miR- 137參與阿爾茨海默病分子機制的研究進展

姜揚，徐冰，隋軼，任莉，曹曉攀，孫曉紅

(1中國醫科大學附屬第四醫院，沈陽110032；2 沈陽市第一人民醫院)

miR- 137參與阿爾茨海默病分子機制的研究進展

姜揚1,2，徐冰2，隋軼2，任莉2，曹曉攀2，孫曉紅1

(1中國醫科大學附屬第四醫院，沈陽110032；2 沈陽市第一人民醫院)

阿爾茨海默病(AD)是癡呆病中最常見的類型，其主要病理機制包括細胞外沉積β淀粉樣斑(Aβ)、神經元內過磷酸化tau蛋白引起的神經原纖維纏結(NFTs)、神經元內Ca2+穩態失調等。近年研究發現，miR- 137可能參與包括AD在內的多種神經系統疾病的發生過程。目前認為，miR- 137可能通過調控其下游分子絲氨酸棕櫚酰轉移酶和其靶基因CACNA1C、CHD12延緩Aβ沉積、調節神經元內Ca2+穩態、參與神經元衰老過程等參與AD的發生、發展，但其具體分子機制仍需進一步研究證實。

阿爾茨海默病；微小RNA；miR- 137；分子機制

據統計，2010年全球AD患者已經達到4 680萬例，而我國約有569萬例，已成為AD發病例數最多的國家；近年來，隨著我國人口老齡化進程的加劇，AD的發病率呈逐年上升趨勢[1]。AD的病理特征為皮質或皮質下神經元和突觸丟失，其主要的神經病理學標志包括細胞外沉積β淀粉樣斑(Aβ)、神經元內過磷酸化tau蛋白引起的神經原纖維纏結等[2]。微小RNA(miRNA)是一類內源性非編碼小分子RNA，可參與調節神經系統的發育和功能[3]。miR- 137作為miRNA中的一員，參與包括AD在內的多種神經系統疾病的發病過程[4]。但目前對miR- 137參與AD發生、發展的具體分子機制尚不完全清楚。本文結合文獻就近年關于miR- 137參與AD發生、發展的分子機制研究進展作一綜述。

1 miR- 137概述

miR- 137在人類基因組參考序列GRCh38版本中，miR- 137的編碼基因MIRN137位于1p22的chr1：98046070- 98046171[- ]區域[5]。miR- 137有莖環結構miR- 137和成熟miR- 137兩種形式。莖環結構miR- 137最終在細胞質內由核酸內切酶Dicer作用形成成熟miR- 137。成熟miR- 137序列為59- UUAUUGCUUAAGAAUACGCGUAG- 81。通常情況下，成熟miR- 137整合入RNA誘導的沉默復合物(RISC)，作為RISC的一部分通過不完全堿基配對識別靶mRNA，引起mRNA的失活、穩定性降低或翻譯效率下降，從而起到RNA沉默和基因表達轉錄后調節作用[6]。近年研究發現，神經元中富含miR- 137，在皮質層(如齒狀回)和海馬體分子層含量較多，但在小腦和腦干中含量相對較少[3]。成人海馬區神經干細胞增殖、分化與miR- 137表達水平直接相關，說明miR- 137與神經系統發育密切相關，故miR- 137與神經系統疾病亦可能有關。

2 miR- 137參與AD發病的分子機制

miR- 137主要通過抑制細胞外Aβ沉積、調控Ca2+穩態以及矯正tau蛋白過磷酸化來延緩AD的發病。其作用主要通過以下途徑實現：①通過轉錄后調節下調絲氨酸棕櫚酰轉移酶長鏈1(SPTLC1)表達，從而下調絲氨酸棕櫚酰轉移酶(SPT)水平。由于SPT能夠促進神經酰胺的生成，而神經酰胺不但與Aβ的內源性生成及從頭合成有關，還能引起氧化應激介導的神經元死亡，故miR- 137可通過對SPTLC1的轉錄后調節，降低Aβ內源性生成及從頭合成作用，繼而起到延緩神經元死亡的作用；②miR- 137通過調控下游靶基因α1C亞單位基因(CACNA1C)表達的電壓依賴性L型鈣通道α1C亞基(CaV1.2)，抑制CaV1.2過表達引起的Ca2+穩態失調以及CaV1.2和Ca2+引起的tau蛋白在軸突上的錯誤定位；③miR- 137調節其下游靶基因鈣黏蛋白(CDH)基因表達的鈣黏蛋白(cadherin)，在早老蛋白1(PS1)的作用下，cadherin與磷酸肌醇3- 激酶(PI3K)結合，可由PI3K/Akt/GSK- 3通路抑制tau蛋白磷酸化，從而抑制神經元死亡。

2.1 調節SPT，延緩Aβ沉積 Aβ是由淀粉樣前體蛋白(APP)經過分泌酶分解或溶酶體分解生成的蛋白質[7]。SPT是由SPTLC1、SPTLC2或SPTLC3中的兩種組合形成的異源二聚體[8]，在腦組織內通常為SPTLC1和SPTLC2兩種亞基聚合而成。有研究發現，miR- 137可通過對SPTLC1表達的調節影響SPT在細胞內的表達，二者呈負相關關系[9]。有研究在老鼠星形膠質細胞中觀察到，過表達miR- 137能通過下調SPTLC1而下調SPT表達，還能降低胞內神經酰胺以及胞外Aβ含量；而miR- 137表達下降時，SPT、胞內神經酰胺及Aβ沉積明顯升高，故miR- 137與SPT、胞內神經酰胺及Aβ沉積之間存在負相關關系。SPT水平與神經酰胺水平呈正相關關系，神經酰胺不但可促進致病性分泌酶運輸到脂筏激活非活動性BACE1，還能促進BACE1乙酰化而增加BACE1穩定性，從而促進APP經BACE1途徑生成長鏈Aβ42。除此之外，神經酰胺促進致病性分泌酶運輸到脂筏的過程還能激活γ- 分泌酶生成Aβ這一途徑[10，11]。另外，神經酰胺還可通過促進活性氧(ROS)增加、細胞色素C釋放等途徑驅動神經元死亡[12]。Aβ沉積發生后，由于Aβ的存在使中性SM酶(N- SMase)水平增加，升高的N- SMase又可引起神經酰胺產生增多，從而形成一個由神經酰胺升高促進Aβ沉積，Aβ沉積引起N- SMase升高，而升高的N- SMase反過來又促使神經酰胺水平升高的神經酰胺/Aβ循環/N- SMase循環。因此，提高miR- 137表達可通過抑制神經酰胺/Aβ/N- SMase循環來延緩AD的發生、發展。有研究證實，miR- 137能通過負反饋調節SPTL1表達控制SPT水平，且與SPT、神經酰胺以及Aβ沉積呈負相關關系，即miR- 137可能通過SPT/神經酰胺/Aβ通路來對抗AD的發生[9]。因此，miR- 137可能通過遏制miR- 137/神經酰胺/N- SMase/Aβ循環和下調miR- 137/SPT/神經酰胺/Aβ通路來減緩AD的發病過程。但SPT和神經酰胺是如何受miR- 137轉錄后調控的分子機制、SPT與神經酰胺是否作為同一通路影響Aβ形成以及SPT是否還能通過除神經酰胺以外的其他通路調節Aβ等尚不清楚，仍需要進一步研究。

2.2 調節CACNA1C，影響神經元內Ca2+穩態 CACNA1C是定位于人染色體12p13.33上編碼CaV1.2的miR- 137的下游靶基因。CaV1.2多存在于大腦神經元漿膜上，廣泛分布于神經元細胞體、樹突、軸突和軸突終端以及海馬體的膠質細胞突起中，可使鈣離子流入細胞內。CaV1.2的主要特點包括電壓敏感性、離子選擇性以及鈣通道阻斷劑(CCBs)阻斷性。因此，CaV1.2可作為CCBs的作用靶點[13]。近年研究發現，細胞內Ca2+穩態失調可能參與了Aβ的形成和沉積，故推測細胞內Ca2+穩態失調可能參與AD的發生。Anekonda等[14]研究發現，在人成神經細胞瘤細胞系中CACNA1C表達與Aβ沉積呈正相關關系。AD患者神經元中，不受控制的Ca2+增加可觸發大腦海馬體質膜CaV1.2過表達，而增多的CaV1.2可進一步加劇Ca2+流入，從而形成一個惡性循環。與此同時，Ca2+毒性或CaV1.2過表達也可導致tau蛋白錯誤定位于細胞體樹突而不在正常的軸突位上[15,16]。有研究發現，tau蛋白的清除通路與自噬體通路緊密相連，而tau C3優先通過自噬作用途徑降解[17]，通常將這種毒性稱為Aβ- CaV1.2- ptau- 自動吞噬通路。Daschil等[18,19]研究發現，CaV1.2亞基只有在Aβ斑塊形成后才顯著上調，LTCC在小鼠皮質層中的Aβ斑塊核心表達，且LTCC阻滯劑能夠誘導與Aβ相關的皮質層血管形成，而LTCC mRNA并無顯著變化。但Daschil等[20]研究發現，Aβ肽短期內增加LTCC表達，但在孵化3周的星形膠質細胞中LTCC表達減少，表明單獨的Aβ多肽或斑塊不足以引起LTCC表達。除此之外，Koran等[21]研究發現，晚發性AD中RYR3- CACNA1C在基因-基因水平上的相互作用能使胞內Ca2+水平增加，導致Aβ產生和沉積，但該研究在單核苷酸多態性水平的相互作用中沒有獲得重復，且miR- 137是否參與其中或在其中扮演什么角色尚需進一步研究。

流行病學調查發現，CCBs可預防或減緩AD的進展速度[22]；Anekonda等[23]研究發現，LTCC特異性阻滯劑(如伊拉地平)能夠通過阻斷CaV1.2延緩AD的發生。CACNA1C作為miR- 137的主要靶基因之一，在AD發病過程中具有舉足輕重的作用，但有關miR- 137調節CACNA1C的具體分子機制仍需進一步研究。

2.3 調節CDH表達cadherin，影響tau蛋白過磷酸化 Meng等[24]在GEO數據庫中通過豐富度分析等方法發現，AD和衰老共同享有某些通路，如cell/adhesion/cadherins通路，這些通路在AD和衰老過程中均具有重要作用。PS1與PI3K亞基p85結合后能促進cadherin與PI3K結合，cadherin與PI3K結合后能激活PI3K下游蛋白激酶B(Akt)中第473位色氨酸殘基和第308位蘇氨酸磷酸化，促進糖原合酶激酶3(GSK- 3)磷酸化并使其失活，從而抑制在AD中依賴GSK- 3的tau蛋白殘基過度磷酸化，達到對抗AD的作用。而cadherin缺失時，PS1通過PI3K/Akt/GSK- 3通路對tau蛋白磷酸化的抑制作用大大降低[25]。說明cadherin在對抗tau蛋白磷酸化，延緩AD的發病具有舉足輕重的作用。

2.4 調控其他靶基因 根據生物信息學預測，miR- 137還存在其他潛在與AD相關的靶基因，如SMEK、HMGN3、DR1NA、DMRT3、MBNL2、KCNMB2等，但這些靶基因在AD發病中的分子作用機制目前研究較少。

目前已發現多種與miR- 137有關的信號通路調節AD相關基因表達，這些通路有可能相互交叉，共同影響AD的發生、發展。因此，明確miR- 137與AD的關系對于了解miRNA在AD發病機制中的作用意義重大。但到目前為止，miR- 137在AD發生、發展中的作用尚未完全清楚，還有待于進一步研究。

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遼寧省“百千萬人才工程”資助項目(遼百千萬立項[2017]53號)；沈陽市科學技術計劃(F16- 206- 9- 12)。

孫曉紅(E- mail： sunxiaohong1972@hotmail.com)

10.3969/j.issn.1002- 266X.2017.36.034

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