microRNAs在脊髓损伤中的研究进展

景 文，李 生，李永盛，邱晓明

（1.定西市第二人民医院，甘肃定西 743000;2.兰州大学第二医院，甘肃兰州 730000）

脊髓损伤（spinal cord injury,SCI）是一种具有高致残率的严重中枢神经系统创伤，可导致运动、感觉及自主神经功能的异常或丧失［1］。全球每年的发病率约为40～80/1 000 000，由于发病率高、缺乏有效的治疗手段，给患者、家庭及社会带来了巨大的经济负担［2］。SCI包括两个连续的发展过程：原发性脊髓损伤和继发性脊髓损伤；原发性脊髓损伤是直接由外力引起的组织破坏或撕裂，可分为神经损坏和血管结构破坏［3］。继发性脊髓损伤是在原发性损伤的基础上，促炎因子、趋化因子和补体激活产物等被激活，介导神经炎症反应、氧化应激及凋亡等［4］。这些继发性的病理生理反应最终导致血脊髓屏障的破裂，进一步恶化损伤部位的微环境，使脊髓损伤的修复更加困难［5］。然而目前为止，没有有效干预措施可以阻止继发性脊髓损伤及诱导神经再生，因而修复脊髓和恢复神经功能成为目前临床的一大难题。

microRNAs（miRNAs） 是一类由 18～25 个碱基组成的小非编码RNAs，其通过结合靶基因的3'非编码区（UTR）导致靶基因的降解或翻译抑制，进而在转录后水平控制mRNAs表达、蛋白质产生和细胞功能［6］。自1993年首次在秀丽线虫体内发现miRNA以来，miRNAs在人体及动物模型中已开展了广泛的研究，相关研究表明人体内的miRNAs至少800种［7］。脊髓损伤改变了包括氧化应激、炎症和凋亡在内的许多继发性损伤相关的miRNAs的表达，而miRNAs的差异表达会引起靶基因的改变进而调节细胞的功能。因此，miRNAs是脊髓损伤后脊髓修复及神经功能恢复方面非常有前途的研究领域，可为治疗脊髓损伤提供新的切入点。

本综述描述了近年来脊髓损伤相关miRNAs的研究进展，重点阐述了凋亡及氧化应激相关miRNAs的作用。总结脊髓损伤中miRNAs的调控机制，为进一步研究miRNAs在脊髓损伤中的作用提供方便。

1 脊髓损伤的病理生理

脊髓损伤是一种高致残率的严重中枢神经系统创伤，主要病理生理特征是脊髓受到外力、挤压等外界打击后，引起以大量炎症细胞介导的炎症反应为主体的继发性损伤，并出现缺血、水肿、缺氧和胶质瘢痕等细胞功能改变，加重了残存神经细胞的死亡［3］。脊髓损伤引起的炎症、氧化应激及凋亡反应是造成脊髓功能难以恢复的重要原因，对脊髓损伤的预后至关重要。脊髓损伤后，活化的小胶质细胞和血液中浸润的巨噬细胞无法区分，形成中枢神经系统损伤特有的小胶质/巨噬细胞群，亦是脊髓损伤后最重要的炎症细胞［8］。活性氧和超氧化物的激活引起氧的化应激反应不仅会导致大量神经元的死亡，同时破坏血管内皮、胶原纤维支架等，进一步恶化损伤部位的局部微环境，抑制了神经元的再生和神经功能的恢复［5］。因此，控制继发性损伤是治疗脊髓损伤提高神经功能恢复的重要途径。

2 miRNAs的产生及功能

microRNAs（miRNAs） 是一类由 18～25 个碱基组成的小非编码RNAs。在细胞核中，miRNA基因被RNA聚合酶II或III转录生成pri-miRNA。这些primiRNA表现出茎环发夹的功能二级结构，并被核RNase III酶Drosha/DGCR8裂解，从而释放pre-miRNA。然后，pre-mRNA将被运输到细胞质中；在细胞质中pre-miRNA被进一步处理产生约22个碱基的miRNA双链，只有成熟的miRNA链被整合到沉默复合体中，并以沉默复合体的形式存在［9］。而另一条链被降解。

成熟的miRNAs可以与目标mRNAs的3’端UTR结合，导致mRNAs降解或翻译抑制，进而引起蛋白质结构或细胞功能的改变［6］。研究表明，一个miRNA可以靶向多种不同的mRNAs，同时一个mRNAs可以被不同的miRNAs调控［10］。此外，一个给定的miRNA在同一个mRNA中可能有多个结合位点，从而增加其整体作用［11］。

3 miRNAs对脊髓损伤后凋亡的调控作用

脊髓损伤后，神经元微环境发生改变，如神经营养因子缺失、炎症因子增加、趋化因子和补体激活产物激活等会导致神经元的凋亡［12］。研究表明，miRNAs在神经元凋亡过程中起着重要作用，其中有些miRNAs促进神经元的凋亡反应，抑制脊髓损伤的修复。例如Cao等［13］建立脊髓损伤小鼠模型后检测到miR-99b-5p表达增高，并通过荧光素梅报告实验发现miR-99b-5p通过mTOR促进神经元的凋亡；而注射miR-99b-5p抑制剂后损伤部位凋亡反应减轻。另一项研究，发现大鼠脊髓损伤后miR-125b表达升高并促进凋亡相关因子caspase-3的表达，而miR-125b抑制剂可抑制损伤部位的细胞凋亡［14］。与此类似，Liu等［15］研究发现脊髓损伤后miR-223的表达增高并促进神经元凋亡，而给予miR-223抑制剂可改善这一现象。这几项研究说明脊髓损伤后miRNAs的差异表达会引起神经元的进一步损伤。

部分miRNAs在脊髓损伤后的差异表达会抑制神经元的凋亡，起到促进神经功能恢复的作用。PI3K/AKT信号轴的激活是调节凋亡蛋白表达的重要途径，许多调控凋亡的分子都通过PI3K/AKT信号轴调控细胞凋亡。脊髓损伤中miRNAs也可通过PI3K/AKT通路调节神经元的凋亡反应。研究报道在脊髓损伤模型中 miR-34a，miR-92b-3p，miR-29a，miR-181d-5p等均可通过激活PI3K/AKT通路抑制脊髓损伤后的神经元凋亡，促进脊髓损伤的修复［12，16，17］。此外，中枢神经系统富集的 miR-21 及miR-124也在脊髓损伤后的抗凋亡过程中发挥重要作用［7］。研究发现在脊髓损伤动物及细胞模型中miR-21的表达明显上调，并可通过靶向调控目的基因PDCD4、PTEN等抑制凋亡反应，有利于神经功能的恢复［18］。Song 等［19］在脊髓损伤大鼠模型中发现miR-124表达升高，并通过激活Wnt/β-catenin抑制凋亡，改善脊髓损伤。除此之外，还有部分miRNAs例如miR-let7、miR-98等既可促进凋亡又可抑制凋亡［20］。由此可见，miRNAs是调控凋亡反应的关键分子。

总之，miRNAs在脊髓损伤后通过不同机制调控凋亡反应，既可以正调控也可以负调控。因此通过靶向miRNAs抑制脊髓损伤后凋亡可作为临床治疗脊髓损伤的切入点。

4 miRNAs对脊髓损伤后氧化应激的调控作用

脊髓损伤往往伴随着炎症反应，与此同时反应性氧化物（reactive oxidative species,ROS）如自由基及超氧阴离子等会明显增加并引发氧化应激反应，进一步加重脊髓损伤。研究发现miRNAs在脊髓损伤后氧化应激反应过程中发挥重要作用，本文分促进氧化应激和抑制氧化应激两个方面叙述。部分miRNAs在脊髓损伤中的差异表达促进氧化应激反应。例如Zhu等［21］建立脊髓损伤小鼠模型后发现miR-219-5p表达降低，并在损伤后第7 d降到最低，而此时的氧化应激反应最明显，给小鼠注射miR-219-5p模拟物后损伤部位的炎症及氧化应激反应明显改善。另一项研究用H2O2诱导PC12细胞建立氧化应激模型后发现miR-26a表达升高并通过PI3K/AKT和MEK/ERK通路调节PC12细胞的氧化应激反应［22］。而有些miRNAs可抑制氧化应激反应，促进脊髓损伤后的修复。如Dai等［23］在脊髓损伤小鼠模型中发现miR-137模拟物可改善氧化应激及炎症反应，双荧光素梅报告实验发现NEUROD4是miR-137的靶基因，即miR-137通过靶向NEUROD4调节氧化应激反应。另有研究报道miR-30a-5p可通过MAPK/ERK信号轴、miR-25可通过WNT/β-catenin信号轴调节氧化应激促进脊髓损伤的修复［24］。由此可见，miRNAs的改变可以成为改善氧化应激的切入点。TLR/NF-κB通路的激活会引起细胞的氧化应激反应，在脊髓损伤中多种miRNAs可通过TLR/NF-κB调节氧化应激。Zhang等［25］通过H2O2作用于C8-D1A和C8-B4细胞及双荧光素梅报告实验证明了miR-27a-3p可通过下调TLR4抑制氧化应激及炎症反应。除此之外，研究表明miR-146a和miR-940也通过TLR/NF-κB信号轴调节脊髓损伤的氧化应激反应［26］。因此可以以TLR为出发点发掘更多氧化应激相关的miRNAs。

在ceRNA网中，lncRNAs与miRNAs相互作用可调节脊髓损伤后的氧化应激。在体外研究中发现lncRNA ANRIL过表达通过靶向抑制miR-499a激活PI3K/AKT/mTOR/P70S6K信号轴加重PC12细胞的过氧化氢损伤［27］；而Lnc RNA SNHG16可通过上调miR-423-5p抑制过氧化氢诱导的PC12细胞损伤［28］。体内实验发现lncRNA MALAT1通过调节miR-199b/IKKβ/NF-κb信号通路参与脊髓损伤后小胶质细胞炎症及氧化应激反应［29］。然而，lncRNAs和miRNAs在脊髓损伤中的作用机制仍待进一步研究。

氧化应激在脊髓损伤后继发性损伤过程中发挥重要作用，抑制氧化应激可作为治疗继发性损伤的重要途径，上述研究表明miRNAs在氧化应激过程中扮演着重要角色，所以miRNAs可作为研究调节氧化应激反应的靶点，促进脊髓损伤的修复。

本综述主要从脊髓损伤的病理生理、miRNAs的产生及功能、miRNAs对脊髓损伤后凋亡及氧化应激的调节作用几个方面阐述了脊髓损伤中miRNAs的最新研究进展。总结了miRNAs在脊髓损伤后的调节作用及作为调节靶点在脊髓损伤治疗中的潜在作用，为miRNAs在脊髓损伤中的研究提供参考。本文的参考数据主要来源于动物及细胞实验，有一定的参考价值。但相对于人体的复杂系统而言还是有一定的不同，因此将这些理论运用于人体还有待进一步的研究。

生物信息学的分析表明，miRNAs的潜在靶点参与了脊髓损伤相关的多种病理生理过程，包括炎症、凋亡、氧化应激等。研究发现，脊髓损伤部位miRNAs的变化很大程度上是由受损脊髓细胞表达改变所致，同时也受到损伤部位免疫细胞的浸润和损伤后特定神经细胞死亡和迁移的影响。因此研究miRNAs在脊髓损伤中的作用机制有助于通过调节miRNAs治疗脊髓损伤。

由于中枢神经系统结构的复杂性，并且神经元属永久性细胞，再生能力差，所以脊髓损伤后的恢复及治疗仍是临床的一大难题。随着新miRNAs的不断发现和深入研究，越来越多的miRNAs被证明在脊髓损伤后异常表达，与脊髓损伤的发生、发展密切相关，一些miRNAs可能成为脊髓损伤的有效治疗靶点。然而miRNAs在脊髓损伤过程中的直接作用机制仍没有研究清楚，有待进一步探索。