竞争性内源性RNA在神经退行性疾病中作用的研究进展

赵 丽，马 慧，孙 艳*

（哈尔滨医科大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学教研室，黑龙江 哈尔滨 150081）

神经退行性疾病是大脑和脊髓神经元丧失而引起的一类不可逆转的神经系统变性疾病，以发作迟缓和选择性神经元功能障碍为特征表现，是严重威胁人类健康的疾病，主要包括阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)、帕金森氏病(Parkinson's disease，PD)、亨廷顿氏病(Huntington's disease，HD)、肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)。近年来，神经退行性疾病潜在机制的研究进展促进了其有效治疗方案的发展，进而对疾病有效生物标记物的需求增加，其中细胞外分子RNA在神经退行性疾病病理过程中的相互作用成为人们关注的焦点。有证据揭示，竞争性内源性RNA (competing endogenous RNAs，ceRNAs)与神经退行性疾病的发生发展密切相关。确定ceRNAs在神经退行性疾病发病机制中的作用，不仅可以加深对这些疾病生理和病理过程的认识，而且可以为这些疾病的诊断和预防提供新的思路和解决方案，这将有助于神经退行性疾病的早期诊断和治疗监测。本文就近年来ceRNAs在神经退行性疾病中的相关研究作一综述。

1 ceRNA假说概述及组成

ceRNA假说由Salmena等[1]于2011年在Cell杂志上首次提出。该假说认为，信使RNA(messenger RNA，mRNA)、长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)、环状RNA(circular RNA，circRNA)、假基因(pseudogene)等各类RNA分子能通过相同的微小RNA应答元件(microRNA respons elements，MREs)竞争性结合或共享microRNA(miRNA)来调控靶基因，从而解除或减少miRNA对靶基因的作用，进一步对人类发育和相关疾病产生影响[2]。ceRNA假说中，miRNA是核心RNA分子，作为ceRNA分子研究较多的是lncRNA和circRNA。

miRNA是一种小的非编码RNA分子，能够靶向大量mRNAs，被认为可以调控30%左右的人类基因，在神经发育和功能方面起重要作用，是AD、PD、HD等神经变性疾病的必需调节因子[3]。lncRNA是一类具有低蛋白质编码潜力的转录物，长度大于200个核苷酸，主要参与表观遗传、基因转录及转录后的基因表达调控，也参与神经退行性疾病的发生与发展[4]。circRNA是由特定外显子循环产生的进化上保守的非编码RNA，在神经组织中富集，并在突触可塑性和神经元功能中起着重要作用[5]。假基因是基因家族在进化过程中形成的无功能残留物，与正常基因相似，但丧失正常功能的DNA序列。Costa等[6]提出，假基因约80%的miRNA结合位点与其亲本基因共享，可能成为新的ceRNA参与神经退行性疾病过程。

总之，lncRNA、circRNA、假基因在神经退行性疾病中都有着重要作用，并可能通过竞争性结合miRNA形成复杂的ceRNA调控网络并参与神经退行性疾病的发生发展机制，相比传统的miRNA-RNA调控模式来说，ceRNAs的调控更为精细及复杂化。ceRNA假说的提出揭示了一种全新的基因表达调控模式，为神经退行性疾病的早期诊断和治疗监测提供了新的线索及研究方向。

2 ceRNA与神经退行性疾病

ceRNA在许多疾病中都存在差异性表达，包括心血管疾病、消化系统肿瘤、呼吸系统肿瘤[7-9]等。lncRNA、circRNA、假基因也通过ceRNA机制参与了神经退行性疾病的发生和发展过程。

2.1 ceRNA与AD

AD是一种能导致严重残疾和死亡的慢性疾病，是最常见的神经退行性疾病，临床上以进行性认知功能障碍为特征，其典型病理特征是细胞外淀粉样β蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)沉积形成的老年斑及细胞内过度磷酸化的Tau蛋白形成的神经元纤维缠结。

Aβ来源于Aβ淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein，APP)，而APP产生Aβ的限速步骤由β位点的APP裂解酶1(betasite app cleaving enzyme 1，BACE 1)介导，BACE 1失调可导致过量Aβ沉积。Wang等[10]在晚发型AD患者的颞叶皮质中发现miR-107减少，该miRNA与BACE 1的3′UTR之间存在功能上的相互作用。核富集转录体1(nuclear paraspeckle assembly transcript 1，NEAT 1)是一种在哺乳动物细胞中发现的lncRNA，在Aβ处理的神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y和SK-N-SH细胞中表达增强，并通过海绵miR-107加重Aβ诱导的神经元损伤[11]。NEAT 1在AD小鼠模型中也明显上调，抑制NEAT 1或过表达NEAT 1能上调或下调miR-124的表达，从而影响BACE 1的表达[12]。

细胞周期蛋白依赖性激酶5激活因子1(cyclin-dependent kinase 5 regulatory subunit 1，CDK5R1)参与脑发育和脑功能，并与AD的发生发展密切相关。Spreafico等[13]研究了3个潜在的调控CDK5R1表达水平的lncRNAs：NEAT 1、Hox转录反义RNA和转移相关肺腺癌转录本1，发现3个lncRNAs都能正向调节miR15/107家族，而miR-15/107家族可反向调节CDK5R1的表达以修饰mRNA的稳定性。

神经血管功能紊乱已成为多种血管和神经系统疾病的发病机制，lncRNA心肌梗死相关转录本(myocardial infarction association transcript，MIAT)作为血管功能障碍的调节因子，可通过miR-150-5p/血管内皮生长因子轴调节神经和血管细胞功能，而MIAT基因敲除可导致脑微血管变性、进行性神经元丢失和神经变性等，MIAT可能是治疗神经血管相关疾病包括AD的药理靶点[14]。抑制转化生长因子β激活的长链非编码RNA可通过调节miR-200/锌指基因217轴预防Aβ诱导的大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤细胞神经毒性[15]。

AD与circRNA相关的ceRNA调控网络之间也有潜在联系。Zhang等[16]在快速老化小鼠模型中获得235个明显调控异常的circRNA转录本、30个明显调控异常的miRNAs和1 202个显著失调的mRNAs，并构建了较全面的circRNA相关ceRNA网络，该模型中的ceRNA网络主要参与Aβ清除和髓鞘功能调节。Sekar等[17]利用AD和健康受试者后扣带回上的整个转录组测序检测星形细胞的circRNA，其中circRNA小脑变性相关蛋白1反义转录物具有74个不同miRNAs结合位点和63个miR-7结合位点，最终建立了包括4个circRNA、11个miRNAs和49个基因的circRNA-miRNA-mRNA调控网络。

miRNAs通过与靶转录体上的MREs相互作用来协调大脑功能，携带MREs的非编码假基因转录本(PSG+MRE)在人颞叶神经元表现出同源性、进化守恒性和较高表达，与靶向miRNAs能够双向协同调控，而PSG+MRE在大脑发育和认知中具有功能作用，支持PSG+MRE在人脑神经元中对生理的影响[18]。因此，PSG+MRE可能作为ceRNA参与包括AD在内的神经系统疾病的发生发展机制。

2.2 ceRNA与PD

PD也称为震颤麻痹，是继AD后的第二常见神经退行性疾病，也是中老年人最常见的锥体外系疾病。该病以黑质多巴胺能神经元变性丢失及胞质内嗜酸性包涵体即路易小体(Lewy body，LBs)形成为主要特征，临床表现主要为静止性震颤、动作迟缓及减少、肌张力增高、姿势不稳等。

α-突触核蛋白(α-synuclein，SNCA)与PD的发病机制和相关功能障碍密切相关，其异常聚集能导致黑质多巴胺能神经元的变性丢失及胞质内LBs的形成[19]。SNCA是SNCA基因编码的产物，而SNCA基因是第1个被发现的与PD相关的突变基因[20]。circSNCA和SNCA是同源基因，二者具有相同的miR-7靶位点并存在内源性竞争。Sang等[21]发现circSNCA在PD中作为ceRNA与miR-7结合并上调其靶基因SNCA，减少促凋亡基因的表达，而抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2基因和自噬相关蛋白微管相关蛋白1轻链3B-II的表达随着circSNCA的下调而增加，即circSNCA作为miR-7抑制剂促进了PD的病理过程。

锌铁调控蛋白ZIP-2(ZRT，IRT-like protein-2)基因合成的circZIP-2，是Kumar等[22]在转基因线虫PD模型中鉴定的一种新circRNA分子。ZIP-2沉默导致PD模型中circZIP-2的表达降低。此外，Kumar等还利用生物信息学方法鉴定了11个与circZIP-2相互作用的miRNA，其中miR-60-3p是主要的miRNA，并具有经过验证的mRNA靶点。在Chi等[23]用22个健康对照血液样本和50个PD血液样本构建的ceRNA调控网络中，胰岛素样生长因子-1受体是miR-133b和lncRNA X染色体失活特异转录物的靶点。

编码溶酶体葡萄糖苷酶的葡萄糖脑苷脂酶(glucocerebrosidase，GBA)基因突变是PD的主要易感因素，GBA与其假基因GBAP 1的高度同源性使假基因成为一种有希望的ceRNA，发挥miRNA海绵作用。研究发现，miR-22-3p能够结合并下调GBA和GBAP 1，并将其内源性mRNA的水平降低到70%，GBAP 1 3′-非翻译区过表达可隔离miR-22-3p，从而提高GBA mRNA和GBA的表达水平，提示GBAP 1作为ceRNA发挥作用[24]。

2.3 ceRNA与其他神经退行性疾病

除常见的AD和PD外，HD和ALS也属于神经退行性疾病，非编码RNA在HD和ALS的疾病过程中也有着重要作用。在HD中，亨廷顿(Huntingtin，Htt)蛋白在细胞中积累而影响神经细胞的功能。lncRNA Htt反义转录本在HD患者额叶皮质低水平表达，能导致Htt mRNA的高水平表达，进而促进HD的发生[25]。Chanda等[26]发现HD细胞和动物模型中的lncRNAs母系表达基因3和NEAT1水平均发生了改变。Muraoka等[27]的研究结果提示，lncRNA CR18854和人类肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma，FUS)的果蝇同源体Cabeza之间存在遗传相互作用，而FUS是ALS的致病基因之一。总之，lncRNAs参与了HD和ALS的发病机制，但作为ceRNA参与这两种疾病的机制还有待进一步研究。

3 总结与展望

ceRNAs假说的提出，不仅打破了传统的基因调控模式，同时也揭示了lncRNA、circRNA和假基因等非编码RNA在人类疾病中的功能机制，为研究许多人类疾病发生发展的分子机制提供了新的思路。而神经退行性疾病的发病机制一直是人类研究和关注的焦点，虽然非编码RNA在神经退行性疾病中的机制研究取得了一定进展，但关于非编码RNA作为ceRNA参与神经退行性疾病的发生及发展探索还处于初步阶段，需要科研工作者进行深入的分子机制研究，进一步了解神经退行性疾病中ceRNA调控网络的作用机制，为神经退行性疾病的靶向治疗提供更多的理论依据。