阿尔茨海默病相关miRNA研究进展

程良慧 曾娜 王燕 唐亮

摘要： miRNA被称为microRNA。是一类内源性的、非编码的、长度为23个核苷酸的小RNA分子，miRNA不仅参与神经系统调控系统的发育、分化，突触的形成，记忆等一系列生理功能，还与一些神经系统疾病的发生有一定关系。miRNA在AD中的发生与发展具有关键的调控作用，研究阿尔茨海默病相关的miRNA的功能与作用机制可为阿尔茨海默病的有效预防和治疗供应新的诊断思路及新医疗靶点。

关键词： miRNA;阿尔茨海默病;作用机制;研究进展

阿尔茨海默病（AD）是一种老年性痴呆症，是一种进行性中枢神经系统退行性疾病。它是老年人患心脏病，肿瘤和脑血管疾病后常见疾病。临床上主要表现包括渐进性记忆丧失、认知功能障碍以及其他神经精神病症和行为障碍等[1]。典型的病理学表现为皮层和海马神经元内淀粉样β蛋白（amyloiod β-protein，Aβ）在神经细胞外沉积、神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles，NFTs）、小胶质细胞和星形胶质细胞增值的进行性突触和神经元丢失等[2]。

miRNA（microRNA）是长度为19至23个核苷酸的非编码单链RNA分子，其由内源基因编码，通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA，调节信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻译或促使mRNA降解从而抑制基因表达。miRNA不仅在机体病理、生理过程中发挥重要的调节作用，还在神经发育、分化、成熟起重要的调节作用[2]。异常表达的miRNA需通过β淀粉样肽的调节、Tau蛋白过渡磷酸化形成的神经纤维缠结、神经细胞凋亡和炎症等方面参与AD疾病的发生、发展。本文就阿尔茨海默病相关的miRNA研究进展做一综述。

1 miRNA的生物学背景及作用机制

miRNA是一种内源性非编码单链小RNA分子，由长度约70核苷酸的具有发夹结构的前体转录物经Dicer酶切后形成成熟的miRNA[3]，通过碱基互补与配对从而控制基因的表达。它的形成需要一系列的内切酶、转运蛋白和聚合酶等逐步加工。首先，miRNA在RNA聚合酶参与下转录生成初级转录本primary miRNA，然后在细胞核中经核糖核酸酶Ⅲ（RNaseⅢ）家族的Drosha切割下生成长度约为60～80核苷酸的发卡结构前体miRNA（precursor miRNA），随之由核转运蛋白转至细胞质中，在胞质内，pre-miRNA经Dicer酶加工成长度约为22个碱基的双链RNA，其双链中的一条链被降解，另一条链与Argenautes家族蛋白2结合形成RNA诱导的沉默复合物（RNA induced silencing complex，RISC），miRNA中没有结合的链则被排出复合物之外，结合了miRNA的RNA誘导RISC则与目标miRNA的3'端非编码区结合，调节信使RNA（Cmessenger RNA，mRNA）的翻译或降解靶mRNA，最后实现抑制基因的表达[4]。

miRNA广泛存在于各种物种中，在进化过程中高度保守。Lee和其他人在线虫发育过程中发现一种长约22核苷酸的小RNA，叫做lin-4。当lin-4z开始作用时，它与靶基因序列不完全互补，这阻碍基因的翻译过程，但mRNA水平几乎保持不变。Reinhart等人在研究线虫时又发现了let-7，随后几个研究小组在各种生物物种中鉴定了数百种miRNA，例如人类，果蝇和植物。

2 阿尔茨海默病中相关miRNA的作用

2.1 miRNA在神经系统中的功能表达

在神经系统中miRNA的存在非常丰富，其表达有组织特异性和非特异性，影响神经系统的生长、分化和调节。与神经退行性疾病的发生或发展相关，如： miRNA-124，miRNA-9在多能干细胞分化为神经元中起重要作用;mir-134，mir-132在神经元突起和突触形成的过程中有较多的研究[5];miR-98在AD患者的脑组织与脑脊液中的水平高于其他的miRNA，其在AD小鼠模型中的表达下降，IGF-1蛋白表达则增高[6]。脑组织中不同miRNA的表达具有位点特异性，例如miR-23只在神经胶质细胞中表达。miR-124主要在神经元中表达，其过度表达显著损害脊柱的活性;miR-26与miR-2主要表达于星形胶质细胞[7]。因miRNA参与神经细胞的凋亡、分化、发育等生理过程，脑中任何的miRNA异常表达都会影响神经元的存活，因此，可以调节异常表达的miRNA以实现与神经系统相关的治疗和诊断疾病。

2.2 miRNA可调节β淀粉样蛋白的表达

淀粉样前体蛋白（Aβ）是老年斑的主要成分，由淀粉样蛋白前体蛋白（amyloid precursor protein，APP）经β-淀粉样前体蛋白裂解酶Ⅰ（β-amyloid precursor protein Cleaving Enzyme 1，BACE1）和γ-分泌酶依次水解形成的。当Aβ异常沉积的时候会引起自由基大量产生，从而导致神经细胞死亡，AD的产生。研究表明，多种miRNA可以通过负调控调节APP的表达，而特异性miRNA异常表达在AD的发病机制中起重要作用[8]。有研究显示APP mRNA的3'UTR中存在miR-101的作用位点，抑制miRNA与3'UTR的结合能使APP的表达量增加，进而使得Aβ生成增加[9]。另有体外实验证实miR-101过表达可降低海马神经元中APP的水平，同时减少Aβ沉积。有研究者通过基因芯片的方法发现miR-9与miR-128在AD病人的脑组织中的表达会上升。通过miRNA微阵列分析，miR-107在颞叶皮质和AD患者的轻度认知障碍（mild cognitive impairment）中显著减少[10]。如此也就说明miR-107在AD的早期阶段就开始下调。miR-107不仅可以靶向作用于BACE1，通过调控BACE1来影响Aβ的水平;还可以通过负性调节金属蛋白酶10（Adisintegrin and metalloprotease 10，ADAM10），抑制Aβ的形成，降低AD发病率。另外还有miR-15b、miR-195 、miR-339-5p、 miR-29c等在神经细胞中的低表达量也会导致BACE1蛋白的表达上调，促使Aβ沉积增加，其强烈的神经毒性作用使得突触功能失调，神经变性。

2.3 与Tau蛋白相关的miRNA

Tau蛋白（microtubule-associated protein tau）是神经元重要骨架和营养物质运输的结构，是一种微管相关蛋白（microtuble associated protein，MAP），能与微管蛋白组成微管。过度磷酸化后的Tau蛋白会减弱Tau蛋白对微管的稳定，使得神经纤维退化和功能丧失，神经纤维缠结和双链神经丝的形成，从而导致AD的产生。研究表明，AD病人脑脊液中的总蛋白（total tau protein，t-tau）与磷酸化tau蛋白（Phosphorylated tau protein，p-tau）都会升高[11]。有研究显示，miR137可通过抑制miR137、神经酰胺、N-SMase、Aβ循环和下调miR137、SPT、神经酰胺、Aβ通路缓解AD的发病过程。有实验研究发现，通过miR-132/GSK-3β信号相关的机制会减少神经元细胞凋亡和改善认知功能，促进Tau蛋白磷酸化而不影响Tau蛋白水平[12]。研究发现，大鼠原代有丝分裂神经元中miR26b的过表达可能导致Tau蛋白异常磷酸化。miR34a参与Tau蛋白的代谢，miR32-3p促进AD进展，这是Tau蛋白相关mRNA靶标的异常调节。miR-922可通过下调泛素羧基末端水解酶L1（ubiquitin carboxyteminal hydrolase L1， UCHL1）使得Tau蛋白磷酸化水平明显增加，故抑制miR-922可减少Tau蛋白磷酸化，从而减缓AD的发生[13]。

2.4参与神经炎症的miRNA

miRNA通过调节相关的炎症因子参与AD的发生，发展。越来越多的研究发现miR-146a参与调控炎症反应。在海马硬化颞叶癫痫中发现miR-146a在星形胶质细胞中表达上调，尤其在神经元细胞消失与胶质细胞过多的区域表达更为明显。白细胞介素-1受体相关激酶（IL-1 receptor associated kinase，IRAK1）是miR-146a的一个靶基因，是炎症早期信号传导的一个关键因子，在AD病人的脑组织中表达下降。有研究显示miR-101a可能通过与丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）MAPK1的结合影响H2O2的生成促进氧化应激从而参与AD的发生[14]。

3 miRNAs在AD诊断中的作用

随着大量的研究，AD在遗传及分子基础方面有了很大的突破，但在AD患者患病之前就作出准确的诊断并治疗，仍面臨着很大的挑战。有研究表明，与病程发展相关的miRNA对于AD早期诊断可能存在着重要价值。目前，有许多研究提示在AD患者的血液与脑脊液中能检测处某些miRNAs，但在血液中异常表达的miRNAs与AD脑脊液中发现异常表达的miRNAs并不完全一致，如在AD脑脊液中：miRNA-29a、miRNA-29b表达高;miRNA-34a、miRNA-146a与miRNA-125b表达低[15]。在血浆中检测到miRNA-34a与miRNA-146a的表达量与正常人有明显差异。Lynn等利用芯片技术经Qrt-PCR技术验证，认为miR-15a可以作为血浆生物指标作用于AD的诊断。

4 小结与展望

综上所述，miRNA从调节多个通路参与AD的发生与发展。miRNA可以调控多种不同的靶mRNA，并且不同的miRNA可以调控相同的靶mRNA，并且各种miRNAs之间存在着密不可分的关系。研究miRNA与AD之间的复杂关系于明确AD的发病机制具有重要的意义。到目前为止对于mRNA在阿尔茨海默病中的一些潜在生物学功能尚不明确，mRNA表达水平的变化对AD发生的潜在影响还需进一步研究证明。以miRNA作为治疗AD的治疗靶点已成为研究热点，将为AD患者的早期诊断及治疗提供一个新的思路及方向。

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作者简介：

唐亮，副教授，研究方向：神经退行性疾病发病机制及治疗研究。本项目受湖南省教育厅科研项目（19C0214），湖南省自然科学基金青年项目（2019JJ50697），广西省教育厅科研项目（2021KY1959），长沙市杰出创新青年人才计划（kq2009095）资助。