miRNA调控阿尔茨海默症致病相关基因GSK-3β表达的研究进展

沈 杰，郭锡汉，徐伟江，杨国防，汪 旭，*

(1.云南师范大学生命科学学院，生物能源持续开发与利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650500；2.上海三誉华夏基因科技有限公司，上海 201100)

阿尔茨海默症(Alzheimerdisease，AD)是一种神经退行性疾病，其主要表现为渐进性记忆丧失、认知衰退、学习障碍、自主生活能力下降等症状，严重影响社交、职业与生活[1]。AD的发生与发展是遗传和环境因素作用的结果，且年龄和不健康生活方式等也会增加个体患病风险。AD的主要病理特征表现为大脑中微管相关蛋白tau高度磷酸化形成神经纤维缠结(neurofibrillarytangles，NFTs)，大脑海马区β-淀粉样蛋白(a-myloidβ-protein，Aβ)在细胞外沉积形成老年斑(senile plaques，SP)，神经元DNA的损伤造成神经元丢失、突触连接丢失以及突触功能异常等。

糖原合成酶激酶3β(glycogensynthasekinase3β，GSK-3β)是一类脯氨酸定向的丝氨酸/苏氨酸激酶，至少可以磷酸化tau的5个位点(Ser199、202、396、404和413)[2]。目前研究表明哺乳动物中至少存在GSK-3α，GSK-3β二种GSK-3蛋白。前者调控Aβ的形成和tau磷酸化；后者调控tau磷酸化的同时还涉及细胞凋亡、细胞分化、胰岛素反应、胚胎发育、神经发生、神经元极化以及轴突-树突形态调节等过程[3]。Woodgett等[1]发现GSK-3β参与精神疾病和神经退行性疾病的调节，也是多种信号级联反应的关键元素。

MicroRNA(miRNA)是一类进化上非常保守的非编码短RNA，通常与靶mRNA3′非翻译区(3′UTR)序列结合，通过抑制翻译过程而降低蛋白表达。一个miRNA可以调控多个基因，一个基因也可以由多个miRNA调控。研究已表明miRNAs在神经退行性疾病的发病过程中起着关键作用[4]。miRNAs对AD的发生和发展可能涉及tau的磷酸化、淀粉样前体蛋白(amyloid precursorprotein， APP)、 β 位 点 APP 切 割 酶 (β-siteAPP-cleavingenzyme1，BACE1)、神经元DNA损伤以及凋亡等因素的调控。

1 GSK-3β和AD的关系

有研究发现，在AD患者脑中GSK-3β的活性增加，使tau异常过度磷酸化，高度磷酸化的tau先是自聚成二聚体，再形成四聚体，由四聚体形成原纤维，之后形成纤维，最后生成NFTs，NFTs在细胞外聚集可导致神经元毒性和认知障碍。而且已有研究表明，GSK-3β能够结合并磷酸化γ-分泌酶的催化成分早老素1(presenilin-1，PS1)[5]。此外，GSK-3β的激活可以抑制APP的分泌性切割，增加Aβ42的产生[5]。Aβ42可以通过抑制磷脂酰肌醇-3磷酸(phosphoinositide3-kinase，PI3K)/Akt信号传导途径和蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)途径激活GSK-3β，GSK-3β可进一步诱导tau过度磷酸化[6]。Aβ42也可以通过诱导内质网应激，释放Ca2+参与GSK-3β活化和tau磷酸化的过程[7]。通常认为，过度磷酸化的tau和寡聚体Aβ42是导致AD早期阶段神经元功能障碍和认知障碍的主要原因，但在致病过程中的相互作用机制尚不清楚。

2 调控GSK-3β的miRNAs研究

2.1 体外研究

2.1.1 miR-124家族和miR-9 Kang等[8]发现在N2a/APP695swe细胞中miR-124-3p的表达显著降低；转染miR-124-3p的类似物(mimics)后可以减少细胞的凋亡和降低tau异常过度磷酸化，不改变tau的表达量，但提高Caveolin-1、PI3K、磷酸化的Akt、GSK-3β的表达，表明miR-124-3p通过调节Caveolin-1-PI3K/Akt/GSK-3β途径抑制tau的过度磷酸化。

miR-9和miR-124是哺乳动物神经系统中最丰富的两种miRNA，参与调控神经突触的发育，miR-9负调节神经干细胞(neuralstemcell，NSCs)的增殖并促进神经元分化，miR-124在维持神经元特征中发挥作用[9]。Xue等[10]发现miR-9和miR-124共同靶向并抑制Rap2a的表达，而降低Akt和GSK-3β的磷酸化水平，使两种蛋白失活，GSK-3β的失活促进NSCs的分化和树突的形成。提示miR-9和miR-124可能在AD中发挥神经协同保护作用，为AD治疗提供新的思路和可能靶点。

2.1.2 miR-1303 Li等[11]在人神经细胞研究中发现miR-1303靶向GSK-3β和SFRP1的3'UTR，增加MYC和CyclinD1的表达，降低p21和p27的表达，表明miR-1303通过靶向GSK-3β和SFRP1促进神经母细胞瘤增殖，并且可能是神经母细胞瘤治疗的靶标。

2.1.3 miR-21 Gao等[12]在神经干/前体细胞中研究发现miR-21通过调节Akt和GSK-3β途径促进神经分化并抑制细胞增殖。Kang等[13]在神经细胞中研究发现miR-21靶向程序性细胞死亡蛋白4(programmedcelldeathprotein4，PDCD4)，且在用Aβ42建立的AD细胞模型中，miR-21水平显著升高，此外，miR-21的mimics可以抑制Aβ42诱导的细胞凋亡，且增加PI3K、Akt和GSK-3β活性。表明miR-21在体外可能依赖于PDCD4/PI3K/Akt/GSK-3β信号通路在AD中发挥保护作用。

2.1.4 miR-135b家族 Zhang等[14]发现miR-135b靶向GSK-3β促进神经细胞增殖，抑制凋亡和神经炎症而发挥神经保护作用。Duan等[15]研究发现miR-135b-5p靶向GSK-3β的3'UTR。此外，miR-135b-5p过表达还促进核因子E2相关因子2(Nrf2)/抗氧化反应元件(ARE)信号传导的激活。表明miR-135b-5p通过下调GSK-3β来促进Nrf2/ARE信号通路介导保护神经元。

2.1.5 miRNA-135a 已有研究报道，miR-135a为凋亡相关miRNA，参与神经元损伤的调节[14]。Liu等[16]用氧-葡萄糖剥夺和复氧(oxygen-glucosedeprivationandreoxygenation，OGD/R)处理大鼠皮质神经元，发现miR-135a靶向GSK-3β，且通过抑制GSK-3β来上调Nrf2/ARE信号传导途径，从而预防神经元的损伤。表明miR-135a通过下调GSK-3β促进Nrf2/ARE信号通路介导保护神经元。

2.2 动物模型研究

2.2.1 miR-132/212 Wang等[17]在小鼠模型中研究发现miR-132/212下调会导致tau磷酸化水平升高和聚集程度增加。Smith等[18]证实miR-132/212直接靶向tau的mRNA，但以GSK-3β和PP2B为体内异常tau磷酸化的效应物时，发现miR-132/212缺失会加重患病小鼠的tau过度磷酸化，其原理目前尚不清楚。

研究表明，miR-132是AD患者死亡后大脑中下调最显著的miRNA[19]。miR-132通过直接调节tau的修饰物EP300、GSK-3β、Calpain2/3/7介导保护原代小鼠和人类野生型神经元抵抗神经毒性[20]。上述研究表明miR-132可能是调节神经元健康的重要因子。

2.2.2 miR-26a Jiang等[21]发现miR-26a在体外(神经元细胞系)和体内(成年小鼠)均靶向感觉神经元中的GSK-3β，抑制miR-26a的表达均损害轴突的再生。此外，用GSK-3β抑制剂处理成人感觉神经元发现Smad1蛋白水平显著降低，表明miR-26a参与GSK-3β调节Smad1的表达以及Smad1介导的调节哺乳动物轴突再生的过程，miR-26a可能是哺乳动物轴突再生的生理调节剂。

2.2.3 miR-126 Kim等[22]在AD模型小鼠的miR-126过表达神经元中发现miR-126过表达下调GF/PI3K/Akt和ERK信号转导途径中Akt、GSK-3β和ERK的磷酸化水平。此外，miR-126水平升高增加神经元易受Aβ42介导的毒性的影响，神经保护因子不能消除miR-126的毒性作用。表明在AD中miR-126可能与神经毒性之间有重要的联系。

2.3 人体研究

2.3.1 miR-138 miR-138在人脑中含量丰富，Wang等[23]发现miR-138可以诱导GSK-3β的激活，并增加tau磷酸化水平。此外，在脑、脑脊液、AD患者血液和转基因模型研究中还发现视黄酸受体α(retinoicacidreceptoralpha，RARA)是miR-138的直接靶标，RARA的类似物可以抑制GSK-3β活性，且减少由miR-138诱导的tau磷酸化。表明miR-138可能通过靶向RARA/GSK-3β途径诱导tau蛋白过度磷酸化。

2.3.2 miR-302 Li等[24]的研究表明miR-302通过沉默GSK-3β和PTEN激活Akt信号途径，刺激Nrf2/HO-1和Nanog表达的升高，Nrf2/HO-1表达升高抑制Aβ诱导的神经毒性，Nanog表达升高抑制Aβ诱导的p-Ser307-IRS-1表达，而使p-Ser9-GSK3β形成。体内研究显示，在AD患者血细胞中，Nanog和编码miR-302的LARP7mRNA水平均显著降低，表明miR-302可能通过沉默GSK-3β来抑制Aβ诱导的神经毒性。

3 总结和展望

AD的发病机制十分复杂，但涉及Aβ沉积和tau过磷酸化的机制仍然是AD研究的核心。尽管投入大量人力和物力用于开发预防和治疗AD的药物，但目前仍无有效的治疗方法，在个人、医学和社会经济水平上造成越来越大的负担[25]。GSK-3β对于tau过磷酸化修饰和Aβ沉积的形成起关键作用，临床研究支持GSK-3β抑制剂可用于治疗AD，其抑制剂的开发已经进行许久。miRNA的靶向性抑制正好是一个抑制表达的方式。正如本综述所讨论的，miRNA可能通过调节GSK-3β，在AD发病机制中发挥重要作用，但使用miRNA作为抑制GSK-3β的方法是否是治疗AD的有效方法，则还需要进一步的探索。