微小RNA在阿爾茨海默病Aβ沉積中的研究進展

任夢洋綜述， 楊曉娟審校

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)以認知功能下降為主要特征，是癡呆最常見的原因。目前全世界患病人數為4400萬人，預計到2050年這一數字將增加兩倍以上[1]。2017年我國AD患者已達700多萬，給國家和家庭帶來沉重的經濟負擔[2]。

Aβ斑塊是由β和γ分泌酶依次裂解淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)而形成的。其中，β分泌酶(beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1,BACE1)能切割APP，是Aβ生成的限速酶[3]。正常情況下，APP的降解由α分泌酶介導。但經病理途徑裂解過程中產生的Aβ在AD中發揮重要作用，這也是AD的病理學特征之一。Aβ往往會錯誤折疊，并變得有粘性而聚集成較大的不溶性纖維，以老年斑的形式沉積在大腦中。這個過程削弱了突觸的溝通和可塑性，使大腦無法正確處理信息，導致認知障礙。

miRNA是一種18-25個核苷酸組成的非編碼RNA，與核糖核酸誘導沉默復合物(RNA induced silencing complex,RISC)識別結合，通過其種子區堿基互補配對結合到mRNA的3’非翻譯區(untranslated area,UTR)末端，在轉錄后負調節基因表達，誘導基因降解或抑制翻譯[4]。miRNA主要通過直接或間接影響限速酶BACE1、γ分泌酶或APP的產生從而影響Aβ的生成，因而可能成為診治AD的新靶點。

1 miRNA與BACE1

BACE1發現于1999年，是Aβ 形成的限速酶，其活性降低20%～30%足以預防AD發生[5]，因此成為許多AD藥物臨床研究的靶點。除了影響Aβ 沉積外，BACE1還能直接影響突觸可塑性和突觸穩態，以及通過調節AMP/PKA/CREB通路、MAPK通路參與AD的發病及認知障礙[6]。研究表明，抑制BACE1可改善認知缺陷[7]。

1.1 直接影響BACE1的miRNA 多項研究表明，miRNA能夠直接調節BACE1的活性。miR-9在AD患者及動物模型中升降變化矛盾[3]。有研究表明miR-9在早發性AD中上調，而在晚發性AD中下調至低于正常水平[8]，其以BACE1為靶點。此外，miR-9還能與吞噬作用必需蛋白(TREM2)結合，下調TREM2的表達進而影響Aβ產生。另外，研究發現AD患者miR-29a/b-1顯著下降，miR-29的缺失與BACE1表達增加有關，而在細胞模型中瞬時轉染miR-29a/b-1可使BACE1的50%活性受到抑制，因此可以用miR-29來降低AD患者BACE1的表達水平[9]。

同樣，miR-485-5p在AD患者表達下調，過表達miR-485-5p通過與BACE1的第六外顯子區域結合，從而導致了BACE1蛋白濃度降低[10]。以BACE1的3’UTR為靶點的miR-186在AD患者中表達下調，過表達miR-186降低了AD細胞模型中分泌的Aβ水平，并參與緩解AD發病機制中的氧化應激效應[7]。Liu等[6]研究發現miR-135a在AD小鼠中下調，其能顯著抑制BACE1的表達和活性。AD小鼠模型中miR-124表達下調，BACE1的表達是其的潛在功能靶點，miR-124抑制BACE1的表達[11]。

1.2 間接影響BACE1的miRNA miRNA還能夠間接影響BACE1的活性。p38、JNK和ERK1被認為是MAPK信號通路的3個關鍵組成部分，活化的MAPK信號通路可促進BACE1的轉錄從而使AD發生。miR-330在AD小鼠中下調，過表達miR-330通過靶向抑制p38、JNK和ERK1阻斷MAPK通路可減少BACE1的產生，從而改善AD[12,13]。

以上研究均表明miRNA(miR-9、miR-29、miR-485-5p、miR-186、miR-135a、miR-124、miR-330)與BACE1形成有關，可用作診斷AD的生物標志物，同時具有顯著的治療潛力。通過miR-29、miR-485-5p、miR-186、miR-135a、miR-124及miR-330制劑或模擬物負調節BACE1基因的表達，進而減輕Aβ沉積達到治療AD患者的目的。

2 miRNA與γ分泌酶

大腦中Aβ主要有Aβ42和Aβ40兩種，其中Aβ42更容易聚集。在BACE1分解過APP后，γ分泌酶的切割決定了Aβ的長度。γ分泌酶調節劑選擇性地減少Aβ42的產生，已成為AD藥物的一種[14,15]。越來越多的研究證實，miRNA也能參與到調節γ分泌酶的過程中。miR-34a影響γ分泌酶的表達。為研究miR-34a的作用，Jian等[16]在APP/PS1轉基因小鼠中將其敲除，發現小鼠的認知狀況明顯改善。進一步研究發現miR-34a通過促進γ分泌酶的生成影響AD病程。因此可通過沉默miR-34a抑制γ分泌酶的表達，從而減少Aβ累積改善AD病程。

3 miRNA與APP

APP在神經元中高度表達，可溶性APP在突觸處結合γ-氨基丁酸受體亞單位1α調節突觸傳遞[17]。此外，AD病程中的炎癥因子、膽固醇轉運會影響APP的表達。APP還與樹突棘的維持、神經傳遞、突觸可塑性、興奮/抑制平衡的維持有關[5]。

3.1 直接影響APP生成的miRNA 研究表明，miRNA能夠直接參與調節APP的活性。Kumar等[18,19]通過分析AD患者與健康對照者的miRNA表達圖譜，發現miR-455-3p表達上調。為研究miR-455-3p的功能，該團隊用miR-455-3p模擬物轉染細胞，發現APP的基因水平降低，miR-455-3p抑制劑轉染的細胞中APP表達上調。這表明miR-455-3p具有調節APP表達的潛力，或許APP是miR-455-3p的有效靶標[19]，這一作用可能是通過抑制miR-455-3p來降低Aβ的毒性。AD小鼠的miR-200b下調[6]，miR-200b能抑制APP表達。Lin等[20]通過生物信息學發現APP是miR-101a-3p的靶點，為進一步驗證，在APP/PS1轉基因小鼠模型中過表達miR-101a-3p，發現抑制APP的表達被抑制[21]。過表達與沉默miR-153實驗均表明miR-153下調APP的表達，低miR-153水平可能導致AD患者的APP表達增加[22]。

3.2 間接影響APP生成的miRNA 多種miRNA還可能間接調節APP的活性。在miR-34a轉錄起始位點上游存在STAT1、p53應答元件，AD病理過程中的炎癥反應使這兩種轉錄因子過度激活，SIRT1、p53和miR-34a共同組成一個正反饋回路，導致miR-34a的持續上調。且miR-34a可抑制SIRT1，SIRT1可防止神經元產生Aβ，最終可能導致βAPP增加。此外，miR-34a對SIRT1和α分泌酶ADAM10的抑制可導致p53轉錄活性的增加，從而導致Aβ產量增多[23]。Alexandrov等[24]研究發現miRNA-34a介導的TREM2表達下調，導致大腦中神經毒性的Aβ42肽積累聚集。以上實驗均提示抗miR-34a治療可潛在逆轉Aβ42聚集。生物信息分析表明過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptors γ,PPARγ)是miR-128的潛在靶點，Liu等[25]為研究miR-128是否通過靶向PPARγ參與AD的發病機制，發現AD小鼠miR-128表達上調，miR-128的敲除通過上調PPARγ抑制了AD小鼠APP生成，表明miR-128通過靶向PPARγ促進AD小鼠的APP的沉積。

TSPAN12(tetraspanin12)的過表達促進ADAM10依賴的βAPP水解為非淀粉樣蛋白，TSPAN12的缺失可能將βAPP分解代謝分流至淀粉樣蛋白生成途徑，導致促炎性Aβ42肽生成增加[26]。miR-146a表達水平存在矛盾，可能是受不同實驗模型的限制或在AD進展過程中動態變化，因而需要進行更多的實驗。miR-146a與靶基因TSPAN12結合，使TSPAN12表達下調，從而抑制了APP水解而使神經毒性Aβ42沉積[27]；此外，也可靶向作用于TREM2，使其表達下調，可能會損害吞噬細胞的反應，使其感知、識別、清除腦細胞中有害細胞碎片的能力下降，導致大腦中神經毒性的Aβ42肽積累。

綜上，miR-455-3p、miR-200b、miRNA-101a-3p、miR-153可作為APP的抑制劑，從而減少APP的沉積。而沉默miR-34a、miR-128、miR-146a可減少APP的沉積。

4 其他間接導致Aβ沉積的miRNA

仍有些miRNA通過影響限速酶以及APP生成外的其他途徑使Aβ沉積，如胰島素抵抗、炎癥通路等。Higaki等[28]研究發現miR-200b/c在AD小鼠中表達增多，其通過抑制核糖體蛋白S6激酶B1(Ribosomal protein S6 kinase1,RPS6K1)緩解胰島素抵抗，進而減少Aβ分泌及Aβ誘導的認知障礙。miR-34c在轉基因AD模型和患者中上調，Hu等[29]為近一步研究miR-34c在Aβ調節和突觸活動中的作用，采用Aβ誘導的海馬神經元模型，發現抑制miR-34c使突觸融合蛋白(vesicle-associated membrane protein 2,VAMP2)表達上調，從而使神經遞質釋放增多、記憶改善，證明了Aβ/miR-34c/VAMP2通路的存在。針對miR-34c阻斷的策略不僅能逆轉Aβ引起的VAMP2丟失和突觸失效，而且可以逆轉Aβ引起的學習和記憶障礙。miR-98在AD小鼠體內表達水平下調，miRNA-98靶向抑制YRPW基序蛋白2(HEY2)從而抑制Notch信號通路減少Aβ的產生[30]。miR-98-5p下調增加了α7煙酰型膽堿受體α7nAChR的表達，并通過抑制NF-κB途徑和上調Nrf2靶基因來改善神經炎癥[31]。在AD小鼠的海馬中miR-181表達上調，過表達miR-181使SIRT1下調促進Aβ沉積[32]。因此，miR-200b/c、miRNA-98可作為Aβ的抑制劑；沉默miR-34c、miR-181、miR-98-5p可抑制Aβ沉積。

5 總結與展望

雖然很多抗BACE1的臨床藥物實驗均以失敗告終，但其在Aβ沉積中的重要作用不容忽視。復雜的組合機制導致AD病程中Aβ沉積，而miRNA的多靶點作用可能為治療AD提供新思路。通過“吸收”病理上過度表達的miRNA或增加低表達的miRNA，這可能恢復對miRNA調節的基因表達的穩態控制。深入了解調節Aβ沉積的miRNA，這可能為AD的診斷和治療帶來新的希望。