外泌体microRNA在抑郁症中的研究进展及应用前景

陈华琴 王谨敏

重度抑郁症（Major depressive disorder，MDD）主要表现为情绪低落、易怒、快感缺乏、注意力不集中、食欲和睡眠异常[1]，严重影响患者的生活质量。目前超过3 亿人患有MDD，在所有精神障碍疾病中，MDD的患病率在普通人群中最高（全球2%～20%），预计到2030 将成为全球疾病负担的第二位[2]。

外泌体是细胞外直径为40～100nm 的微泡，含有蛋白质、脂类、mRNA 和microRNA （miRNA）[3]。外泌体的主要功能包括细胞间信号的传递、细胞间物质的运输和细胞废物的排泄[4]，是近年来生物医学领域研究的热点。由于外泌体可以从两个方向穿过血脑屏障，血液中循环的外泌体有望在不使用脑活检和脑脊液分析的情况下揭示脑疾病的病理生理学[5]，这说明外泌体是一种很有前景的生物标志物，且外泌体miRNA 在维持脑功能和脑疾病的发病机制中发挥着重要作用，本研究就外泌体miRNA在抑郁症中的研究进展及应用前景做一综述。

1 外泌体miRNA 及其生物学特点

外泌体内存在多种分子，如膜脂、胞质、核蛋白、细胞外蛋白和核酸，其中最重要的生物活性物质是核酸，特别是非编码RNA 如miRNA[6]。miRNA是一种通过调节分子表达的非编码RNA，能够诱导沉默复合体形成，通过隔离、降解mRNA 来抑制靶向蛋白表达[7]。外泌体富含miRNA 且能自由地穿梭血脑屏障，因此，外泌体来源的miRNA 在细胞之间的通讯中发挥了重大作用。异常表达的细胞将miRNA 选择性地包装在外泌体中，通过外泌体miRNA 传递表观遗传信息，运输至受体细胞影响其转录进而影响靶细胞[8]，故而外泌体可以对靶细胞发挥相对不同的生物功能。

2 外泌体miRNA在抑郁症中的作用

随着近年来对外泌体miRNA 的研究越来越深入，诸多学者发现外泌体miRNA在抑郁症的发生发展中起到重要作用，其机制主要涉及调控神经炎症、转导神经营养因子信号，介导突触可塑性、影响5-羟色胺能系统等。

2.1 外泌体miRNA 调控神经炎症神经炎症会引起个体情绪和行为的变化，MDD 患者以及动物模型也表现为促炎细胞因子过度积累和炎症信号激活[9，10]，抗抑郁药可抑制外周血中炎症介质水平升高[11]，这些证据都说明炎症与抑郁之间存在双向关系。此外，外泌体及其相关的 miRNA 也参与了在各种炎症条件下的免疫反应的调节，应激诱导的全身炎症会导致富含促炎miRNA 的外泌体生成[12，13]。

中枢神经系统中Toll 样受体（TLRs）的识别、激活和促炎介质的诱导可能是炎症和MDD 之间的重要联系。研究表明，TLR 表达和TLR 信号调节因子与MDD 有关且又受到miRNA 的部分调控，一些TLR 反应的miRNA 间接调节与MDD 病理生理学有关的通路[14]。如miR-207 直接靶向与富含亮氨酸重复序列的TLR4，阻止星形胶质细胞中的核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号传导，减轻应激小鼠的抑郁症状[12]。从人脑组织培养的原代小胶质细胞可以表达编码TLRs1-10的mRNA[14]，动物实验证明，miR-301b 过表达激活NF-κB 信号通路增强海马小胶质细胞活化，同时促进肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β 和环氧合酶-2 的释放，从而加重抑郁样行为小鼠的认知障碍和炎症[15]。在抑郁小鼠海马中发现miR-124 表达降低，提高miR-124 表达可以降低小胶质细胞活化和一氧化氮合成酶、促炎因子的含量，阻止了抑郁行为的发生[16]，说明miR-124 可以通过调控小胶质细胞，抑制炎症反应来改善抑郁行为。

Gu 等[17]发现miR-21 的水平与减轻的炎症反应有关，并且通过外泌体传递上调脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor，BDNF）/酪氨酸激酶受体B（TrkB）/cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）的信号而减少miR-206 的表达，通过增加miR-21 的水平，引起信号转导和转录激活子的磷酸化下调，可以抑制NF-κB 的激活，从而减少大脑中的神经炎症反应。

综上，外泌体可以穿过血脑屏障，进入脑实质，并被星形胶质细胞和小胶质细胞摄取，外泌体miRNAs 下调或上调TLR 途径蛋白或是影响信号传导，从而导致抗炎或促炎结果，起到调控神经炎症的作用而参与MDD 的发生发展过程中。

2.2 外泌体miRNA 介导突触可塑性突触的可塑性在建立和维持神经元之间的正确连接方面起着重要作用，同时也是学习和记忆中的一个关键过程[18]。突触可塑性的破坏可能会引发精神障碍，而BDNF 可以介导突触可塑性，在实现神经突功能[19]和轴突生长[20]中起关键作用。BDNF-TrkB 信号通路、Wnt 信号通路也被认为是抑郁障碍发生的重要通路[21]，中枢神经系统中的miRNA 约占人体总miRNA 的70%，这些miRNA 在调节神经发生和神经可塑性方面发挥重要作用[22]。

BDNF 相关的突触功能障碍与抑郁症的进展密切相关。据报道，慢性压力会导致BDNF 和突触相关蛋白的异常表达[23]，BDNF/TrkB 通路的下调可能导致记忆风险增加，抗抑郁药治疗可以逆转BDNF/TrkB 通路功能障碍[24]。各种研究观察到抑郁症患者miRNA 的变化，这些miRNA 不仅针对与记忆功能、突触可塑性有关的重要途径，还针对BDNF 的形成[25]。在抑郁症患者和应激动物中，血清miR-132 水平较高，miR-132 可能通过调节BDNF 来介导抑郁的发生[26，27]。抑郁大鼠海马中，miR-382-5p 表达上调，核受体3C1（Nuclear receptor 3C1，NR3C1）表达下调。miR-382-5p 靶向NR3C1，NR3C1 下游BDNF 和p-TrkB 也与大鼠海马中的miR-382-5p 呈正相关[28]。miR-134 介导结构可塑性失调，抑郁模型大鼠腹内侧额前皮质（VmPFC）内miR-134 的表达显著增加，这一效应与突触相关蛋白LIM 结构域激酶-1 和Cofilin 的表达和磷酸化水平下降相关，因此阻断miR-134 功能可以显著改善神经元结构异常、生化变化和抑郁样行为[29]。

Wnt 信号通路调控神经元突触形成以及重塑在抑郁中也发挥关键作用[30]，抑郁症患者外周血中miR-128 和miR-221 升高，上调的miR-221 靶向Wnt2，通过Wnt2/CREB/ BDNF 信号通路促进抑郁症的发展[31]。在慢性不可预测的轻度应激大鼠和慢性社会失败应激小鼠模型中，包括突触损伤和异常的Wnt 信号在内都是SERPINF1 诱导的抑郁样行为丧失的基础[32]。抑制miR-186-5P 的表达可以恢复应激小鼠海马区SERPINF1 的表达，并改善小鼠的抑郁样行为[33]。

2.3 外泌体miRNA 与5-羟色胺能系统相互影响5-羟色胺能系统可调节其他神经元系统的兴奋性，在情绪行为、神经内分泌生物周期节律等多种生理过程的调节中发挥作用。外泌体miRNA 与5-羟色胺能系统相互影响，5-羟色胺能系统被 miRNA靶向，5-羟色胺（5-Hydroxytryptophan，5-HT）刺激小胶质细胞分泌外泌体[34]，因此MDD 患者体内低水平的5-HT 可能影响外泌体小胶质细胞的释放，并与其病理机制有关。

产生效应的5-HT 如果未被降解，在5-HT 转运体（Serotonin transporter，SERT）的作用下被再摄取进入5-HT 能神经元细胞再利用。研究人员发现，氟西汀增加了miR-16 的水平，从而导致SERT水平下降，突触处的5-HT 信号增加。动物实验也证明，脑脊液miR-16 可直接改变大鼠中缝核miR-16 水平及5-HT 的表达，从而介导抑郁的发生，说明miR-16 是SERT 表达的中枢调节因子，是当今选择性5-HT 再摄取抑制剂（SSRIs）的药理靶点[35，36]。

miR-30e 介导5-HTR1A 受体棕榈酰化的下调参与抑郁症的发病机制[37]，miR-26a-2 通过靶向5-HT 神经元中的HTR1A 而发挥抗抑郁的作用[38]。hsa-miR-3177-5p 和hsa-miR-3178 对5-HTR1A基因和受体的表达有明显抑制作用，从而介导了精神疾病的发生[39]。

总之，外泌体miRNA 与5-羟色胺能系统相互影响，影响SERT 水平、5-HTR1A 受体信号，调节5-HT 的表达而介导抑郁的发生。

3 外泌体miRNA 作为生物标志物的应用前景

外泌体miRNA 已被视为包括脑部疾病在内的疾病早期检测的一个有前途的生物标志物，由于外泌体可以很容易地从尿液、唾液和血液等生物液中分离出来。在体外，这些外泌体稳定，可以长期储存进行分析，表面标记追踪可以找到外泌体的起源，且外泌体内容物被保护在膜内，因此在体内不容易被生物液或酶降解[40]。外泌体miRNA 的这些特性使其成为早期诊断或治疗抑郁症等中枢神经系统疾病的首选靶点，在MDD 机制研究和临床治疗中也具有广阔的应用前景。

3.1 外泌体miRNAs 可作为诊断抑郁症患者的生物标志物精神疾病的诊断依赖于行为和临床症状，这些症状是在疾病发展数年后出现的。因此，建立允许早期检测的生物标志物对这些疾病的管理是最重要的。外泌体miRNA 通过多种途径参与MDD 的发病过程，因此，外泌体miRNA 是很有潜力的早期预警以及诊断的生物标志物。抑郁症患者血浆miR-144-5p、miR-135a 和miR-1202 水平显著低于健康对照组，且这些miRNA 与抑郁症状有关[41，42]，血清中最高差异表达的miR-139-5p、在区分MDD 患者和对照组方面有较好的表现[43]，血浆miR-134 水平敏感性和特异性分别为79%和84%[44]，提示这些miRNA 是与抑郁症病理过程相关的潜在外周生物标志物。

在抑郁伴慢性疼痛模型中，5 个特异的miRNA在短期应激4 周后同时下调。其中miR-200A-3p水平在长时间应激下持续升高，miR-200a-3p 可能是慢性疼痛和抑郁中枢敏化的特异性生物标志物[45]。在晚发性卒中后抑郁患者中，miR-140-5p水平显著升高，miR-140-5p 预测晚发性卒中后抑郁的敏感性为83.3%，特异性为72.6%。因此，循环miR-140-5p 可能成为卒中后抑郁早期预警的一种新的生物标志物[46]。

miRNA 还可能是鉴别MDD 和双相情感障碍的诊断标志物。情感障碍包括单相障碍（抑郁发作）和双相障碍（抑郁和躁狂）。研究表明，MDD 患者外周全血中有5 个miRNA 发生改变，与双相情感障碍患者外周血中发生改变的5 个miRNA 完全不重合[47]。

3.2 外泌体miRNA 可作为药物疗效及预后评估生物标志物miRNA 不仅在MDD 诊断中可以作为生物标志物，未来还可能作为MDD 预后评估的生物标志物或是药物疗效的预测因子。据报道，MDD患者外周血中检测到miRNA 中，有40 个miRNA在治疗后发生了改变，其中23 个miRNA 显著增加，17 个miRNA 显著减少。信号通路分析表明，有29 条途径对应于miRNA 的上调，20 条途径对应于miRNA 的下调[48，49]。

另外，miRNA 可作为中药及中药复方治疗抑郁症的作用靶点，在抑郁症的机制研究和临床治疗中具有广阔的应用前景。中药通过恢复机体在应激、神经发生、神经可塑性等方面的调节能力，从而改善抑郁症状。例如人参皂苷Rg1 调节miR-134，通过miR-134-CREB-BDNF 信号转导级联改善抑郁样行为[50]。百合地黄汤通过介导γ-氨基丁酸能突触、昼夜节律、神经营养信号通路等改变抑郁症中的一系列miRNA，从而消除抑制性/兴奋性神经递质缺失，恢复促炎/抗炎细胞因子水平，调节下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激素分泌，达到全身生理功能平衡[51]。

综上所述，通过监测miRNA，未来可用于调整药物治疗，改善患者的诊断方法及预后评估方法。miRNA 不仅可以作为早期预警、诊断MDD 的生物标志物，也可能是预测药物反应、进行预后评估的有前途的生物标志物。

4 结语

大量证据表明，外泌体miRNA 从调控神经炎症、影响5-羟色胺能神经系统、介导突触可塑性等各个方面参与MDD 的发生发展过程，并且在诊断MDD 以及监测临床疗效表现出巨大的潜能。近年来外泌体miRNA 的相关研究逐渐兴起，但是在MDD 的临床研究方面还处于初级阶段，仍有许多问题有待发掘。进一步研究外泌体miRNA 与MDD 的关系，明确miRNA 与MDD 发病机制之间的关系，可以为MDD 早期诊断、基因检测、预后评估奠定基础。