调节性非编码RNA在中枢神经系统疾病中的研究进展

温萍萍综述，孙洪英审校

0 引 言

非编码RNA(ncRNA)的发现为神经系统疾病的诊断、预后及治疗开辟了新的前景。ncRNA是一类新兴的小RNA分子，虽不能编码蛋白质但具有重要生物学功能[1]。构成人类基因组的 DNA分子碱基对中约5%～10%被稳定转录，仅有不到2%的基因能组编码蛋白质，其余的3%～8%的基因组转录为非编码转录本即 ncRNA[2-3]。 ncRNA主要包括长链非编码 RNA( long non- coding RNA， lncRNA)、微小 RNA( microRNA， miRNA)和环状 RNA( circularRNA， circRNA)，并且证实在不同组织、器官及疾病不同阶段存在特异性表达。众多研究表明 ncRNA不仅在多种疾病的发生和发展过程中扮演关键角色，还可作为细胞增殖和死亡的关键调节剂。其中，中枢神经系统疾病(central nervous system disease,CNS)是严重影响人类健康及生活质量的主要原因。目前众多研究已筛选并鉴定、评估了多种 lncRNA、 miRNA、 circRNA作为神经系统疾病诊断的生物学标记物的巨大潜能， 但在 CNS中的致病机制等方面研究尚处于萌芽阶段。本文主要就关键lncRNA、miRNA、circRNA在CNS中的重要作用及最新研究进展进行综述。

1 lncRNA、miRNA、circRNA的概述

lncRNA是一种由RNA聚合酶Ⅱ合成的ncRNA，长度大于200个核苷酸，可与 DNA、RNA或蛋白质分子相互作用[4-5]。 lncRNA具有相对复杂的生物学功能，主要通过以下3个水平参与每个阶段基因表达的调控: 转录水平、表观修饰水平和转录后水平[6-7]。 目前发现lncRNA在肿瘤和多种神经系统疾病中有重要作用，并且在脑中表达具有组织特异性[8]。

微小 RNA长约20个核苷酸，可与靶 mRNA结合在转录和转录后水平负调控基因的表达[9]。部分miRNA能够同时靶向多个基因，而多个miRNA也可同时靶向同一个基因。miRNA可调控机体的多个代谢过程并参与疾病的启动及进展。

环状RNA(circular RNA，circRNA)是由线性基因的反向剪接事件形成的新兴RNA物种，是具有稳定性和保守性的闭合环状RNA分子。其在真核动物体内广泛表达[10-13]。到目前为止研究发现 circRNA具有 miRNA的分子海绵、调控基因转录、影响蛋白质合成和功能发挥、参与细胞间信号通路的调控[14-17]等作用参与多种疾病的不同病程。

lncRNA、miRNA、circRNA之间有着密不可分的联系。lncRNA可通过miRNA负调控miRNA的表达[18]，并且可与靶 mRNA的互补碱基配对进一步干预。而circRNA可作为miRNA的海绵干预miRNA[14]，miRNA与mRNA结合影响基因的表达干预疾病的发生发展。 各类ncRNA在细胞内不是独立发挥作用，而是相互联系相互调控进一步发挥其生物学作用。

2 lncRNA、miRNA、circRNA与神经胶质瘤

神经胶质瘤恶性程度高，疾病进展较快，预后差。治疗以手术为主，但有一定的复发率，暂无预防措施。大量研究表明lncRNA、miRNA、circRNA与胶质瘤细胞的活动及疾病预后密切相关。Zhang等[19]研究胶质瘤模型动物及瘤体组织中发现 lncRNA ENST00000413528表达显著增加，通过 miR- 593-5 p/PLK1途径诱导细胞周期 G0/G1停滞促进细胞凋亡。Gu 等[20]在神经胶质瘤患者组织中发现 lncRNA001089表达下调，在动物模型中其稳定表达的细胞在体外表现出增值、迁徙和侵袭能力下降，并可抑制裸鼠体内肿瘤的发生，但其过表达增强细胞的凋亡，因此 lncRNA001089过表达与不良预后密切相关，研究表明其可作为预测不良预后的独立因素。同样Li 等[21]发现lncRNA LOC730100表达上调与胶质瘤的预后不良明显相关，通过调节miR-760/FOXA1轴促进胶质瘤进展。

Leng等[22]在体外胶质瘤条件下发现 miR17 HG存在高表达，miR-153和 miR-377存在低表达，并发现影响该模型血脑屏障通透性的机制即为piR- DQ590027/miR17 HG/miR-153(miR-377)/FOXR2通路，旨在通过改变血脑屏障的通透性来提高抗肿瘤药物的疗效。Shi等[23]研究发现在神经胶质瘤患者组织中has-circ-0014359的表达明显增加，siRNA介导的 circ-0014359沉默有效抑制神经胶质瘤细胞的活力、迁徙、侵袭及凋亡，同时发现circ-0014359充当神经胶质瘤细胞中miR-153海绵，通过靶向 miR-153/PI3K信号传导途径促进胶质瘤的发展。

3 lncRNA、miRNA、circRNA与脑血管病

脑血管病是神经系统疾病中最常见的疾病，早期诊治、预防复发是减少脑血管病致残率和死亡率的重要措施。最新研究表明lncRNA、miRNA、circRNA作为主要调节因子参与脑血管病的发生发展。

脑梗死其发病原因为脑血流的减少或中断，引起缺血、缺氧、炎症反应、氧化应激、兴奋性氨基酸的神经毒性、脑水肿等级联反应， 导致神经细胞损伤甚至死亡[24]。 关键lncRNA、miRNA、circRNA参与了上述过程，并能够保持血管完整性及促进新生血管形成改善缺血。 Hou等[25]发现 lncRNA- RMST在大脑中动脉闭塞诱导的小鼠脑损伤模型及缺血性卒中患者血浆中存在过表达， 模型小鼠侧脑室注射 RMST shRNA显著降低脑 RMST表达，减少脑梗塞面积并改善神经功能。 Li等[26]亦在大脑中动脉闭塞模型 SD大鼠的梗死区组织中发现lncRNA HIF1A-AS2上调，分析可能通过向 miR-153-3p扩散促进HIF-1α的上调，促进梗死区新生血管形成，建立侧枝循环进而改善脑梗塞区域的血液供应。不久前，Wang等[27]在大脑中动脉闭塞大鼠模型中发现miR-153表达上调显著抑制Patch表达并激活 Shh( Sonic Hedgehog)信号通路，促进血管生成，减少梗塞面积。Bai 等[28]在急性脑梗死患者血浆和小鼠中风模型中发现circRNA DLGAP4表达下调，作为内源 miR-143海绵起作用，以抑制保护因素miR-143的活性，加重脑梗塞，而上调circRNA DLGAP4可显著减轻神经功能缺损并减少梗死面积和血脑屏障损伤。

脑出血急性期病死率高。多项研究证明部分ncRNA可调节脑出血后炎症反应及水肿。 研究者在脑出血小鼠模型中研究中发现 lncRNA- FENDRR表达水平增加， miR-126表达水平下降， 并发现 lncRNA- FENDRR通过下调 miR-126调节血管内皮生长因子促进人脑微血管内皮细胞的凋亡而导致脑出血发病[29]。Xi等[30]在研究中发现脑出血患者的 miR-27a-3p表达下调， 并且在脑出血动物模型的脑室内注入 miR-27a-3p模拟物后，通过抑制血肿区域和大鼠微血管内皮细胞中负调控水通道蛋白-11， 减轻了该模型出血后24 h的脑水肿。 有研究在蛛网膜下腔出血小鼠的大脑皮层中发现circSetbp1、circFoxj3、circSntg2表达上调而circ2010111 I01 Rik、circArpp21表达下调，但具体作用通路尚不可知[31]。

4 lncRNA、miRNA、circRNA与癫痫

癫痫治疗仍以药物为主，耐药成为治疗的难题。 癫痫可发生在任何年龄，反复发作可直接对患者的神经系统造成损伤并引起严重的后果。 关于癫痫发病机制的学说众多，但仍不明确。 最近的研究发现lncRNA、miRNA、circRNA在海马神经元凋亡的调节及癫痫进展中同样扮演着重要角色。 研究者们在癫痫大鼠模型中发现lncRNA FTX可能通过miR-21-5p/SOX7轴减少癫痫持续状态(Statusepilepticus,SE)诱导的海马神经元凋亡[32]；lncRNA UCA1通过 miR-495/Nrf2-ARE途径抑制海马神经元的凋亡来抑制毛果芸香碱诱发的癫痫发作而抑制癫痫发作所致的脑损伤[33]；lncRNA H19上调显著，可能通过调控 miR let-7b加剧海马神经元凋亡，而抑制 lncRNA H19则可保护大鼠免受SE诱导的细胞损伤[34]。Liu等[35]发现癫痫小鼠和患者血清中miR-141表达上调，通过SIRT1( 沉默信息调节因子1)/ p53抗神经细胞凋亡。研究亦发现 lncRNA H19通过调节JAK(Jannus激酶)/STAT(转录激活因子)途径促进海马神经胶质细胞活化，并且可以是预防癫痫发展的工具[36]。Wang等[37]在自发性复发性癫痫样放电大鼠海马神经元模型中的研究结果表明抑制miR-34a可以通过调节大鼠海马神经元模型中的Notch信号传导和凋亡来抑制癫痫样放电。另外，研究者在药物诱发的癫痫小鼠模型中发现miR-155由PI3K/Akt/mTOR通路、mir-203-3p调控Ppp2ca上调诱导癫痫的发生，加重癫痫持续状态小鼠模型的癫痫发作[38-39]。最近，Gong等[40]在颞叶癫痫的进一步研究中表明circRNA-0067835通过充当miR-155的海绵来促进FOXO3a表达来调节耐药性癫痫进展。

5 lncRNA、miRNA、circRNA与帕金森病

帕金森病(Parkinson disease,PD)是一种年龄依赖性神经退行性疾病，特征在于由多巴胺(dopamine,DA)能神经元和多巴胺变性丢失的进行性退化引起的严重运动并发症， 病因多且进展缓慢。 目前的治疗重点是通过给予左旋多巴来缓解症状，尚不能做到预防多巴胺能神经元的损伤变性。 尽管多年来诸多深入研究，但启动及促进PD的分子机制仍然未知。近年来的研究表明部分ncRNA参与了DA能神经元活性的调节。 研究者发现PD中上调的lncRNA SNHG1在人DA能SH-SY5Y细胞中通过miR-15b-5p/GSK3β轴促进MPP+诱导的细胞毒性和活性氧产生，lncRNA SNHG1敲除呈现相反的效果[41]。Yan等[42]研究者在腹腔注射MPTP建立的PD小鼠模型中发现lncRNA NEAT1、 PINK1蛋白表达上调，并且探知 lncRNA NEAT1通过抑制PINK1蛋白降解来正调节PINK1的蛋白水平进一步介导MPP+对SH- SY5Y细胞的作用，而lncRNA NEAT1敲除可有效抑制体内MPTP诱导的自噬，从而减少DA能神经元的破坏。另外Ardakani等[43]发现 miR-200a和 miR-204在暴露于 MPP+分化的 PC12细胞 PD模型中显著上调，Sirt1和 BCL2明显下调，表明它们参与 MPP+神经毒性机制，推测 miR-200a和 miR-204负向调节 Sirt1和 BCL2的表达影响DA能神经元变性。Yang等[44]在PD患者的外周血中发现 miR-132显著增高，并与男性患 PD风险、疾病分期、疾病严重程度密切相关， 另外其下游分子核受体相关蛋白-1(Nuclear receptor-associated proteins-1,Nurr1)显著降低，故高水平的 miR- 132与低水平的 Nurr1组合可能帮助诊断 PD、监测疾病进展。 Kumar等[45]在秀丽隐杆线虫 PD模型中发现 Circzip-2表达失调， zip-2敲除后观察到α-突触核蛋白的聚集减少， 同时蠕虫寿命延长，进一步对 zip-2沉默蠕虫进行转录组分析后发现 zip-2可能靶向 miR-60通过 Daf-16途径在与 PD相关的各种过程中发挥重要作用。

6 lncRNA、miRNA、circRNA与阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)

AD是痴呆的主要部分。AD的病因的发病机制学说较多但尚不明确。AD的重要组织病理学特征有由β淀粉样蛋白(Aβ)聚集形成老年斑(SP)以及神经元纤维缠结、缺失和胶质增生[46]。然而影响AD发病机制的分子水平调节因子的完整谱系尚不清楚。近年来认识到一些ncRNA与AD启动发展密切相关。Wang[47]在 AD患者脑脊液中发现lncRNA-ATB高表达并负向调控miR-200表达，而miR-200负向调节 ZNF217，抑制lncRNA-ATB可通过调节miR-200/ZNF217轴来保护P12细胞免受Aβ25-35诱导的神经毒性，由此得出lncRNA-ATB/miR-200/ZNF217轴能作为预防AD的发生的极大可能。Li等[48]在AD细胞模型中发现 lncRNA BC200高水平表达，其可直接靶向β位点淀粉样蛋白前体蛋白裂解酶-1(β-site amyloid precursor protein cleaving enzyme-1,BACE-1)， 加重 AD模型中细胞凋亡。近期研究探索了miR-338-5p亦是 BACE-1的靶点，通过调控NF-κB信号通路在 AD小鼠模型中表达下调，这项研究结果有助于在病理学方面解释AD的发生[49]。Mo等[50]研究发现淀粉样β肽( Aβ) circRNA- a即 hsa_circ_0007556过表达后可导致机体形成 Aβ肽，推测可能正调控 GSK3β表达和 tau蛋白磷酸化而导致 AD的发生。

7 总结与展望

目前研究已初步了解并利用 lncRNA、 miRNA、 circRNA的特点及优势，筛选出众多新型生物学标记物，并在疾病启动进展、诊疗及预后评价等方面具有重要价值。 同时证实了干预ncRNA的调控可控制疾病进展，因此调控关键ncRNA的表达可能是疾病预防和治疗的一种希望。ncRNA有望成为新药的靶点，在CNS的预防及诊疗方面展现其更大的潜能。然而 ncRNA在CNS中的研究尚处于初探阶段， lncRNA、 miRNA、 circRNA在疾病中的通路及功能还不是十分明确， 尚需长期且更深入的探索研究。相信随着现代技术的迅猛发展，人们对 ncRNA在CNS启动发展过程中的作用将得以全面阐释， ncRNA作为生物标志物及治疗靶点研究必将拥有更广阔的前景，为精准医疗带来新的发展契机。