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研究在脊髓损伤中微小RNA的作用

2020-05-15 203 上传者：管理员

摘要：脊髓损伤是最危重的创伤之一,由于对脊髓损伤致病机制理解有限，目前尚且缺乏明确的诊断标志物和有效的治疗方法。近来研究表明，在脊髓损伤后，非编码RNA表达谱，尤其是微小RNA发生改变，并且在神经损伤和再生中发挥重要的调节作用。本文综述了SCI致病过程中所参与的miRNA的生物发生、分类和功能，并阐述了相关作用和机制，包括炎症反应、胶质细胞修复、神经修复、血管再生等。以助于了解SCI的miRNA分子机制，并探寻SCI的miRNA诊断标志物和潜在治疗靶点。

关键词：
作用
微小RNA
神经再生
脊髓损伤
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1、微小RNA在脊髓损伤后的表达特点

miRNA是一类重要的表观遗传调控因子，大小为约22个核苷酸。在啮齿动物脊髓中已发现大约77%的已鉴定的成熟非编码miRNA[1]。它们在转录后可通过调控成基因表达，进一步调控细胞状态和分子机制。miRNA在脊髓损伤后的病理调控中起着重要作用，并且在脊髓损伤后病理改变过程中的不同阶段呈现不同的表达变化和调控作用。有证据表明，miRNA在脊髓中高度丰富，并且在脊髓损伤后失调，并可将miRNA的改变分为三类：上调、下调、早期上调，然后在脊髓损伤后第7天下调[2]。成年大鼠脊髓中总共表达3361个miRNA[3]。单侧脊髓损伤后，将受伤侧与对侧相比：在损伤后第3天，55个miRNA表达上调，24个表达下调；在损伤后第14天，36个miRNA表达上调，23个表达下调。同时观察到miR-146b-5p和miR-31a-3p表达上调以及miR-324-3p和miR-484表达下调。此外，miR-21-5p等11种miRNA表达持续增长；相反，只有miR-466c-3p在损伤后第3天和第14天表达持续减少。包括miR-18a在内的4种miRNA在第3天表达上调，但在损伤后第14天表达下调。这些研究表明，脊髓损伤后许多miRNA的表达是异常且复杂的，可能与脊髓损伤的许多阶段有关，如神经元死亡与再生、胶质增生、细胞应激反应和炎症[4]。

2、微小RNA调控脊髓损伤后炎症反应

脊髓损伤后与炎性相关的miRNA会发生改变。一项研究中，检测损伤大鼠脊髓中表达的269种miRNAs，其中97种发生了明显的改变[5]。脊髓损伤会促发炎性反应过程，首先改变血脑屏障，然后多种免疫细胞渗入、小胶质细胞活化并诱导随后的炎性通路，同时也受多种免疫介质的调控[6]。miRNA调控免疫细胞介导的炎症反应。在调节中性粒细胞和炎性应答中，miR-223有着重要作用[7]。miR-223在损伤后6h、12h、3d表达明显升高，其表达的时间与炎性反应出现的时间重叠，且miR-223阳性细胞位于损伤边缘，与中性粒细胞出现位置相同。说明miR-223的上调与中性粒细胞在脊髓损伤后渗入相关[8]。miR-142在T细胞内特异高表达，所以T细胞渗入也能解释观察到表达上调。miR-411、miR-99a、miR-125b表达下调促使炎症因子肿瘤坏死因子-α表达升高[5,9-10]。miR-181a、miR-125、let-7a表达下调，调控细胞因子白介素-6表达升高[11]。脊髓损伤后，miR-9、amiR-19、miR-199、miR-124、miR-181b表达下调，从而引起NF-κB表达升高[12-16]；相反，miR-15、miR-223、miR-146a表达上调，引起核因子-κB表达下调。此外，miR-1抑制TNFR1信号通路的表达[17]。miR-124下调可使损伤后小胶质细胞和单核细胞活化[18]。壳聚糖递送miR-124提供了一种潜在的治疗技术，可以减少炎症并防止脊髓损伤后激活的小胶质细胞/巨噬细胞分泌蛋白诱导的继发性神经元损伤。壳聚糖是一种具有低毒性的可生物降解的生物材料，在神经修复过程中发挥有益作用。在体外，将复合物颗粒转染到大鼠小胶质细胞中，导致活性氧和肿瘤坏死因子-α水平降低以及主要组织相容性复合体-Ⅱ下调。在体内，对大鼠进行颈椎C3半切术，并将颗粒注射到受损脊髓1mm的头侧和尾侧，有效地减少了局部ED-1阳性巨噬细胞的数量。此外，将颗粒注入腹膜，注射后72h，可通过巨噬细胞运输到损伤部位，显著减少受损脊髓中ED-1阳性巨噬细胞的数量。

3、微小RNA调控脊髓损伤后胶质细胞修复

星形胶质细胞是中枢神经系统中最丰富的细胞，占胶质细胞总数的50%以上[19]。脊髓损伤后，星形胶质细胞可通过增殖和肥大的方式来激活。通过调节炎症反应和增生作用，星形胶质细胞可以影响髓鞘的碎片分泌和瘢痕组织的形成[20-21]。星形胶质细胞增生、髓鞘碎片分泌和瘢痕组织形成可能是中枢神经系统损伤后创伤修复的必要条件，但也会抑制轴突的再生[22]。因此，中枢神经系统损伤的潜在治疗方法是通过调节受损部位周围星形胶质细胞的增殖和肥大程度来抑制胶质瘢痕的形成。

新的证据表明，miRNA参与了星形胶质细胞增生的主要信号通路。例如，miR-582和miR-590靶向调控核因子-kB信号通路；miR-205通过靶向调控环磷酸腺苷，从而抑制肿瘤生长；miR-146a、miR-133b和miR-124可直接调控RhoA信号通路[23]。虽然缺乏直接证据，但表明miRNA可能通过调控重要通路参与脊髓损伤的过程或恢复。miR-181的敲除可以增加促炎细胞因子的表达，包括肿瘤坏死因子-α、白介素-6、白介素-1β、白介素-8和高迁移率族蛋白B1。相反，miR-181的过表达可能导致抗炎细胞因子白介素-10的表达增加。与星形胶质细胞增生相关的另一种miRNA是miR-17-5p，它可能通过LIF-JAK/STAT3途径在损伤诱导的反应性星形胶质细胞的调节中起主要作用[24]。

miRNA-21在星形胶质细胞增多症和胶质瘢痕形成中也发挥关键作用。在野生型血清来源的星形胶质细胞中过表达miR-21，导致细胞大小显著减少，同时胶质纤维酸性蛋白水平降低。基因BMPR1a和BMPR1b对星形细胞miR-21的转录后调控具有相反的作用。因此，靶向miR-21已被认为能够治疗神经胶质增生和增强脊髓损伤后功能结果[25]。

miR-145在脊髓神经元和星形胶质细胞中高表达，可抑制星形胶质细胞过度增生。研究表明，miR-145脊髓损伤后显著下调，并刺激星形胶质细胞增生[26]。相反，通过慢病毒介导的pre-miRNA递送系统，使脊髓损伤部位的胶质纤维酸性蛋白启动子发生突变，降低了miR-145在星形胶质细胞中的表达，从而降低了受损脊髓病变边界的星形胶质细胞的密度[27]。并且，过表达miR-145降低了星形胶质细胞的大小和相关细胞进程的数量及细胞的增殖和迁移。miR-125b在脊髓损伤后显著上调，并刺激星形胶质细胞增生。在星形胶质细胞中加入白介素-6诱导后，miR-125b上调，星形胶质细胞显著增生[28]。相反，抗miR-125b处理后，白介素-6诱导后的星形胶质细胞培养物中，胶质细胞的增殖显著减弱。

4、微小RNA调控脊髓损伤后神经修复

miRNA通过抑制调节神经元的可塑性、神经元变性、轴突再生作用与髓鞘再生的过程或导致mRNA的降解[29-31]。脊髓轴突过程中许多miRNA的改变已被证明在继发性脊髓损伤或轴突再生的发病机制中起着至关重要的作用。轴突miRNA通过调节局部蛋白质组成来调节轴突生长。在培养的皮质神经元中，轴突应用硫酸软骨素抑制轴突生长并改变轴突miRNA表达谱，而应用西地那非使轴突环鸟苷酸水平的升高逆转了硫酸软骨素对轴突生长抑制和miRNA表达谱的作用。这些数据表明，轴突miRNAs可能在介导硫酸软骨素对轴突生长的抑制作用中发挥重要作用[32]。

miR-146a是一种富含胶质的miRNA，可以靶向超氧化物歧化酶SOD2，一种内源性线粒体抗氧化酶，并调节H2O2处理的PC12细胞的细胞活力[33]。另一项研究表明，miR-146a还直接靶向一些星形胶质细胞特异性mRNA，如神经胶质素1，诱导神经干细胞分化为星形胶质细胞[34]。miR-146a通过靶向神经胶质素1对前神经元分化产生相反的作用，表明miR-146a可能通过靶向星形胶质细胞调节轴突再生提供新的线索。

有证据表明，小分子核糖核酸与轴突再生的内在决定因素之间存在着密切的关系。例如，miR-133b特异性表达于哺乳动物中脑多巴胺能神经元，通过直接降低RhoA蛋白水平，已证实是成年斑马鱼脊髓再生的重要决定因素。miR-133b也被证实促进初级皮层神经元和PC12细胞的神经突生长。miR-133b通过ERK1/2和PI3K/Akt信号通路抑制RhoA，增加PCNs中轴突的生长，减弱硫酸软骨素对轴突的抑制[35]。还有一些miRNA被认为是轴突再生的重要调控因子，其中一些与中枢神经系统损伤和变性后轴突再生的关键基因相互作用。在视网膜神经节细胞中，miR-30b通过抑制轴突导向因子3A(Sema3A，视神经损伤后再生的主要抑制因子）的表达来促进轴突的生长。

miR-132是一种脑内富集的miRNA，相对于成熟轴突在轴突发育中表达丰富，通过抑制RasGTPase激活物Rasa1，促进轴突延伸。miR-132是转录因子环磷酸腺苷-反应元件结合蛋白的靶标。miR-132通过降低GTP酶活化蛋白p250GAP的水平来调节神经元的形态发生。miR-124是最丰富且保存最完整的脑特异性miRNA，通过靶向Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶1、Krüpple样因子和信号传导与活化转录因子3参与调节神经突伸长。Krüpple样因子和信号传导与活化转录因子3可被miR-185、miR-19b、let-7、miR-22、miR-203、miR-93、miR-10b、miR-337、miR-145等调控，Krüpple样因子和信号传导与活化转录因子4可直接上调miR-203表达促进细胞衰老。在未来，还需要更多的研究来充分揭示轴突再生中涉及多种遗传和表观遗传因素的复杂调控网络。

5、微小RNA调控脊髓损伤后血管修复

脊髓损伤后造成的病变包括多种因素，如水肿、血管功能障碍、兴奋性氨基酸水平升高、对组织的氧化损伤等。大鼠模型脊髓损伤后4～6h，损伤部位出现中性粒细胞，在损伤后12～24h达到高峰，并在5天内消失。脊髓中的血管损伤导致水肿、细胞凋亡和白质纤维束损伤。SCI后7天内发生内皮细胞丢失和随后的血管生成。控制炎症和促进血管生成对SCI后的治疗和恢复至关重要。作为内皮细胞中丰富且特异的miRNA的一种，miR-126可以通过直接靶向血管内皮生长因子途径中的SPRED1和PIK3R2来调节血管完整性和血管生成。脊髓损伤后miR-126表达下调，miR-126的过表达可促进血管生成，抑制白细胞向受损脊髓的外渗。miR-223是祖细胞增殖，粒细胞产生和炎症反应的负调节因子。除介导免疫细胞炎性应答，miR-223的抑制显著增加CD31阳性血管的表达，这表明antagomiR-223可促进脊髓损伤后的血管生成。此外，miR-210可通过wnt途径促进血管生成和神经保护，从而促进脊髓再生，硬膜内注射miR-210至受伤脊髓可能是一种新的治疗方法。

6、展望

脊髓损伤的病理生理改变极为复杂，在神经、免疫和循环系统中整合了多个相关靶点和信号通路，然而，SCI的分子机制尚未完全了解。此外，目前尚无有效的治疗方法可用于控制脊髓损伤后的继发性损伤对神经、免疫以及循环系统造成严重创伤。生理条件下神经系统中miRNA的组织特异性表达和功能作用决定了它们在脊髓损伤的病理生理过程中的推定作用，包括免疫/炎症反应、神经胶质瘢痕形成、神经细胞凋亡、细胞增殖和迁移、轴突再生，靶器官再神经支配。脊髓损伤后，多种miRNA在受损的神经组织中差异表达，并通过结合30个非翻译区域发挥独特的调节作用。由于miRNA是易于传递的小分子，并且一次微调多个基因的表达，因此它们具有SCI基因治疗的巨大潜力。未来的研究方向：需要对非人灵长类动物开展相关研究，以向临床过渡；实施miRNA治疗需要适当的传递系统，如何选择合适的载体以确保将miRNA成功递送至所需靶标目前尚未完全了解轴突再生的分子机制和SCI的发病机制，而且涉及miRNA和其他遗传和表观遗传因子的调控网络在很大程度上是未知的，相关研究的展开将有助于推动miRNA在治疗脊髓损伤的发展。

晏梓钧,罗怡平,何潇敏,庞庆阳,陈锴,蔡梦溪,何晨,翟骁.微小RNA在脊髓损伤中的作用研究进展[J].中国临床医生杂志,2020,48(04):404-407.