microRNA與認(rèn)知功能障礙相關(guān)的研究進(jìn)展

韓楠 孫瑩杰

1大連醫(yī)科大學(xué)（遼寧大連116044）；2中國(guó)人民解放軍北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院（沈陽(yáng) 110000）

認(rèn)知是人腦的一項(xiàng)高級(jí)機(jī)能，其常常可因不同的疾病和年齡等因素而出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知障礙。年齡作為認(rèn)知功能障礙的一個(gè)獨(dú)立因素，面對(duì)人口老齡化嚴(yán)重的現(xiàn)狀，認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病困擾著社會(huì)和眾多的家庭，增加了家庭的負(fù)擔(dān)，也增加了醫(yī)療保健的成本。解決這一問(wèn)題將是醫(yī)學(xué)上的重大突破。然而，截止目前，關(guān)于認(rèn)知功能障礙發(fā)生的機(jī)制眾說(shuō)紛紜，尚無(wú)定論。本課題組主要圍繞術(shù)后認(rèn)知功能障礙進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)手術(shù)創(chuàng)傷等刺激通過(guò)激活α7nAChR，進(jìn)而使下游Akt-GSK3β通路、CREB通路、JAK2/STAT3通路等的激活或是抑制，導(dǎo)致了術(shù)后認(rèn)知功能障礙的發(fā)生［1-2］。microRNAs（miRNAs）是現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的一類非常有價(jià)值的非編碼RNA，在大腦中廣泛存在，其對(duì)于基因的表達(dá)具有重要的調(diào)控作用。隨著研究的深入，miRNAs在認(rèn)知、記憶等方面發(fā)揮的作用也在逐步被挖掘。有研究發(fā)現(xiàn)［3］，miRNAs與α7nAChR之間也存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，可能這將是術(shù)后認(rèn)知功能障礙研究的新的方向。因此，本文將根據(jù)目前最新的研究成果對(duì)miRNAs與認(rèn)知功能障礙的關(guān)系做一綜述，意在為后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)，也希望能為預(yù)防認(rèn)知功能障礙的發(fā)生提供幫助。

1miRNAs的概述

1.1 miRNAs的生物合成特點(diǎn)miRNAs，也稱微小基因，是近年新發(fā)現(xiàn)的一類非編碼小分子RNA，miRNA通常由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄為原始miRNA（pri-miRNA）。pri-miRNA經(jīng)過(guò)RNA內(nèi)切酶Drosha的剪切，形成長(zhǎng)約70個(gè)核苷酸的不對(duì)稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，即前體miRNA（pre-miRNA）［4-5］。premiRNA又通過(guò)Ran-GTP依賴性核漿轉(zhuǎn)運(yùn)子Exportin5（Exp5）從核內(nèi)轉(zhuǎn)到胞質(zhì)，通過(guò)Dicer酶將細(xì)胞質(zhì)中的premiRNA切成長(zhǎng)度約為21～23個(gè)核苷酸的成熟鏈。成熟miRNA通過(guò)與RNA沉默誘導(dǎo)復(fù)合物（RISC）結(jié)合后，再同靶基因mRNA的3′非翻譯區(qū)（3′UTR）堿基互補(bǔ)結(jié)合從而發(fā)揮沉默基因表達(dá)的作用［6］。

miRNAs廣泛存在于不同的有機(jī)體內(nèi)，迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的miRNAs已有千余種，機(jī)體90%以上的基因表達(dá)可被miRNAs調(diào)控，這也就意味著miRNAs在多種生命進(jìn)程中扮演著重要的角色。有研究報(bào)道，人腦中miRNAs的含量和種類同其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物相比是最為豐富的，尤其是在和認(rèn)知相關(guān)的前額皮質(zhì)中最為顯著［7］。

1.2 miRNAs的作用機(jī)制目前公認(rèn)的是，miRNAs通過(guò)與靶mRNA的3'UTR區(qū)域之間的互補(bǔ)來(lái)發(fā)揮其重要作用，其具體機(jī)制為miRNAs介導(dǎo)mRNA降解并抑制靶基因的翻譯。在miRNAs和靶mRNA之間完全或幾乎完全互補(bǔ)的情況下，靶mRNA通過(guò)與miRNAs相關(guān)的沉默復(fù)合物（RISC）結(jié)合而降解，這種miRNAs介導(dǎo)的基因沉默機(jī)制通常存在于植物中。哺乳動(dòng)物中的大多數(shù)miRNAs可能不與靶mRNAs完全配對(duì)［8］。因此，靶基因受到轉(zhuǎn)錄抑制的調(diào)節(jié)，常是多個(gè)miRNA結(jié)合對(duì)同一靶基因發(fā)揮協(xié)同作用的結(jié)果。miRNA通過(guò)兩種機(jī)制降低相應(yīng)靶基因中蛋白質(zhì)的表達(dá)，但對(duì)mRNAs沒(méi)有影響。除了對(duì)mRNA翻譯的靶向調(diào)節(jié)之外，miRNAs還為其自身表達(dá)提供反饋調(diào)節(jié)。研究證明［9］miRNAs由細(xì)胞分泌并通過(guò)血液循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)到受體細(xì)胞中，以減少相應(yīng)靶基因的翻譯，從而調(diào)節(jié)受體細(xì)胞的功能。

2 miRNAs與突觸可塑性

突觸是存在于神經(jīng)元之間相互接觸的一個(gè)特殊部位，也是在功能上彼此之間發(fā)生著重要聯(lián)系的關(guān)鍵部分。突觸可塑性的改變對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、成熟和學(xué)習(xí)記憶等方面起到至關(guān)重要的作用。

SUTTON等［10］的研究已證實(shí)長(zhǎng)時(shí)程記憶（LTM）的形成取決于突觸部位有新的蛋白質(zhì)表達(dá)合成。此外，還有研究證明與miRNAs生物合成相關(guān)的蛋白質(zhì)，如Dicer酶，RISC復(fù)合蛋白和脆性X智力遲鈍蛋白（FMRP）在突觸棘和突觸后膜（PSD）中大量表達(dá)［11］。RISC復(fù)合蛋白，在果蠅中主要存在于突觸中，并對(duì)長(zhǎng)期記憶起到負(fù)性調(diào)節(jié)劑的作用，而這一作用可能與其相關(guān)的miRNA介導(dǎo)的鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶 II（CaMK II）的下調(diào)有關(guān)［12］。CaMKII是一種常見(jiàn)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，具有多種生物學(xué)功能。CaMKII主要存在于PSD，并通過(guò)突觸的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）參與學(xué)習(xí)和記憶功能的形成。敲除RISC復(fù)合蛋白可使CaMKII的局部表達(dá)增加并使長(zhǎng)時(shí)程記憶功能也增加。應(yīng)用CaMKII抑制劑KN-62也發(fā)現(xiàn)樹(shù)突棘的減少，這表明樹(shù)突棘的生長(zhǎng)需要CaMKII［13］。從上述研究中可以看出，miRNAs可以通過(guò)調(diào)節(jié)CaMKII的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)突觸可塑性，進(jìn)一步對(duì)學(xué)習(xí)和記憶功能發(fā)揮作用。

cAMP應(yīng)答元件結(jié)合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）在突觸可塑性調(diào)節(jié)中所起到的重要作用已逐漸為人們所認(rèn)同。近年來(lái)有研究［14］發(fā)現(xiàn)miR-132的啟動(dòng)子區(qū)域含有CREB的結(jié)合位點(diǎn)，突觸活動(dòng)可通過(guò)CREB激活miR-132的轉(zhuǎn)錄。而CREB也主要是通過(guò)調(diào)節(jié)miR-132的轉(zhuǎn)錄來(lái)發(fā)揮其功能。另外RAJASETHUPATHY等［15］研究發(fā)現(xiàn)在海生生物Aplysia的感覺(jué)神經(jīng)元中有大量miR-124表達(dá)。過(guò)表達(dá)miR-124可以阻斷由5-羥色胺產(chǎn)生的長(zhǎng)時(shí)程易化（long-term facilitation，LTF）；相反抑制miR-124則可以誘導(dǎo)LTF。其機(jī)制可能是miR-124抑制了CREB1的表達(dá)。另有研究［16］發(fā)現(xiàn)富集于神經(jīng)元的miRNA是miR-134，它通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白激酶（lim-domain containing protein kinase 1，Limk1）對(duì)樹(shù)突棘的生長(zhǎng)和發(fā)育起負(fù)性調(diào)節(jié)作用，并能夠降低海馬中CREB和BDNF的表達(dá)，影響突觸可塑性和記憶的形成。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)miR-134受沉默調(diào)節(jié)蛋白 1（Sirtuin 1，SIRT1）的調(diào)控［17］。從上述研究中可見(jiàn)miRNAs和CREB之間存在著十分密切的的關(guān)系，對(duì)于調(diào)節(jié)突觸可塑性方面可能發(fā)揮著重要作用。

雖然目前的研究尚未明確某一特定的miRNAs在突觸可塑性形成及突觸行使正常功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但考慮到miRNAs是復(fù)雜基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，因此miRNAs在突觸形成和突觸可塑性發(fā)生過(guò)程中必將起到關(guān)鍵作用，并且可以肯定的是，miRNAs參與了突觸活動(dòng)的調(diào)節(jié)。

3 miRNAs與認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病

miRNAs不僅能夠影響突觸可塑性相關(guān)蛋白的表達(dá)，對(duì)于調(diào)節(jié)疾病相關(guān)蛋白的表達(dá)同樣起到重要的作用。蛋白表達(dá)的改變可引起毒性蛋白聚集，導(dǎo)致神經(jīng)功能紊亂而引起認(rèn)知功能改變，如阿爾茨海默病（AD）和帕金森病（PD）。miRNAs參與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展目前公認(rèn)的是主要通過(guò)以下3種方式：（1）通過(guò)調(diào)節(jié)mRNA編碼表達(dá)引起毒性蛋白聚集；（2）通過(guò)改變影響退行性疾病蛋白質(zhì)表達(dá)的上游蛋白；（3）改變與神經(jīng)細(xì)胞存活有關(guān)的蛋白表達(dá)［18］。

AD是一種多見(jiàn)于老年人的神經(jīng)退行性疾病，以進(jìn)行性認(rèn)知功能障礙和記憶損害為特征，主要病理特征為：（1）突觸和神經(jīng)元的丟失；（2）tau蛋白過(guò)度磷酸化所致的細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)纖維纏結(jié)；（3）以β淀粉樣蛋白（Aβ）為主要成分的細(xì)胞外老年斑沉積。WU等［19］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)控miR-200c的表達(dá)可以減少Aβ的磷酸化和聚集從而改善AD患者的發(fā)展進(jìn)程。MIN等［20］認(rèn)為，AD患者腦部沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）減少，而這種酶減少與微管相關(guān)蛋白p-tau聚積密切相關(guān)。LEE等［21］對(duì)鼠齡7個(gè)月，且有五大家族性AD（5XFAD）的轉(zhuǎn)基因大鼠研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)病毒介導(dǎo)miR-188-5p的表達(dá)，其認(rèn)知功能和突觸傳遞得到明顯改善。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-188-5p在AD患者和5XFAD小鼠腦組織中表達(dá)下調(diào)，考慮miR-188-5p表達(dá)失調(diào)是誘導(dǎo)突觸功能障礙和認(rèn)知相關(guān)疾病的病理生理基礎(chǔ)。大量研究結(jié)果表明，miRNAs對(duì)于調(diào)控AD等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展可能起到關(guān)鍵作用。

嚴(yán)重的抑郁癥也會(huì)在不同程度上影響記憶和認(rèn)知功能。KONOPKA等［22］研究發(fā)現(xiàn)編碼蛋白的mRNA的3′UTR區(qū)的單核苷酸多態(tài)性與抑郁癥也有一定的相關(guān)性，如5-羥色胺受體mRNA的3′UTR區(qū)存在單核苷酸多態(tài)性，則導(dǎo)致miR-96與其結(jié)合親和力有所下降，使得受體的表達(dá)量增加，從而出現(xiàn)攻擊行為。此類研究表明miRNAs對(duì)于抑郁癥的的發(fā)生發(fā)展也存在影響。

4miRNAs與術(shù)后認(rèn)知功能障礙（POCD）

POCD是指手術(shù)后發(fā)生的情緒、記憶、運(yùn)動(dòng)功能或者行為學(xué)方面的改變，有時(shí)需要通過(guò)神經(jīng)心理學(xué)量表評(píng)估才能發(fā)現(xiàn)，屬于認(rèn)知功能障礙疾病中的一種。臨床上可以表現(xiàn)為記憶喪失、精神運(yùn)動(dòng)型阻滯、癡呆、譫妄、精細(xì)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)困難和高級(jí)認(rèn)知功能受損［23-24］。

POCD發(fā)生的危險(xiǎn)因素主要有以下幾個(gè)方面：（1）患者因素，包括年齡大、系統(tǒng)合并癥多、術(shù)前已確認(rèn)存在認(rèn)知功能方面問(wèn)題等；（2）手術(shù)因素，如手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、手術(shù)類型大、手術(shù)合并的并發(fā)癥較多、多次手術(shù)史等；（3）麻醉因素，如麻醉劑效應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、內(nèi)環(huán)境紊亂、存在各種原因所致的器官缺血等。老齡是POCD發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，但POCD具體的發(fā)病機(jī)制至今尚不完全清楚。目前認(rèn)為，POCD的發(fā)病機(jī)制主要有以下幾種學(xué)說(shuō)［25］：（1）炎癥學(xué)說(shuō)；（2）β-淀粉樣蛋白（Aβ）形成學(xué)說(shuō)；（3）膽堿能神經(jīng)學(xué)說(shuō)；（4）神經(jīng)遞質(zhì)、受體失衡學(xué)說(shuō)；（5）自由基損傷學(xué)說(shuō)；（6）血腦屏障損傷學(xué)說(shuō)。

迄今，關(guān)于miRNAs與術(shù)后認(rèn)知的研究有很多，也取得了很多重大的發(fā)現(xiàn)。YU等［26］對(duì)老齡大鼠進(jìn)行脾切除術(shù)后成功建立了一種POCD模型。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，與術(shù)前相比，術(shù)后外周血血清中miR-572表達(dá)水平明顯降低。此外，無(wú)認(rèn)知功能障礙大鼠的miR-572表達(dá)無(wú)明顯變化，結(jié)果與臨床檢測(cè)一致，說(shuō)明miR-572可能參與調(diào)控POCD大鼠的認(rèn)知功能改變。WU等［27］通過(guò)收集110例擬行腹腔鏡結(jié)腸癌根治術(shù)患者的術(shù)前1 d和術(shù)后7 d血清，術(shù)后7 d POCD發(fā)生率為26.4%，對(duì)比血清樣本，發(fā)現(xiàn)POCD患者血清中TNF-α，CRP、miRNA-155均高于非POCD者，并提示：血清中miRNA-155的表達(dá)可能是結(jié)腸癌根治術(shù)患者術(shù)后POCD的獨(dú)立影響因子。張永一等［28］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，行腹部手術(shù)后的C57BL/6小鼠發(fā)生POCD后；實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)海馬組織發(fā)現(xiàn)miR-134表達(dá)量高于對(duì)照組，p-CREB/CREB表達(dá)較對(duì)照組降低，可見(jiàn)手術(shù)創(chuàng)傷使海馬中miR-134表達(dá)增加，且CREB活性受到抑制，導(dǎo)致突觸可塑性下降，從而引發(fā)術(shù)后認(rèn)知功能障礙。WEI等［29］對(duì)術(shù)后認(rèn)知功能障礙的老齡大鼠相關(guān)RNA網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs和miRNAs的表達(dá)存在差異，提示lncRNA和miRNA參與了POCD的發(fā)病和進(jìn)程。結(jié)合上述諸多研究結(jié)果，miRNAs與術(shù)后認(rèn)知功能障礙的關(guān)系正在逐步地被發(fā)現(xiàn)。

5 miRNAs與膽堿能抗炎通路的關(guān)系

Nature雜志于21世紀(jì)初首次提到以迷走神經(jīng)及其主要遞質(zhì)乙酞膽堿（Ach）構(gòu)成的神經(jīng)-免疫調(diào)節(jié)通路，即膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-infammatory pathway CAP）［30］。α7nAChR是介導(dǎo)CAP所必需的受體，在調(diào)控炎性因子產(chǎn)生的過(guò)程中起著關(guān)鍵性的作用。TERRANDO等［31］研究發(fā)現(xiàn)，激活巨噬細(xì)胞的α7 nAChR可通過(guò)抑制NF-κB活性阻止單核細(xì)胞向海馬遷移從而減少POCD的發(fā)生。大量證據(jù)證實(shí)：α7-nAChRs與CAP在細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是研究POCD致病機(jī)制及干預(yù)措施的關(guān)鍵。

在Cell Research最近的一篇文章中，SUN等［32］研究發(fā)現(xiàn)尼古丁可通過(guò)激活α7nAChR誘導(dǎo)microRNA-124（miR-124）上調(diào)進(jìn)而抑制STAT3酪氨酸磷酸化和蛋白質(zhì)的表達(dá)。研究顯示miR-124 agomir可以抑制STAT3蛋白水平以及減少LPS誘導(dǎo)的IL6和TNF的產(chǎn)生。而炎癥是POCD的主要促發(fā)因素。結(jié)合大量相關(guān)文獻(xiàn)，我們更加有理由相信miRNAs與POCD之間存在著緊密的聯(lián)系。

6 小結(jié)與展望

miRNAs在突觸的合成，學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知方面等方面的作用可見(jiàn)一斑。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，相信會(huì)有更多的miRNAs被證明參與調(diào)節(jié)認(rèn)知功能，而其與POCD發(fā)生機(jī)制的相關(guān)性也將更加明確。如此，對(duì)于認(rèn)知功能障礙相關(guān)疾病的診療將會(huì)大有裨益。但是，從生化的角度來(lái)說(shuō)，因組織含量少，特異性要求高等特點(diǎn)使得miRNAs的檢測(cè)并不十分容易。目前，對(duì)于miRNAs檢測(cè)的方法主要是Northern blot、PCR和芯片檢測(cè)［33］。如果在基因檢測(cè)方面沒(méi)有障礙，為miRNAs的發(fā)現(xiàn)保駕護(hù)航，則miRNAs必將大有希望成為認(rèn)知功能方面研究的新熱點(diǎn)和醫(yī)學(xué)診斷治療中的重要靶點(diǎn)。