miRNA與癲癇的研究進(jìn)展

顧益飛綜述,　林志國審校

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miRNA與癲癇的研究進(jìn)展

顧益飛綜述,林志國審校

癲癇是以大腦內(nèi)神經(jīng)元異常放電導(dǎo)致反復(fù)抽搐發(fā)生為特點(diǎn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。目前全球癲癇患者約有5000萬，在我國約為900 萬[1]。每年我國有將近45萬的新發(fā)患者，不僅給患者帶來長期的痛苦，嚴(yán)重影響其生活質(zhì)量，還給家庭和社會帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。而抗癲癇藥物只是單純的抑制抽搐發(fā)作，無法從根本上治愈癲癇。所以，對癲癇發(fā)病機(jī)制的研究，有望對癲癇的診斷及治療開啟一個全新的思路。

早在21世紀(jì)初，科學(xué)家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)癲癇患者腦內(nèi)基因表達(dá)有所改變，但具體機(jī)制不明。近年來有研究表明miRNA能夠調(diào)控基因的表達(dá)，在炎癥、膠質(zhì)細(xì)胞增生、神經(jīng)元死亡、突觸重塑等方面發(fā)揮著重要的作用。此外，miRNA作為癲癇的生物標(biāo)記物也逐漸被重視。本文就近年來miRNA與癲癇的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　miRNA與癲癇的相關(guān)性

微小RNA(miRNA)可以參與調(diào)控神經(jīng)元凋亡、膠質(zhì)增生、炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元的微結(jié)構(gòu)，這些病理過程與癲癇的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。單個miRNA可以調(diào)控多個基因，在多個信號通路中發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中超過60%的蛋白可以作為miRNA的靶點(diǎn)[2]。Tan等研究miR-128基因敲除的小鼠發(fā)現(xiàn)，miR-128調(diào)控包括ERK2信號通路在內(nèi)的上百個基因的表達(dá)[3]。最近的研究表明miR-92a可以通過α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(AMPA)受體的表達(dá)影響突觸可塑性[4]。miR-128、miR-132和miR-134改變樹突棘的形態(tài)調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性[5]。miR-34a是第一個發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞凋亡相關(guān)的miRNA。已經(jīng)證實(shí)miR-34a以P53為靶點(diǎn)促進(jìn)癲癇模型中的細(xì)胞凋亡[6]。miR-146a在癲癇模型和癲癇患者的海馬中顯著上調(diào)且白介素1β(IL-1β)以及炎癥相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB的表達(dá)增加，可能會促進(jìn)miR-146a的上調(diào)[7,8]。

2　miRNA在癲癇中的表達(dá)情況

基因表達(dá)譜一直都是研究癲癇條件下各個基因表達(dá)差異的強(qiáng)有力的工具[9]。基于基因表達(dá)譜的分析已經(jīng)證實(shí)了與癲癇相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并且研究表明大部分的信號通路都受miRNA的調(diào)節(jié)[10]。研究結(jié)果顯示約有30%～50%的miRNA在癲癇的大腦中差異性表達(dá)，而且這些表達(dá)量的變化呈現(xiàn)區(qū)域特異性。除了全基因表達(dá)譜分析之外，還有一些針對單個miRNA功能的研究，比如miRNA-9、-34a、-125a、-134、-145、-150以及-155[11～15]等，這些研究的普遍做法是用RT-PCR或Taqman檢測miRNA的含量，繼而采用促進(jìn)劑或抑制劑人為干預(yù)miRNA的含量變化監(jiān)測相關(guān)信號通路中的蛋白來解釋miRNA的作用機(jī)制。然而這樣存在著一定的局限性：實(shí)驗(yàn)中沒有對miRNA參與的RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(RISC)以及miRNA作用的靶點(diǎn)mRNA的研究。

在動物模型中已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于miRNA表達(dá)譜的研究。其中，miRNA-146a在所有的癲癇模型中表達(dá)量均升高。Aronica等研究點(diǎn)燃動物模型發(fā)現(xiàn)miR-146a僅在潛伏期和慢性期上調(diào)[16]。Omran等在匹魯卡品誘導(dǎo)的癲癇幼年大鼠模型中發(fā)現(xiàn)致炎細(xì)胞因子IL-1β與miR-146a表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)。急性期，miR-146a表達(dá)量最低，而IL- 1β最高；潛伏期，miR-146a表達(dá)量最高，而IL- 1β最低[17]。另外，Cui等人研究的miR-146a基因rs57095329單核苷酸多態(tài)性與中國人群難治性癲癇具有相關(guān)性，并且miR-146a rs57095329單核苷酸多態(tài)性的A基因型可能是難治性癲癇的保護(hù)因素[18]。

在癲癇患者中也發(fā)現(xiàn)了大量的miRNA變化。Kan等對20個顳葉癲癇患者的海馬和10個尸檢獲得的正常人類海馬組織做了對比研究。這是首次對人類癲癇患者海馬中的miRNA進(jìn)行全基因組分析。他們發(fā)現(xiàn)癲癇患者海馬中miRNA上調(diào)的數(shù)量和下調(diào)的數(shù)量大致相等[19]。然而，McKiernan等則發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇海馬硬化患者中miRNA普遍下調(diào)，并推測其原因可能與Dicer酶表達(dá)降低有關(guān)[20]。最近，Zucchini等對比是否有顆粒細(xì)胞層分散的兩組顳葉癲癇患者，發(fā)現(xiàn)miR-487a顯著上調(diào)，且可能作用于粘附分子ANTXR1促進(jìn)顆粒細(xì)胞層的分散[21]。

3　幾種重要的miRNA與癲癇的研究進(jìn)展

目前，關(guān)于miRNA與癲癇的研究多數(shù)是對miRNA的差異性表達(dá)進(jìn)行篩選。然而，這些差異性表達(dá)的miRNA是否與癲癇存在密切聯(lián)系，以及作用于什么通路仍不得而知。下面總結(jié)了幾種通過miNRA的促進(jìn)劑或抑制劑，人工調(diào)節(jié)特定miRNA在機(jī)體內(nèi)的含量所進(jìn)行miRNA與癲癇的功能性研究[22]。

3.1miR-132 miR-132是第一個在動物模型中進(jìn)行功能研究的miRNA已有文獻(xiàn)指出miR-132上調(diào)不僅可以提高神經(jīng)元興奮性突觸后電流的頻率和幅度，還能作用于p250GAP增加樹突的長度和分支[23]。Jimenez-Mateos等研究側(cè)腦室注入海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)miR-132顯著上調(diào)，然后對AGO2進(jìn)行免疫純化，證明miR-132參與構(gòu)成RISC發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。接下來，向動物模型中注入miR-132的抑制劑，結(jié)果顯示miR-132下調(diào)且神經(jīng)元缺失減少[24]。Huang等在匹魯卡品誘導(dǎo)的大鼠癲癇模型中抑制miR-132后發(fā)現(xiàn)動物模型中自發(fā)性抽搐及神經(jīng)元缺失較對照組明顯減少[25]。

3.2miR-34a miR-34a是第一個發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞凋亡相關(guān)的miRNA已經(jīng)證實(shí)miR-34a以P53為靶點(diǎn)促進(jìn)癲癇模型中的細(xì)胞凋亡[26]。Hu等研究匹魯卡品的大鼠模型發(fā)現(xiàn)miR-34a顯著上調(diào)，并且抑制miR-34a后海馬神經(jīng)元凋亡減少[27]。然而，Sano等研究海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)miR-34a只在癲癇的急性期上調(diào)，且抑制miR-34a后并未發(fā)現(xiàn)海馬神經(jīng)元凋亡結(jié)果較對照組有明顯差異[15]。這些結(jié)論的差異可能是動物模型的不同或者藥物劑量的不同導(dǎo)致。

3.3miR-184有文獻(xiàn)指出癲癇模型的預(yù)處理可以激活內(nèi)源性的保護(hù)機(jī)制使機(jī)體暫時處于損傷耐受狀態(tài)，以增強(qiáng)對癲癇的耐受[28]。McKiernan等研究小劑量的海人酸作用小鼠的癲癇預(yù)處理模型篩選出海馬CA3區(qū)上調(diào)的miRNA，結(jié)果顯示miR-184上調(diào)幅度最明顯。隨后，抑制miR-184的上調(diào)發(fā)現(xiàn)癲癇誘導(dǎo)的神經(jīng)元大量凋亡，提示miR-184可能調(diào)節(jié)神經(jīng)元凋亡的相關(guān)通路[29]。

3.4miR-128 Tan等研究海人酸的小鼠模型發(fā)現(xiàn)miR-128可以通過ERK1/2信號通路調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性和運(yùn)動活性在這項(xiàng)研究中，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)成年神經(jīng)元中miR-128下調(diào)會增加神經(jīng)元樹突棘的密度，引起劑量依賴性的運(yùn)動活動增加和致命性的癲癇發(fā)生。過表達(dá)miR-128會降低神經(jīng)元興奮性和癲癇易感性，降低運(yùn)動活性[3]。

3.5miR-134 Jimenez-Mateos等研究海人酸的小鼠癲癇模型發(fā)現(xiàn)海馬的CA3區(qū)神經(jīng)元中miR-134以及miR-134形成的RISC都上調(diào)，而miR-134目標(biāo)基因LIMK1的表達(dá)量下降。抑制miR-134后，小鼠在誘導(dǎo)癲癇持續(xù)狀態(tài)下抽搐嚴(yán)重程度和神經(jīng)元死亡較對照組明顯下降，并且癲癇持續(xù)狀態(tài)后抑制miR-134也有明顯的抗癲癇效果[30]。最近，這一抗癲癇效應(yīng)在匹魯卡品誘導(dǎo)的小鼠癲癇模型和體外培養(yǎng)的海馬神經(jīng)元中也得到了證實(shí)[31]。

4　miRNA在臨床應(yīng)用及仍需要解決的問題

近年來，以miRNA為基礎(chǔ)的研究在制藥領(lǐng)域迅速發(fā)展并且許多新藥已經(jīng)用于臨床試驗(yàn)。目前以miR-122為靶點(diǎn)的丙肝治療藥物已在臨床中取得良好的療效[32]。以miRNA為靶點(diǎn)的藥物研究在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面也備受矚目。但是，當(dāng)下仍有3大難題：(1)miRNA的抑制劑因?yàn)樽陨眢w積的原因，不能通過血腦屏障;(2)miRNA促進(jìn)劑和抑制劑作用靶點(diǎn)的不確定性;(3)需要精準(zhǔn)的靶向技術(shù)，使miRNA與特異性靶細(xì)胞結(jié)合，避免脫靶效應(yīng)。

miRNA由于組織特異性與自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有望成為癲癇診療的生物標(biāo)記物。目前，癲癇的診斷主要通過癥狀和頭皮腦電活動。由于癲癇是發(fā)作性疾病，患者在發(fā)作間期與常人無異，并且頭皮腦電監(jiān)測對設(shè)備要高，大大阻礙了癲癇的診斷。因此，檢測血液中的miRNA作為一種便捷的手段受到越來越多的關(guān)注。最近，Wang等人篩選147例癲癇患者和142例健康人血液中的miRNA發(fā)現(xiàn)miR-106a-5p對癲癇有著最重要的診斷價值(敏感性80.3%，特異性81.2%)[33]。他們又篩選了107例藥物難治性癲癇患者和111例普通癲癇患者，miR-301a-3p最具診斷價值(敏感性80.5%，特異性81.2%)[34]。但是，距離miRNA應(yīng)用于臨床的診斷仍面臨著眾多的挑戰(zhàn)：(1)樣本的地域和人種的局限性;(2)篩選出的miRNA在其他疾病也有變化，未表現(xiàn)出癲癇的特異性;(3)缺乏這些miRNA與癲癇的功能學(xué)研究。

5　展望

癲癇的形成過程十分復(fù)雜，涉及多種基因，不同轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，而miRNA在炎癥、凋亡和突觸可塑性等方面與癲癇的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。隨著對miRNA的深入研究，miRNA的作用靶點(diǎn)以及涉及的信號通路會更加明確。作用于這些靶點(diǎn)的藥物將從根本上抑制癲癇的發(fā)作，減輕癲癇引起的一系列病理生理變化。對血液中的miRNA中的進(jìn)一步研究，將使癲癇的診斷變得更加快速、經(jīng)濟(jì)和便捷。相信隨著研究的進(jìn)一步完善，miRNA必將為癲癇患者帶來曙光。

[1]洪震.癲癇流行病學(xué)研究[J].中國現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志，2014,11:919-923.

[2]Paasquinellia E.MicroRNAs and their targets:recognition,regulation and an emerging reciprocal relationship[J].Nat Rev Genet,2012,13(4):271-282.

[3]Tan CL,Plotkin JL,Veno MT,et al.MicroRNA-128 governs neuronal excitability and motor behavior in mice[J].Science,2013,342(6163):1254-1258.

[4]Letellier M,Eliramah S,Mondin M,et al.miR-92a regulates expression of synaptic GluA1-containing AMPA receptors during homeostatic scaling[J].Nat Neurosci,2014,17(8):1040-1042.

[5]Siegel G,Saba R,Schratt G.microRNAs in neurons:manifold regulatory roles at the synapse[J].Curr Opin Genet Dev,2011,21(4):491-497.

[6]Engel T,Tanaka K,Jimenez L-Mateos EM,et al.Loss of p53 results in protracted electrographic seizures and development of an aggravated epileptic phenotype following status epilepticus[J].Cell Death Dis,2010,1:79.

[7]Iyer A,Zurolo E,Prabowo A,et al.MicroRNA-146a:a key regulator of astrocyte-mediated inflammatory response[J].PloS one,2012,7(9):e44789.

[8]Taganov KD,Boldin MP,Chang KJ,et al.NF-kappaB-dependent induction of microRNA miR-146,an inhibitor targeted to signaling proteins of innate immune responses[J].Proc Natl Acad Sci USA,2006,103(33):12481-12486.

[9]Pitkanen A,Lukasiuk K.Mechanisms of epileptogenesis and potential treatment targets[J].Lancet Neurol,2011,10(2):173-186.

[10]Vezzani A,French J,Barifai T,et al.The role of inflammation in epilepsy[J].Nat Rev Neurol,2011,7(1):31-40.

[11]Hu K,Zhang C,Long L,et al.Expression profile of microRNAs in rat hippocampus following lithium-pilocarpine-induced status epilepticus[J].Neurosci Lett,2011,488(3):252-257.

[12]Pasquinelli AE.MicroRNAs and their targets:recognition,regulation and an emerging reciprocal relationship[J].Nat Rev Genet,2012,13(4):271-282.

[13]Peng J,Omran A,Ashhab MU,et al.Expression patterns of miR-124,miR-134,miR-132,and miR-21 in an immature rat model and children with mesial temporal lobe epilepsy[J].J Mol Neurosci,2013,50(2):291-297.

[14]Ashsan MU,Omran A,Kong H,et al.Expressions of tumor necrosis factor alpha and microRNA-155 in immature rat model of status epilepticus and children with mesial temporal lobe epilepsy[J].Journal of Molecular Neuroscience,2013,51(3):950-958.

[15]Sano T,Reynolds JP,Jimenez-Mateos EM,et al.MicroRNA-34a upregulation during seizure-induced neuronal death[J].Cell Death Dis,2012,3:287.

[16]Aronica E,Fluiter K,Yer A,et al.Expression pattern of miR-146a,an inflammation-associated microRNA,in experimental and human temporal lobe epilepsy[J].Eur J Neurosci,2010,31(6):1100-1107.

[17]Omran A,Elimanm D,Yin F.MicroRNAs:new insights into chronic childhood diseases[J].Biomed Res Int,2013,291：826.

[18]Cui L,Tao H,Wang Y,et al.A functional polymorphism of the microRNA-146a gene is associated with susceptibility to drug-resistant epilepsy and seizures frequency[J].Seizure,2015,27:60-65.

[19]Kan AA,Van Erp S,Derijck AA,et al.Genome-wide microRNA profiling of human temporal lobe epilepsy identifies modulators of the immune response[J].Cell Mol Life Sci,2012,69(18):3127-3145.

[20]Mckiernan RC,Jimenez-Mateos EM,Bray I,et al.Reduced mature microRNA levels in association with dicer loss in human temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis[J].PLoS One,2012,7(5):e35921.

[21]Zucchini S,Marucci G,Paradiso B,et al.Identification of miRNAs differentially expressed in human epilepsy with or without granule cell pathology[J].PLoS One,2014,9(8):e105521.

[22]Bhalala OG,Srikanth M,Kessler JA.The emerging roles of microRNAs in CNS injuries[J].Nat Rev Neurol,2013,9(6):328-339.

[23]Eebauer D,Neilson JR,Foster KA,et al.Regulation of synaptic structure and function by FMRP-associated microRNAs miR-125b and miR-132[J].Neuron,2010,65(3):373-384.

[24]Jimenez-Mateos EM,Brayi M,Sanz-Rodriguez A,et al.miRNA expression profile after status epilepticus and hippocampal neuroprotection by targeting miR-132[J].Am J Pathol,2011,179(5):2519-2532.

[25]Huang Y,Guo J,Wang Q,et al.MicroRNA-132 silencing decreases the spontaneous recurrent seizures[J].International Journal of Clinical and Experimental Medicine,2014,7(7):1639.

[26]Engel T,Sanz-Rodgriguea A,Jimenez-Mateos EM,et al.CHOP regulates the p53-MDM2 axis and is required for neuronal survival after seizures[J].Brain,2013,136(2):577-592.

[27]Hu K,Xie YY,Zhang C,et al.MicroRNA expression profile of the hippocampus in a rat model of temporal lobe epilepsy and miR-34a-targeted neuroprotection against hippocampal neurone cell apoptosis post-status epilepticus[J].BMC Neurosci,2012,13:115.

[28]Gidday JM.Cerebral preconditioning and ischaemic tolerance[J].Nat Rev Neurosci,2006,7(6):437-438.

[29]Mckiernan RC,Jimenez-Mateos EM,Sano T,et al.Expression profiling the microRNA response to epileptic preconditioning identifies miR-184 as a modulator of seizure-induced neuronal death[J].Exp Neurol,2012,237(2):346-354.

[30]Jimenez-Mateos EM,Engel T,Merino-Serrais P,et al.Silencing microRNA-134 produces neuroprotective and prolonged seizure-suppressive effects[J].Nat Med,2012,18(7):1087-1094.

[31]Jimenez-Mateos EM,Engel T,Merino-Serrais P,et al.Antagomirs targeting microRNA-134 increase hippocampal pyramidal neuron spine volume in vivo and protect against pilocarpine-induced status epilepticus[J].Brain Struct Funct,2015,220(4):2387-2399.

[32]Janssen HL,Reesink HW,Lawitz E J,et al.Treatment of HCV infection by targeting microRNA[J].N Engl J Med,2013,368(18):1685-1694.

[33]Wang J,Yu JT,Tan L,et al.Genome-wide circulating microRNA expression profiling indicates biomarkers for epilepsy[J].Sci Rep,2015,5:9522.

[34]Wang J,Tan L.Circulating microRNAs are promising novel biomarkers for drug-resistant epilepsy[J].Scientific Reports,2015，5:10201.

1003-2754(2016)08-0763-03

R742.1

2016-04-12；

2016-05-29

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.H201434)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科，黑龍江 哈爾濱 150001)

林志國，E-mail:linzhiguo@hotmail.com