实，在α-突触核蛋白基因SNCA过表达的小鼠大脑中，CPLX1的mRNA水平降低，但CPLX1蛋白水平升高。这与Basso M等[36]研究发现帕金森病患者大脑中的CPLX1蛋白水平升高是一致的。但Dumitriu A等[37]研究发现，帕金森病患者大脑中前额叶皮质的CPLX1的蛋白水平下降。这可能与α-突触核蛋白与CPLX1相互作用，并损害CPLX1降解相关。以上数据证明CPLX1基因与帕金森病明显相关，CPLX1可能通过与α-突触核蛋白相互作用参与了帕金森病的发生。

NSF是与多种细胞活动相关的AAA-ATP 酶家族成员，是AMPA型谷氨酸受体运输所必需的囊泡ATP酶，参与了突触小泡融合后可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感性因子附着可溶性NSF偶联蛋白质受体（Soluble NSF attachment Protein receptors, SNARE）复合物的分解，在突触传递中起着重要的作用。Babcock DT等[38]研究证实在帕金森病果蝇模型中，NSF1基因的过表达可减少α-突触核蛋白诱导的多巴胺神经元损伤，其机制可能与调节自噬相关。Li J等[39]研究发现在α-突触核蛋白所致果蝇PD模型中，NSF基因的敲低能加重所致果蝇的运动障碍。Karic A等[40]通过整合转录组学研究结果和生物医学发现支持系统（BITOLA）获得的结果确定NSF基因为PD的候选基因。以上研究表明NSF与帕金森病存在某些联系，但主要的机制仍不明确。

3.4 PINK1和Parkin基因

王文文等[20]发现，与对照组相比，加注射了Agomir-137（miRNA-137激动剂）组的大鼠的miR-137的表达明显升高，并且加注射了Agomir-137组的大鼠PINK1和Parkin表达显著降低，线粒体的自噬明显增强，提示了miR-137可能通过降低Parkin表达来抑制线粒体的自噬，进而发挥对PD大鼠的损伤作用。PINK1和Parkin基因突变会导致早发性帕金森病。Parkin是1种E3泛素连接酶，通过调节线粒体生物发生和线粒体自噬来维持线粒体功能。PINK1是PTEN诱导的蛋白激酶，能稳定并积聚在受损线粒体的外膜上，选择性地募集Parkin，然后Parkin泛素化线粒体，将泛素结合型自噬受体募集到线粒体，受损的线粒体被LC3阳性自噬体吞噬，启动自噬-溶酶体系统[41]。Parkin基因敲除的小鼠表现出多巴胺能神经元丧失和运动障碍，可通过左旋多巴治疗[42]。恒河猴中CRISPR/Cas9介导的PINK1缺失引发了皮质，纹状体和黑质的严重神经变性[43]。以上研究表明，PINK1和Parkin基因与线粒体功能障碍密切相关，介导帕金森病的发生。

3.5 NR2基因

Kong Y等[44]利用帕金森病模型果蝇实验证实早期PD模型果蝇中miR-137较对照组明显升高，利用DIANA miRPath方法和荧光素酶报告基因检测法，得出miR-137可通过神经活性受体配体相互作用信号通路下调谷氨酸N-甲基-D-天冬氨酸受体2（NMDAR2、NR2）、γ-氨基丁酸B受体3（GABAB-R3）、多巴胺受体D2基因的转录。Hallrtt PJ等[45]研究，在MPTP 损伤的帕金森病猕猴模型中，突触膜组分中N-甲基-D-天冬氨酸受体1（NR1）和N-甲基-D-天冬氨酸受体2B（NR2B）蛋白的丰度减少，但N-甲基-D-天冬氨酸受体2A（NR2A）的蛋白丰度没有改变。这种变化与6-OHDA所致的PD大鼠模型[46]以及果蝇PD模型[44]描述的相同。NMDAR是离子型谷氨酸受体家族之一，组成的亚基有NR1、NR2（A、B、C、D）和NR3（A、B），对钙离子具有高度的通透性，在突触可塑性中起着重要作用。在帕金森中，黑质纹状体多巴胺的消耗导致纹状体神经元的去抑制，因此导致相对的谷氨酸能过度活跃。谷氨酸过度激活NMDAR，导致钙离子流入以及分解代谢酶活性的增加，增加活性氧（ROS）水平，导致线粒体损伤，最终导致细胞凋亡或坏死[47]。大量研究表明，NMDAR亚型的离子型拮抗剂可抵消帕金森症状。NMDAR在兴奋性毒性起着关键作用，NMDAR基因表达异常可能引起帕金森病的症状

4 小结与展望

本文综述了miR-137在帕金森病的研究进展，叙述了miR-137与帕金森病的关系，miR-137可能是通过调控多个基因的表达导致神经元线粒体功能障碍、α-突触蛋白异常、突触功能障碍，进而导致帕金森病的发生、发展，为进一步了解帕金森病的病因和机制提供新视角。目前尚无miR-137基因多态性与帕金森病相关性的研究发表，这值得未来进一步的研究。miR-137在多个方面起着调节作用，其在神经、精神疾病中扮演着重要的角色。但帕金森病不是单因素所致，而是在多因素相互作用下发病。因此，仍需进一步全面理解miR-137在帕金森病所起的作用以及与其他因素的互相作用。MiR-137可能为帕金森病诊断的潜在生物标志以及作为帕金森病基因治疗的一个潜在位点，这仍需未来进一步的实验证实。