miRNA調控阿爾茨海默癥致病相關基因GSK-3β表達的研究進展

沈 杰，郭錫漢，徐偉江，楊國防，汪 旭，*

(1.云南師范大學生命科學學院，生物能源持續開發與利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650500；2.上海三譽華夏基因科技有限公司，上海 201100)

阿爾茨海默癥(Alzheimerdisease，AD)是一種神經退行性疾病，其主要表現為漸進性記憶喪失、認知衰退、學習障礙、自主生活能力下降等癥狀，嚴重影響社交、職業與生活[1]。AD的發生與發展是遺傳和環境因素作用的結果，且年齡和不健康生活方式等也會增加個體患病風險。AD的主要病理特征表現為大腦中微管相關蛋白tau高度磷酸化形成神經纖維纏結(neurofibrillarytangles，NFTs)，大腦海馬區β-淀粉樣蛋白(a-myloidβ-protein，Aβ)在細胞外沉積形成老年斑(senile plaques，SP)，神經元DNA的損傷造成神經元丟失、突觸連接丟失以及突觸功能異常等。

糖原合成酶激酶3β(glycogensynthasekinase3β，GSK-3β)是一類脯氨酸定向的絲氨酸/蘇氨酸激酶，至少可以磷酸化tau的5個位點(Ser199、202、396、404和413)[2]。目前研究表明哺乳動物中至少存在GSK-3α，GSK-3β二種GSK-3蛋白。前者調控Aβ的形成和tau磷酸化；后者調控tau磷酸化的同時還涉及細胞凋亡、細胞分化、胰島素反應、胚胎發育、神經發生、神經元極化以及軸突-樹突形態調節等過程[3]。Woodgett等[1]發現GSK-3β參與精神疾病和神經退行性疾病的調節，也是多種信號級聯反應的關鍵元素。

MicroRNA(miRNA)是一類進化上非常保守的非編碼短RNA，通常與靶mRNA3′非翻譯區(3′UTR)序列結合，通過抑制翻譯過程而降低蛋白表達。一個miRNA可以調控多個基因，一個基因也可以由多個miRNA調控。研究已表明miRNAs在神經退行性疾病的發病過程中起著關鍵作用[4]。miRNAs對AD的發生和發展可能涉及tau的磷酸化、淀粉樣前體蛋白(amyloid precursorprotein， APP)、 β 位 點 APP 切 割 酶 (β-siteAPP-cleavingenzyme1，BACE1)、神經元DNA損傷以及凋亡等因素的調控。

1 GSK-3β和AD的關系

有研究發現，在AD患者腦中GSK-3β的活性增加，使tau異常過度磷酸化，高度磷酸化的tau先是自聚成二聚體，再形成四聚體，由四聚體形成原纖維，之后形成纖維，最后生成NFTs，NFTs在細胞外聚集可導致神經元毒性和認知障礙。而且已有研究表明，GSK-3β能夠結合并磷酸化γ-分泌酶的催化成分早老素1(presenilin-1，PS1)[5]。此外，GSK-3β的激活可以抑制APP的分泌性切割，增加Aβ42的產生[5]。Aβ42可以通過抑制磷脂酰肌醇-3磷酸(phosphoinositide3-kinase，PI3K)/Akt信號傳導途徑和蛋白激酶C(proteinkinaseC，PKC)途徑激活GSK-3β，GSK-3β可進一步誘導tau過度磷酸化[6]。Aβ42也可以通過誘導內質網應激，釋放Ca2+參與GSK-3β活化和tau磷酸化的過程[7]。通常認為，過度磷酸化的tau和寡聚體Aβ42是導致AD早期階段神經元功能障礙和認知障礙的主要原因，但在致病過程中的相互作用機制尚不清楚。

2 調控GSK-3β的miRNAs研究

2.1 體外研究

2.1.1 miR-124家族和miR-9 Kang等[8]發現在N2a/APP695swe細胞中miR-124-3p的表達顯著降低；轉染miR-124-3p的類似物(mimics)后可以減少細胞的凋亡和降低tau異常過度磷酸化，不改變tau的表達量，但提高Caveolin-1、PI3K、磷酸化的Akt、GSK-3β的表達，表明miR-124-3p通過調節Caveolin-1-PI3K/Akt/GSK-3β途徑抑制tau的過度磷酸化。

miR-9和miR-124是哺乳動物神經系統中最豐富的兩種miRNA，參與調控神經突觸的發育，miR-9負調節神經干細胞(neuralstemcell，NSCs)的增殖并促進神經元分化，miR-124在維持神經元特征中發揮作用[9]。Xue等[10]發現miR-9和miR-124共同靶向并抑制Rap2a的表達，而降低Akt和GSK-3β的磷酸化水平，使兩種蛋白失活，GSK-3β的失活促進NSCs的分化和樹突的形成。提示miR-9和miR-124可能在AD中發揮神經協同保護作用，為AD治療提供新的思路和可能靶點。

2.1.2 miR-1303 Li等[11]在人神經細胞研究中發現miR-1303靶向GSK-3β和SFRP1的3'UTR，增加MYC和CyclinD1的表達，降低p21和p27的表達，表明miR-1303通過靶向GSK-3β和SFRP1促進神經母細胞瘤增殖，并且可能是神經母細胞瘤治療的靶標。

2.1.3 miR-21 Gao等[12]在神經干/前體細胞中研究發現miR-21通過調節Akt和GSK-3β途徑促進神經分化并抑制細胞增殖。Kang等[13]在神經細胞中研究發現miR-21靶向程序性細胞死亡蛋白4(programmedcelldeathprotein4，PDCD4)，且在用Aβ42建立的AD細胞模型中，miR-21水平顯著升高，此外，miR-21的mimics可以抑制Aβ42誘導的細胞凋亡，且增加PI3K、Akt和GSK-3β活性。表明miR-21在體外可能依賴于PDCD4/PI3K/Akt/GSK-3β信號通路在AD中發揮保護作用。

2.1.4 miR-135b家族 Zhang等[14]發現miR-135b靶向GSK-3β促進神經細胞增殖，抑制凋亡和神經炎癥而發揮神經保護作用。Duan等[15]研究發現miR-135b-5p靶向GSK-3β的3'UTR。此外，miR-135b-5p過表達還促進核因子E2相關因子2(Nrf2)/抗氧化反應元件(ARE)信號傳導的激活。表明miR-135b-5p通過下調GSK-3β來促進Nrf2/ARE信號通路介導保護神經元。

2.1.5 miRNA-135a 已有研究報道，miR-135a為凋亡相關miRNA，參與神經元損傷的調節[14]。Liu等[16]用氧-葡萄糖剝奪和復氧(oxygen-glucosedeprivationandreoxygenation，OGD/R)處理大鼠皮質神經元，發現miR-135a靶向GSK-3β，且通過抑制GSK-3β來上調Nrf2/ARE信號傳導途徑，從而預防神經元的損傷。表明miR-135a通過下調GSK-3β促進Nrf2/ARE信號通路介導保護神經元。

2.2 動物模型研究

2.2.1 miR-132/212 Wang等[17]在小鼠模型中研究發現miR-132/212下調會導致tau磷酸化水平升高和聚集程度增加。Smith等[18]證實miR-132/212直接靶向tau的mRNA，但以GSK-3β和PP2B為體內異常tau磷酸化的效應物時，發現miR-132/212缺失會加重患病小鼠的tau過度磷酸化，其原理目前尚不清楚。

研究表明，miR-132是AD患者死亡后大腦中下調最顯著的miRNA[19]。miR-132通過直接調節tau的修飾物EP300、GSK-3β、Calpain2/3/7介導保護原代小鼠和人類野生型神經元抵抗神經毒性[20]。上述研究表明miR-132可能是調節神經元健康的重要因子。

2.2.2 miR-26a Jiang等[21]發現miR-26a在體外(神經元細胞系)和體內(成年小鼠)均靶向感覺神經元中的GSK-3β，抑制miR-26a的表達均損害軸突的再生。此外，用GSK-3β抑制劑處理成人感覺神經元發現Smad1蛋白水平顯著降低，表明miR-26a參與GSK-3β調節Smad1的表達以及Smad1介導的調節哺乳動物軸突再生的過程，miR-26a可能是哺乳動物軸突再生的生理調節劑。

2.2.3 miR-126 Kim等[22]在AD模型小鼠的miR-126過表達神經元中發現miR-126過表達下調GF/PI3K/Akt和ERK信號轉導途徑中Akt、GSK-3β和ERK的磷酸化水平。此外，miR-126水平升高增加神經元易受Aβ42介導的毒性的影響，神經保護因子不能消除miR-126的毒性作用。表明在AD中miR-126可能與神經毒性之間有重要的聯系。

2.3 人體研究

2.3.1 miR-138 miR-138在人腦中含量豐富，Wang等[23]發現miR-138可以誘導GSK-3β的激活，并增加tau磷酸化水平。此外，在腦、腦脊液、AD患者血液和轉基因模型研究中還發現視黃酸受體α(retinoicacidreceptoralpha，RARA)是miR-138的直接靶標，RARA的類似物可以抑制GSK-3β活性，且減少由miR-138誘導的tau磷酸化。表明miR-138可能通過靶向RARA/GSK-3β途徑誘導tau蛋白過度磷酸化。

2.3.2 miR-302 Li等[24]的研究表明miR-302通過沉默GSK-3β和PTEN激活Akt信號途徑，刺激Nrf2/HO-1和Nanog表達的升高，Nrf2/HO-1表達升高抑制Aβ誘導的神經毒性，Nanog表達升高抑制Aβ誘導的p-Ser307-IRS-1表達，而使p-Ser9-GSK3β形成。體內研究顯示，在AD患者血細胞中，Nanog和編碼miR-302的LARP7mRNA水平均顯著降低，表明miR-302可能通過沉默GSK-3β來抑制Aβ誘導的神經毒性。

3 總結和展望

AD的發病機制十分復雜，但涉及Aβ沉積和tau過磷酸化的機制仍然是AD研究的核心。盡管投入大量人力和物力用于開發預防和治療AD的藥物，但目前仍無有效的治療方法，在個人、醫學和社會經濟水平上造成越來越大的負擔[25]。GSK-3β對于tau過磷酸化修飾和Aβ沉積的形成起關鍵作用，臨床研究支持GSK-3β抑制劑可用于治療AD，其抑制劑的開發已經進行許久。miRNA的靶向性抑制正好是一個抑制表達的方式。正如本綜述所討論的，miRNA可能通過調節GSK-3β，在AD發病機制中發揮重要作用，但使用miRNA作為抑制GSK-3β的方法是否是治療AD的有效方法，則還需要進一步的探索。