MicroRNA-7在帕金森病中的作用及研究进展

何浩，杨文明，王晓旸，胡建鹏

（1.安徽中医药大学研究生院，安徽合肥 230012；2.安徽中医药大学第一附属医院脑病中心，安徽合肥 230031）

帕金森病（PD）是一种原因不明的以黑质致密部多巴胺能神经元丢失为特征的慢性进行性神经系统退行性疾病，主要表现为静止性震颤、肌强直等运动症状和感觉障碍、自主神经功能障碍等非运动症状。据统计，该病主要发生在中老年人群中，65岁以上的老年人大约有1%患有此病，并且随着年龄的增加其患病率随之升高。目前，虽然人们普遍认为PD是由遗传和环境等多种因素共同致病，通过氧化应激、炎症和（或）免疫反应、蛋白酶体功能障碍、线粒体功能紊乱、细胞凋亡等多种途径促使该病的发生进展，但是其发病机制并未完全明了。因此，目前针对PD的治疗主要以多巴胺替代疗法及各种对症治疗为主，可改善患者的症状，却不能逆转该病。但是随着病程的迁延，疾病程度逐渐加重和药物副作用的显现，使得患者原有症状加重并出现一系列新的症状，给患者带来了生活质量和工作能力的下降及无尽的痛苦。因此，学者们正致力研究明确PD的各种致病机制，以协助开发更有效的治疗方式，减轻患者由疾病带来的各种困难，促进人类医疗的进步和文明的发展。

MicroRNAs（miRNAs）是一类短小的非密码单链RNA，通过与相应的信使RNA特异性结合阻遏其翻译过程或诱导其降解。正是由于miRNAs具有如此功能，人们发现它参与了众多病理生理过程，对机体的生长发育过程起到了非常重要的作用。因此，miRNAs结构与数目异常可促进多种疾病的发生发展，如肿瘤的发生、神经退行性疾病。值得注意的是，miRNAs尤其是miRNA-7与PD密切相关［1］，为当今研究的一大热点。人们试图探究其中机制，寻找 PD的全新疗法。现将近些年关于miRNA-7在PD中作用及意义的研究成果综述如下。

1 直接抑制α-突触核蛋白（α-Syn）的表达

α-Syn是由4号染色体编码的、含有140个氨基酸的天然蛋白质。在正常情况下，α-Syn呈随机螺旋的伸展状态，主要存在于突触前，可能与维持突触的正常功能、神经递质多巴胺的合成和释放等有关。在一定条件下，α-Syn过度表达或者聚集导致细胞功能结构紊乱，引起一系列疾病如神经退行性疾病的发生发展。在PD患者残存的多巴胺能神经元的胞质中可发现嗜酸性包涵体——路易小体，其主要构成成分为α-Syn。虽然α-Syn具体致病机制尚未完全明了，但是越来越多的研究提示α-Syn可能通过诱导氧化应激、神经炎症和改变细胞膜通透性等途径损伤多巴胺能神经元，促进PD的发生和病情进展［2］。因此，如何减少PD多巴胺能神经元中α-Syn的表达，缓解其对神经元的毒性作用，可能为PD治疗方案提供一个全新的思路。Junn等［3］研究提出miRNA-7可与编码α-Syn的信使RNA 3′-末端直接结合而抑制α-Syn的翻译过程。同时，他们发现PD大鼠模型黑质和纹状体组织中miRNA-7表达降低，α-Syn过度表达。于是，他们对PD细胞模型和大鼠模型进行外源性的miRNA-7干预，与对照组进行相比发现可明显降低胞质中α-Syn的数量，减免α-Syn介导的毒性作用和蛋白酶体功能抑制，以起到保护多巴胺能神经元、延缓PD的进一步发展的作用。Doxakis［4］于2010年通过研究再次证明了这一路径。

2 抑制Nod样受体蛋白3（NLRP3）炎性体的激活

PD主要发病机制之一为神经炎症介导的多巴胺能神经元损伤和凋亡。小胶质细胞是中枢神经系统主要的免疫细胞，激活后产生大量炎性因子介导神经炎症和免疫功能。在这些炎症因子中，白细胞介素-1（IL-1）在PD的发生发展过程中发挥关键作用。NLRP3炎性体在小胶质细胞中高度表达，与神经炎症过程密切相关。它可由各种外源性刺激如细菌感染、病毒感染和内源性刺激如β-淀粉样蛋白、α-Syn激活而发挥作用，已经有研究表明其与阿尔茨海默病和肌萎缩侧索硬化症等神经退行性疾病有关［5］。NLRP3炎性体通过激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（caspase-1）而进一步作用于IL-1的前体，促使其裂解成为成熟体而发挥炎性作用［6］。这一路径是多种神经疾病，尤其是PD病情发生发展的重要生理过程，但其中机制过去尚未有报道。随着人们研究的深入，人们发现α-Syn不仅可以对多巴胺能神经元有毒性作用，还可以通过激活NLRP3／caspase 1／IL-1这一路径损伤室管膜下区神经干细胞的增殖分化功能，抑制其神经形成［7］。这一发现在对PD患者的尸检中得到证实，提示这也是PD的重要病理改变之一。人们对此进行了进一步的研究：将NLRP3或者caspase-1基因敲除，发现α-Syn对室管膜下区的损伤得到缓解，PD症状得到明显改善。这发现了α-Syn的一条具体致病途径，为PD的多靶点治疗提供依据。令人感到惊奇的是，在大鼠试验中，采用立体定向注射技术向脑室中注射miRNA-7，发现miRNA-7可抑制神经干细胞中的NLRP3／caspase-1／IL-1轴的激活，从而改善室管膜下区的神经发生功能障碍，改善动物PD的症状［7］。之后，南京医科大学研究组再次研究表明α-Syn可激活NLRP3／caspase-1／IL-1轴，诱导炎性反应直接损伤多巴胺能神经元，促进PD发生发展；并第一次证实miRNA-7可与NLRP3的信使RNA直接结合抑制其表达，而减轻炎性反应，减少多巴胺能神经元的变性，缓解PD的症状、延缓其发展［8］。由此，我们可以得出：miRNA-7不仅可直接抑制α-Syn的生成减轻其毒性作用，还可抑制NLRP3炎性体过度表达以减轻其介导的神经炎症对多巴胺能神经元功能和室管膜下区神经修复功能的损害。因此，miRNA-7对PD的炎症过程起到重要作用。

3 维持线粒体结构和功能稳定

1-甲基 4-苯基 1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）本身无毒，但是在单胺氧化酶B（MAO-B）的作用下生成1-甲基4-苯基-吡啶离子（MPP＋），被多巴胺能神经元摄取后，抑制线粒体中的呼吸链复合物1功能，减少三磷酸腺苷（ATP）的产生，导致神经元能量供应障碍而变性丢失。在实验中人们常利用MPP＋的毒性作用获取PD细胞模型，这提示线粒体功能障碍所致的能量代谢紊乱可能为PD的重要致病机制［9］。正常情况下，线粒体中发生的三羧酸循环和氧化磷酸化过程提供主要的能量。当线粒体损伤时，糖酵解过程开始提供主要能量。因此，是否可以通过提高糖酵解过程，使ATP产生增加，以满足多巴胺能神经元的能量需求呢？Chaudhuri等［10］通过研究指出miRNA-7可以通过与RelA的信使RNA结合直接抑制其表达，从而增加神经元表面葡萄糖转运体的表达，增加神经元糖的摄取率，提高糖酵解途径，满足神经元的能量需求以保护MPP＋引起的的神经元变性。RelA是核因子κB（NF-κB）组分的重要部分，NF-κB主要为调控细胞凋亡和炎性反应等生理过程基因表达的重要转录因子［11］。一般情况下，以非活化形式存在于细胞质中，但当受特定刺激后，NF-κB被激活并转入细胞核中发挥抑制凋亡或者促进凋亡作用。值得注意的是，MPP＋可引起细胞内的RelA异常移位进入细胞核中，使NF-κB功能受抑制，引起多巴胺能神经元变性。而miRNA-7可以抑制RelA表达，逆转这种损伤，保护多巴胺能神经元［12］。此外，他们还发现MPP＋引起的氧化应激和α-Syn等异常生理过程可激活贯穿线粒体膜的通透性转换孔（PTP）使之开放，引起线粒体膜电位平衡紊乱等一系列变化，导致线粒体功能障碍，最终导致多巴胺能神经元变性凋亡，促进PD的发生发展［13］。PTP是由三种蛋白构成的，横跨膜内外的蛋白质复合体。正常情况下，其处于关闭状态使膜处于极化状态。当受特定刺激后，此孔开放，导致线粒体电位紊乱，膜去极化，进而引起ATP生成减少、线粒体肿胀、钙离子外流、氧自由基产生、促凋亡蛋白释放等异常生理过程，最终诱导细胞死亡。电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）是构成PTP的三种蛋白之一，位于线粒体膜外。VDAC1的翻译过程可由miRNA-7调控，通过升高miRNA-7的水平抑制VDAC1的表达，降低PD多巴胺能神经元中线粒体膜上的PTP开放程度，以此维护线粒体功能和结构，以保证能量供应等正常生理过程，对阻遏PD的进展有重大意义［14］。

4 激活keap1-Nrf2-ARE通路介导的抗氧化能力

正常情况下，机体正常的生理过程可产生活性氧自由基（ROS）如超氧阴离子、过氧化氢，与抗氧化类物质保持平衡，形成稳定的氧化应激应答系统。但是，多种致病因素可刺激ROS大量产生，破坏二者之间的平衡，损伤DNA、蛋白质、脂质等多种细胞成分，诱导氧化应激的发生，促进多种疾病如PD的发生进展［15］。而PD除了ROS过量产生，其抗氧化系统也受抑制。核转录因子E2相关因子2（Nrf2））是含有一个保守亮氨酸拉链基本结构的cap′n′collar（CNC）转录因子家族成员。Nrf2可感受机体的有毒物质和活性氧自由基的刺激，介导一系列反应启动防御机制，发挥抗氧化应激重要作用。近些年来，人们研究得出Nrf2是通过激活抗氧化反应元件（ARE）并与之相互作用调控抗氧化类物质表达发挥作用的，为目前已知的较为重要的内源性抗氧化应激通路［16］。正常情况下，Nrf2位于胞质中与相应的抑制蛋白果蝇肌动蛋白结合蛋白Kelch（keap1）结合，其复合物固定于细胞骨架而处于非活性状态。当受到如ROS等刺激时，keap1／Nrf2复合物分离，Nrf2进入细胞核，与特异性蛋白结合后识别并结合ARE，启动下游Ⅱ相解毒酶和抗氧化酶基因的表达，发挥细胞抗氧化应激能力。keap1-Nrf2-ARE通路除了具有抗氧化应激的作用外，还具有抗肿瘤、细胞凋亡、炎症和神经保护等重要功能。一项Meta分析表明PD患者普遍存在Nrf2相关的通路损害及功能失调［17］。Kabaria等［18］发现 PD模型多巴胺能神经元中keap1表达增多，Nrf2表达减少，keap1-Nrf2-ARE通路受阻。进一步研究得出，miRNA-7可与编码keap1的信使RNA结合抑制其表达。因此，他们利用MPP＋构建PD模型进行性miRNA-7干预，发现 miRNA-7可抑制 keap1，减轻Nrf2抑制程度，激活keap1-Nrf2-ARE通路，发挥神经元抗氧化应激能力而起神经保护作用。此外，值得提出的是miRNA-7不仅可以降低氧自由基的产生，而且可以升高谷胱甘肽的浓度，进一步发挥抗氧化应激的能力。

5 减缓KLF4介导的细胞凋亡

Kruppel样因子（KLFs）是一类含有锌指结构的转录因子，与胚胎形成、细胞增殖分化和生长等生理过程的调控有关［19］。KLF4是KLFs中的一员，于1996年第一次被发现。已有研究表明在MPP＋作用的人类多巴胺神经母细胞瘤中KLF4表达增加，并随着MPP＋浓度的增加和作用时间的延长其表达持续增高。他们的进一步研究证明KLF4的过量表达可加重细胞模型氧化应激和促进细胞凋亡［20］。在之前针对乳腺癌的研究中，发现miRNA-7可直接下调KLF4的表达抑制肿瘤细胞生长［21］。根据这样的经验，国内学者进一步探究miRNA-7是否可以通过抑制KLF4的表达减轻PD多巴胺能神经元模型凋亡进程，得到了肯定的结果：在体外实验中，miRNA-7可以直接下调KLF4的表达改善PD多巴胺能神经元凋亡［22］。然而，miRNA-7是否可以直接通过此途径在PD患者中发挥作用还需更进一步的实验。

6 激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（m TOR）信号通路介导的自噬活动

mTOR是较稳定的丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，通过介导细胞内外的信号通路与细胞新陈代谢、存活发育等生理过程有关，也参与机体衰老和肿瘤发生有关，更是细胞自噬活动的关键调节点。细胞内自噬活动是清除体内异常蛋白聚集的关键生理过程，其功能障碍可导致一些蛋白质异常聚集，导致细胞变性凋亡，与多种疾病的发生发展相关［23］。近年来诸多研究表明mTOR信号通路功能异常与神经退行性疾病如PD、遗传性舞蹈病有重大联系。如有研究报道MPTP诱导的动物模型和PD患者多巴胺能细胞中mTOR的抑制蛋白浓度增加，致使mTOR信号通路介导的生理过程紊乱，诱导神经元的凋亡［24］。因此，近些年来人们积极寻求干预此通路的方法，以此来阻止 PD的病情进展。近些年来，Fragkouli等［25］研究提出 miRNA-7和 miRNA-153可通过上调mTOR路径保护受到MPP＋损害的神经元。此外，尚有研究表明给予PD体内模型mTOR抑制剂—雷帕霉素减轻了MPP＋损害的多巴胺能神经元损伤［24］。因此，人们得出miRNA-7可通过激活mTOR信号通路阻止神经元变性凋亡［26］。

综上所述，近年来大量研究提示miRNA-7可调控神经元氧化应激、炎性反应、线粒体功能障碍、抗凋亡等基因表达，其结构功能紊乱与PD的发生发展密切相关。因此，miRNA-7可能为治疗PD的一个全新的、更可靠的方法。然而在临床治疗中miRNA-7的干预实施尤为困难，我们不仅需要更深一步的研究miRNA-7致病机制，还需要开拓一种简便、可靠的治疗措施。这可能开创PD治疗的新纪元。

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