MicroRNA在視網膜神經節細胞的保護作用

容 蓉 蘭東怡 邵 毅

(南昌大學第一附屬醫院眼科，江西 南昌 330006)

視網膜神經節細胞(RGCs)是視神經主要的組成部分，RGCs的丟失可能會造成視網膜退行性病變，包括糖尿病性視網膜病變、青光眼等〔1〕。作為一種特殊的感覺神經元，RGCs在中樞神經系統中扮演著重要的角色，能通過調節和傳遞視覺信息到大腦皮質，形成完整的視覺通路。RGCs受到嚴重損傷將導致視力下降甚至致盲。多種有害因素，像組織缺氧、興奮性中毒、氧化應激及RGC凋亡等均可導致RGCs的損傷。

微小RNAs(miRNAs)是一股20～24核酸片段長的單鏈RNA，調節約30%的編碼基因，可以直接與信使RNA 3′-未翻譯區(UTR)作用，使其分解或抑制其翻譯過程。一種miRNA(miR)可以作用于多種信使RNAs。miR是真核生物中基因表達重要的調節因子，并且參與了多種生物功能活動，包括細胞分化、細胞增殖、細胞凋亡、個體發育及機體的新陳代謝等〔2〕。miR被觀察到參與多種疾病的發病過程，比如腫瘤的發生〔3〕和肥胖〔4〕。miR同時可在許多疾病的診斷中作為一種非侵入性的生物學標記物〔5〕。Lee等〔6〕在研究線蟲時發現了第一個miR，直到今天超過2 000種miR在機體內陸續被報道。Lagos-Quintana〔7〕在成年大鼠眼中首次分離鑒別出7種不同類型的miR，此后有關miR研究陸續被報道。

1 不同類型miR對視神經節細胞的作用

在動物和人體視覺系統中，miR均被闡明參與了視網膜發育發展的各個方面，包括視網膜的發生、視網膜的內穩態或者視網膜的損傷。已有研究發現miR-183/96/182群集和miR132/212在視網膜突觸的發育中起著關鍵作用〔8,9〕。miR-124在視網膜視錐細胞的成熟過程中發揮了重要的作用〔10〕。同時miR-218也被發現能通過抑制Robo/Slit通路維持視網膜內正常的血管功能〔11〕。在對RGCs研究中，最近闡明miR-132參與了腦源性神經營養因子(BDNF)介導的視網膜神經突觸的分支及成熟過程〔12〕。而且眾多實驗結果表明miR與多種視網膜退行性病變的發生發展都有著緊密的聯系〔13〕。然而目前關于miR在調節視網膜細胞凋亡或退行性病變中所起作用的具體機制仍然不清楚。

1.1miR-21和青光眼RGCs損害 青光眼是一種神經變性疾病，伴隨著RGCs及神經纖維的進行性缺損，造成視野的不可逆性喪失，最終致盲，是世界三大致盲性眼病之一，影響了全世界范圍內約6千萬人口〔14〕。至今其發病機制仍不明確，大量的國內外研究表明青光眼是一種多因素致病性疾病，因此基于青光眼分子基因水平的研究是目前眼科的研究熱點。miR和房水循環的動態平衡、小梁網的變化及RGCs的凋亡都有著緊密的聯系。青光眼患者通常的最終病理結果是造成視網膜視神經的不可逆損害，而RGCs凋亡是導致青光眼中視神經損害的主要因素，而又有多種影響因素參與了RGCs凋亡過程。在青光眼疾病中，RGCs通過細胞凋亡途徑最終會死亡，可能引發細胞凋亡的機制有很多，像氧化應激、神經膠質細胞活化、神經營養因子剝奪、缺血、興奮性毒性等〔15〕。miR存在于視網膜中，并且在有嚴重青光眼性損害的眼視網膜中表達〔16〕。因此對于RGC凋亡機制的綜合理解在青光眼的治療中顯得尤其重要。間充質干細胞(MSCs)在人體內發揮著多種重要的生物功能，包括組織修復和再生、免疫調節、抗炎等生物活性。目前研究表明MSCs在很多神經疾病的治療中有著良好的應用前景。在急性青光眼小鼠模型中，MSCs能同時抑制caspase-8介導的RGC凋亡及激活小膠質細胞。小膠質細胞是神經損害的感受器，在防御神經損害、促進組織修復和神經再生方面發揮重要作用。部分功能也是通過斯鈣素(STC)-1發揮作用。miR-21a-5p(miR-21)及其作用靶點程序性細胞死亡因子(PDCD)4在STC-1的產生和MSCs在體內外保護神經的特性等方面是必不可少的。而且miR-21的過度表達或者PDCD4基因的敲除能增大MSCs在急性青光眼中介導的神經保護效用。通過調節miR-21/PDCD4軸可能成為臨床上治療急性青光眼及其他神經系統疾病的新思路。miR在視網膜發育和RGC層分化形成的過程中有著重要的作用〔17〕。Jayaram等〔18〕利用高滲鹽水對大鼠進行單側眼前房注射引起急性高眼壓，連續觀察眼壓5 w，全部處死大鼠后，觀察其球后視神經損傷程度，從神經高度受損的全視網膜及正常對照組中提取miR，和對照組相比，青光眼性大鼠視網膜中8種miR都出現了下調(miR-181c,miR-497,miR-204,let-7a,miR-29b,miR-16,miR-106b和miR-25)，miR-27a則出現了明顯的表達上調。對實驗性青光眼模型的進一步研究可能為未來使用miR旨在調節視網膜微環境為靶向治療技術的新興神經保護方法的提出提供機遇。在眼壓升高時對miR的早期動態變化及基因表達情況，視乳頭及視網膜的相應改變等方面進行深入的研究，有助于更好地理解早期RGCs損傷的發生及發展機制。

1.2miR-96與RGCs活性 caspases是含半胱氨酸的天門冬氨酸蛋白水解酶，它能選擇性地切割靶蛋白的天門冬氨基酸殘基而引起細胞凋亡，具有潛在的破壞力。研究者發現miR-96的表達上調可以降低RGCs的活性，而這一過程主要通過caspases的活化來實現。當 caspase-2基因不表達的時候，miR-96在調節RGCs凋亡過程中的作用將會消失，表明了miR能影響RGCs的存活和凋亡很可能是通過和caspases的相互作用實現的〔19〕。

1.3miR-100與RGC-5細胞生長 miR-100屬于miR-99家系，是調控多種細胞凋亡的重要調節因子。在視網膜中，發現miR-100和糖尿病視網膜病變有著緊密的聯系，同時Kong等〔20〕利用過氧化氫(H2O2)引起大鼠RGC-5細胞發生氧化應激而凋亡，實驗中通過上調或下調miR-100的表達觀察RGC-5細胞損傷的情況，結果認為下調miR-100的表達可能是保護RGC-5細胞免受氧化應激導致的細胞凋亡及促進RGCs生長或神經發育的有效方法。

1.4miR-30b與RGCs軸突生長 軸突導向因子(Sema)3A是視神經損傷后再生的一種主要抑制因子。有研究發現miR-30b與Sema3A的3′ UTR結合，抑制了Sema3A信使RNA的表達，Sema3A表達水平的下降可以促進RGCs軸突的生長，同時能抑制RGCs的凋亡，因此miR-30b介導的Sema3A表達下調可能成為臨床上研究治療視神經損傷的一種新機制〔21〕。

1.5miR-134與RGC-5細胞保護 研究用H2O2處理過的大鼠RGC-5細胞中miR-134調節RGC凋亡活動的機制時發現，miR-134的抑制表達有效拮抗了H2O2引起的RGC凋亡，從而保護RGCs的存活。而且miR-134的過表達則會加劇RGCs的凋亡。這一調節過程的機制可能與miR-134能通過與環AMP反應性結合蛋白(CREB)上的3′-UTR的相互作用從而抑制CREB的表達，而CREB是保護神經元的一個重要轉錄因子和促存活蛋白〔22〕。

1.6miR-187與RGC-5凋亡 轉化生長因子(TGF)-β超家族信號傳導在調節細胞生長、分化及許多生物系統發展過程中起著重要的作用。現有研究表明TGF-β信號通路在調節RGCs的活動中至關重要。如TGF-β在哺乳類動物眼發育過程中能抑制細胞程序性死亡而保護視網膜神經元。并且TGF-β信號是維持RGCs分化和存活的必要條件，在慢性高眼壓青光眼大鼠模型中能對抗RGCs的細胞凋亡起到保護作用〔23〕。可以磷酸化的細胞質信號分子Smad2和Smad3是TGF-β信號通路的重要激活因子〔24〕。活化的Smads能夠調節多種生物學效應，對于細胞的生存至關重要。Smads的抑制因子Smad7能夠對抗Smad2/Smad3的活化，消除其促細胞存活作用〔25〕。miR-187通過細胞內信號轉導抑制Smad7在眼中的表達，從而調控RGC-5的凋亡及增殖活動在保護RGC抑制細胞凋亡等功能中發揮著重要的作用〔26〕。

2 總結與展望

miR是目前醫學領域的研究熱點，并被廣泛應用于疾病的診斷和治療，到目前為止已在眼球組織中發現了數百種miRs。miR和許多眼部疾病的發展有關聯，像視網膜膠質瘤、自身免疫性葡萄膜炎、葡萄膜視網膜炎、家族性圓錐角膜。然而miR在青光眼領域的研究目前還處于初級階段。miR在青光眼中的特殊表達及其作用的基因及miR怎么調節和青光眼相關的生物學行為等將成為未來的研究焦點。在不遠的將來，miR將可能成為一種新興的非侵入性的生物學標志，在青光眼的早期診斷、疾病進展及預后評估過程中發揮重要作用，同時在對青光眼患者提出新的治療措施及減緩青光眼疾病進展方面提供一個新的思路。