MicroRNAs 与神经系统髓鞘脱失的相关研究进展①

张雯静 综述 王满侠 审校 (兰州大学第二附属医院神经内一科，兰州 730000)

髓鞘是由中枢神经系统(CNS)的少突胶质细胞(OL)和周围神经系统(PNS)的施万细胞(SC)产生的包裹在神经轴突外面的脂肪组织。髓鞘的形成对于轴突的绝缘和动作电位的传导是非常重要的。相关研究表明，一系列内在及外在的调节机制在特定方式上正性或者负性的调控着髓鞘形成细胞的分化［1-3］。MicroRNAs(MiRNAs)的发现揭示了新型的转录后调控，它可以控制转录产物的微型调控［4］。在髓鞘形成细胞中，平衡的调节机制可以有效地控制髓鞘功能的正常发挥。MiRNAs 通过OLs 及SCs所介导的髓鞘异常形成或相关损伤均会导致神经传导速度下降，加速神经轴突退化，导致获得性或者遗传性神经系统脱髓鞘疾病，包括:多发性硬化(Multiple sclerosis，MS)、成年发作型染色体显性脑白质营养不良症(ADLD)等［3，4］。

1 miRNAs 的生源论

1993 年，Lee 等［5］在果蝇中发现了第一个miRNA-lin-4。MiRNAs 基因多位于与发病机理相关的染色体组区域，表明miRNA 分子可能与关键的细胞变化相关［6］。RNA 聚合酶Ⅱ转录出最早的miRNA转录产物为pri-miRNA［7］。而miRNA 的成熟与Drosha 和Dicer 这两种RNase Ⅲ相关。Drosha 和DGCR8 结 合 使 核pri-miRNA 形 成Pre-miRNAs［8］。Pre-miRNAs 通过Exportin-5 由细胞核转至细胞质［9］。Dicer 和TRBP 将Pre-miRNAs 剪切成长度为21～25 个核苷酸的双链miRNA。双链中的一股被招募、吸引加载至RNA 诱导沉默合体(RISC)［10］，其中一条成熟的单链以不对称的方式结合到RISC上，该复合物会结合到有互补序列的mRNAs 上，通过调整转录本的稳定性和靶mRNAs 的翻译而调节基因表达。RISC 会黏附在其目标mRNA 的3'UTR端导致其退化和翻译抑制［11］。

2 miRNAs 与少突胶质细胞

2.1 miRNAs 保持少突胶质细胞的特定身份 对于来源于人胚胎干细胞的OLs 不同阶段的分析揭示了在OLs 谱系进展过程中有一些起暂时调节作用的miRNAs［12］。如:miR-9 被发现在小鼠的少突胶质前体细胞(OPC)中含量非常丰富，其目标为编码周围神经轴突髓鞘蛋白(Pmp22)的mRNA3'UTR端。即使其转录过程是在OLs 中进行的，但是在OLs 中并没有发现Pmp22 蛋白。同时，miR-9 对于星型细胞的胶质纤维酸性蛋白(GFAP)有抑制作用［13］。以上结果表明，像miR-9 这样的一些miRNAs 会抑制非少突胶质细胞谱系蛋白的相关表达，其作用就像是监督人一样保持着OL 的身份识别。另外一些miRNAs 的功能可能是维持髓鞘的相关结构。如:MiR-23 是 lamin B1 的一个负性调节因子［14］。

2.2 少突胶质细胞的分化需要Dicer-1 介导的miRNAs 在胚胎发育的早期，OLs 谱系的发育起始时，由Olig1、Olig2 及CNP 等促使因子定向Cre 重组酶使Dicer-1 失活，会引起严重的脱髓鞘和运动障碍，包括震颤和抽搐［15，16］。Dicer-1 的缺失会导致OPC 增殖的明显加速，但是在髓鞘形成时却明显降低。这表明，对于正常OPCs 的循环和分化，miRNAs是必不可少的。同时，Olig1-Cre 和Olig2-Cre 所介导的Dicer-1 缺乏的小鼠，也表现出脱髓鞘。前突变体的CNS 丢失了大量的髓鞘，且在产后三周左右会出现死亡，而后突变体则会表现出发育延迟，但到最后其髓鞘会最终修复，一种可能的解释就是，Olig2-Cre没有完全移除一部分未发育成熟的OLs 中的Dicer-1 的等位基因，这些OPCs 中的等位基因可以逃避Cre 酶的剪切，最终可以形成基本接近于成年人的髓鞘水平。在缺失Dicer-1 基因的PLP-creERT 转基因成年鼠中，其会导致脱髓鞘和进行性轴突变性，而致使动物寿命缩短［17］。研究表明OL 的分化、髓鞘的保持及动态平衡都需要miRNAs 的参与。在该实验中观察到的轴突变性，表明髓鞘是具有神经营养功能的。

2.3 少突胶质细胞发育阶段特异性的miRNAs 的调节 为了明确负责OL 发育各阶段的特定miRNAs，有一些学者发现，成熟OLs 表达的mi-RNAs 在促进OPC 分化的过程中起着正性作用，一些miRNAs，优先地在成熟的OLs 中富集或是在缺失Dicer-1 突变体中下调。如，miR-219 和miR-338 在OLs 形成髓鞘的起始和成熟的OLs 中大量增长。miR-219、miR-338-5p 及miR-338-3p 的稳定表达可以促进OPC 分化，也可部分修复体外Dicer-1 缺失的OPCs的分化缺陷［15，16］。研究表明，miR-219、miR-338 的过量表达可促进OLs 谱系标志物的早熟表达［16］。在人工培养的OPCs 细胞中敲除这两种miRNAs 会阻止OPC 的分化［15，16］，这表明miR-219 是OLs 分化的必须和充分条件。在PLP-CreERTDicer-1 基因敲除的小鼠中观察脂肪酸的堆积作用［17］，表明如miR-219 类似的miRNAs 在髓鞘膜的稳定性中也起了重要作用。

尽管miR-219 和miR-338 之间缺乏同源性，据推断这两种miRNAs 的目标中有一大部分是关于OLs 负性调节的相同的基因，比如Hes5 和Sox6。两者可以隐匿Hes5、Sox6 的3'UTR 端，且通过缓和细胞分化刹车过程协同的促进OPC 的分化过程［18］。miRNA 介导的一些神经转录因子的抑制可能会限制神经祖细胞分化到OLs 谱系。另外，miR-138 在OLs 的有丝分裂后期的早期则表现出瞬时表达，刺激了前期分化但是抑制了少突胶质细胞的最终分化［16］。

2.4 少突胶质细胞数量的miRNAs 的控制 miR-17-92 簇编码miR-19b 和miR-17 被证实在OLs 谱系中高聚集，包括A2B5+OPCs 和GalC+OLs［19，20］。miR-17-92 基因簇在OLs 中的定向失活可以导致脑部Olig2 阳性细胞25%的减少。有研究发现miR-19b 目标为肿瘤抑制因子Pten。OPCs 中的miR-19b的表达导致Akt 信号通路、Pten 下游目标基因的激活，且能促进OPCs 的增殖。与这种基因簇在促进细胞寿命中的作用一致［21］，miR-17-92 基因簇在OPCs 的存活和扩增中起着至关重要的作用。同样的，miRNAs 通过控制OL、阻止转录因子来控制其分化，同时通过特定方式促进OPC 细胞周期循环和其寿命。

3 miRNAs 介导的周围神经系统调节

miRNAs 在SC 的发生、发展过程中是动态变化的。有一部分miRNAs 在SC 细胞的发育中明显增加，有一部分则在Dicer-1 缺失的突变体内下降［22，23］。研究发现，在Dicer-1 突变体中，Dicer-1 等位基因重组后的超过2 周的时间内，有几种miRNAs的含量依然保持很高的水平［23］。这可能是由于miRNAs 超凡的稳定性［24］或者是因为有一些miRNAs 的合成过程中是Dicer-1 依赖途径的［25］。相关研究表明，在分化的SC 中，大部分上调的miRNAs是不重叠的。对于SC 的发展，miR-138 和miR-338被确定为重要的潜在因子［22］。未分化SC 上可特征性的表达Ccnd1，其通过Notch1 的转录增强来影响的SC 增殖，Notch1 是髓鞘形成过程中的负性调节因子［26，27］。miR-138 也 可 以 通 过 阻 止 Ccnd1 和Notch 信号通路来调节细胞周期和髓鞘形成过程，同时也可以作为其他髓鞘形成过程中的负性调节因子。除了miR-138 和miR-338，其他的miRNAs 在SC 的分化作用中也有相对重要的作用。miR-145在Dicer-1 突变体的体内［23］、体外［28］试验中被证实有适度的下降，其目标基因是Sox-2。miR-204 在SCs 的发育过程中有所增加，但在Dicer-1 的突变体的神经组织中是下降的，其目标基因也是Sox-2。因为Sox-2 是Egr2 基因和髓鞘形成的有力负性调节因子［29，30］。miR-34a 通过抑制Notch 和MAPK 信号通路能阻止细胞增殖［31，32］，与SC 的增殖和分化相关。miR-29a 被提出其抑制Pmp22 基因的早期表达。在CNS 和PNS 的研究中，miR-138 和miR-338 在发展过程中是增加的，且在Dicer-1 突变体中是急剧下降的［16，19，22，23］。相反，miR-219，一个对于OL 分化至关重要的miRNA 在SC 中却没有发现［23］，这就意味着miRNAs 在CNS 和PNS 中对髓鞘形成细胞的调节只有部分重叠。

4 miRNAs 与多发性硬化(MS)

MS 是以CNS 白质脱髓鞘病变为特点，遗传易感个体与环境因素作用发生的自身免疫性疾病［33］。相关研究表明miRNAs 的正负调节可能是MS 发病的一个重要机制。相关研究已表明，miRNAs 在OL分化和髓鞘形成及维持中的重要作用，但究竟是如何将OL 和MS 联系在一起的机制还不是很清楚。

越来越多的证据表明miRNAs 的正负调节对于疾病维持过程可能是一个重要的机制。研究表明，miR-17、miR-20a 在MS 的多种分型中都有很明显的下调趋势。众所周知，miR-17、miR-20a 可调节参与T 细胞活化的多种基因［34］。在MS 和健康组的对比中，miR-145 的表达特异性可以达到89.5%，其灵敏性也高达90%［35］。miR-17-5p 是与自身免疫性疾病相关的miRNA，其在MS 的CD4 细胞中上调。miR-21、miR-106b 在所有的MS 病例中都呈现上调趋势［36］。在MS 患者的B 淋巴细胞中miR-17-92 基因簇有下调趋势。而且免疫调节剂的使用在复发缓解型中B 淋巴细胞的miRNA 的表达上有独特的作用［37］。在MS 的病变区中，一些miRNAs 有扩增趋势:miR-34a、miR-155、miR-326 在MS 的活跃病变区(与非活动区)被发现有上调趋势。这些miRNAs 的目标是CD47 分子的3'UTR 区。研究表明在MS 的病变区内异常的miRNA 会减少大脑细胞中的CD47分子，这会导致抑制区吞噬细胞的释放。有大约10种miRNAs 是在多发性硬化的活跃病变区明显上调的，其同时在星形细胞中也被发现。miR-155 是以不同的方式调节免疫反应，但到目前为止都没有被分配到中枢神经系统的固有细胞中去［38］。

5 miRNAs 与成年发作型染色体显性脑白质营养不良症(ADLD)

1984 年，由Eldridge 第一次描述了该疾病，其特点为渐进的和致命的神经系统白质脱髓鞘改变［39］。LaminB1 是由LMNB1 编码的蛋白，过量的LaminB1的表达会通过抑制髓鞘蛋白产物如MBP、PLP、MOG等引起严重的CNS 髓鞘的丢失。LMNB1 基因的复制伴随着mRNA 的增加及蛋白水平的改变引起严重的髓鞘脱失，其过度表达影响了核膜蛋白LAP2的定位和染色质组织，也抑制了少突胶质细胞特异性分化基因。增加的LaminB1 表达会导致内核膜蛋白、染色质组织和核孔转运紊乱，这也导致了OL 不成熟的分化逃逸。miR-23 作为一个LaminB1 的负性调节蛋白，其可以改善细胞核内不断增加的LaminB1 的情况，也可以缓解由于LaminB1 升高所造成的错误。以上有可能是由于髓鞘基因的转录减少或是髓鞘蛋白的错误定位所致［14］。这样看来，miR-23 对于髓鞘的形成及作用维持起着正性作用。新增miRNAs 与吉兰巴雷综合征的相关内容。

6 结论与展望

自从发现miRNAs 后，其研究领域就在逐步扩大，我们现在所知的这些分子多以基因的形式表达，并且可以调节神经系统的功能。近期的研究表明microRNAs 可能在髓鞘形成及损伤中扮演关键的角色。miRNAs 的相关研究又让人们展开了对于髓鞘及神经系统脱髓鞘疾病的复杂多变的生理及病理学变化的探讨。对于这些研究，我们所关注的miRNAs 的相关功能，也只是一小部分。

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