表觀遺傳與miRNA在抑郁癥中的作用

陳冠宏 于茗子 方雨涵 程雪峰 李奇 李晨

濱州醫(yī)學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院，濱州 256699

抑郁癥是以快感缺失、持續(xù)心情低落為特征，伴睡眠、飲食、認知與記憶障礙的精神心理疾病，已成為全球疾病負擔(dān)的重要疾病，造成了極大的醫(yī)療、經(jīng)濟與社會負擔(dān)［1-2］。表觀遺傳是指在基因序列不改變的條件下使基因表達水平發(fā)生變化，包括DNA 甲基化、組蛋白修飾、微RNA（microRNA，miRNA）調(diào)控等，主要通過對基因轉(zhuǎn)錄或翻譯過程的調(diào)控，影響其功能和特性［3］。抑郁癥發(fā)病復(fù)雜，近年來，發(fā)現(xiàn)miRNA 和表觀遺傳在抑郁癥中發(fā)揮重要作用［4］。故本研究對表觀遺傳以及miRNA 在抑郁癥中的作用進行闡述。

表觀遺傳與抑郁癥

表觀遺傳是在不影響DNA 序列的情況下改變基因組的修飾，即表觀遺傳修飾，這種改變不僅可以影響個體的發(fā)育，而且可以遺傳。表觀遺傳修飾包括DNA 甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、基因組印記和RNA 相關(guān)沉默等。DNA 甲基化是指在胞嘧啶的第5 位添加甲基，形成5-甲基胞嘧啶，這一反應(yīng)由DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶家族的成員催化。組蛋白是一種蛋白質(zhì)，它將DNA 包裝并排列成為核小體，組蛋白經(jīng)歷了許多不同的翻譯后修飾，改變了它們與DNA 和核蛋白的相互作用，其中最常見的修飾為乙?；山M蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶催化，其他修飾包括甲基化、磷酸化、泛素化等。miRNA 是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類長約22 nt，具有調(diào)控功能的內(nèi)源性非編碼RNA，其通過轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平調(diào)節(jié)基因的表達。miRNA 能與靶基因3′端非編碼區(qū)域的miRNA反應(yīng)原件結(jié)合，使靶基因降解或抑制其翻譯，進而影響靶基因的水平。

1.DNA甲基化

DNA 甲基化的改變，即同一位點的高甲基化和低甲基化，經(jīng)常出現(xiàn)在抑郁癥患者，常見的甲基化水平增加的基因有 SLC6A4、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、NR3C1、單胺氧化酶A（MAOA）等。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，部分基因的甲基化水平與性別有關(guān)，如NR3C1甲基化水平增加僅見于母親在妊娠期間抑郁評分較低的女孩，而在男孩中未找到這種證據(jù)；SLC6A4 基因在女性的外周血細胞和死后腦組織中，5個相鄰的CpG位點的甲基化水平顯著高于男性［5］。因此，在采用此類診斷標(biāo)志時應(yīng)注意性別間的差異。將DNA 甲基化水平當(dāng)作預(yù)測患者對藥物反應(yīng)的指標(biāo)，例如BDNF 啟動子的低甲基化與抗抑郁藥的反應(yīng)率有關(guān)，可預(yù)測對多種抗抑郁藥的反應(yīng)情況。

2.組蛋白修飾

組蛋白乙酰化是對組蛋白研究最廣泛的修飾，常見的乙?；揎椨蠬4K12ac（表示H4組蛋白的第12位賴氨酸發(fā)生乙?；?、H3K12ac等［6］，且相關(guān)酶或通路的抑制劑治療效果有效［6］?，F(xiàn)有研究證明，組蛋白乙酰化修飾在抑郁癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用［7］，但是，具體通路以及不同的乙?；揎椷€有待進一步試驗探索。組蛋白修飾能夠通過不同方式導(dǎo)致抑郁的發(fā)生，包括神經(jīng)元的破壞、下丘腦-垂體-腎上腺軸等內(nèi)分泌系統(tǒng)的紊亂以及細胞炎性因子的變化，關(guān)于機制的探索大多集中于大腦皮層及海馬區(qū)的神經(jīng)元變化。通過慢性不可預(yù)知性刺激建立抑郁大鼠的模型后，試驗測得其前腦皮層和海馬H3、H4 乙?；揎椝骄档停?］；組蛋白的巴豆酰化水平降低使得炎性因子水平升高，并通過BDNF 通路使神經(jīng)元的功能降低、海馬區(qū)體積減小［8］。

3.miRNA調(diào)控

近年來，關(guān)于miRNA 在表觀遺傳修飾中作用的報道不斷出現(xiàn)［9］。miRNA 可以通過靶向抑制表觀遺傳關(guān)鍵酶來影響表觀遺傳；而表觀遺傳（如DNA 甲基化和組蛋白修飾）也影響miRNA 的基因的表達。miRNA 參與了抑郁癥的發(fā)病，miRNA 可以參與調(diào)節(jié)突觸傳遞以及神經(jīng)元細胞的活動等，影響神經(jīng)細胞的可塑性和生理功能。在選取2018—2020 年期間97 例產(chǎn)后抑郁患者分組進行治療時發(fā)現(xiàn)，治療后患者的miRNA 水平明顯降低［10］。在此基礎(chǔ)上進行藥理實驗，發(fā)現(xiàn)舍曲林等藥物可以降低miR-4498、miR-4743、miR-874 表達水平［11］。除此之外，現(xiàn)階段關(guān)于miR-132 的研究較多，與抑郁的相關(guān)性比較確定［12-13］。miRNA 除直接參與神經(jīng)元細胞的凋落外，還可以影響內(nèi)分泌軸以及5-羥色胺系統(tǒng)。

miRNA在表觀遺傳方面在抑郁癥中的作用

1.診斷標(biāo)志

目前，我國抑郁癥診斷主要依靠癥狀學(xué)，近年來，越來越多的研究顯示，miRNA與抑郁癥關(guān)系密切，其可能在未來成為抑郁癥診斷、治療監(jiān)測及療效預(yù)測的生物標(biāo)志物［14］。

關(guān)于診斷標(biāo)志的選取，主要是采用基因芯片篩查或候選RNA 驗證兩種方法，通常以腦組織、腦脊液、外泌體或外周血等作為標(biāo)本檢測其表達水平，來揭示miRNA 與抑郁癥的關(guān)系，其中外周血為最常用的檢測標(biāo)本。作為疾病的診斷標(biāo)志，外周血miRNA 應(yīng)具有以下特點：在健康人與患者之間及抑郁癥與其他疾病患者之間有顯著的表達差異；在動物模型中得到驗證；在外周與腦組織中的表達具有一致性［15］。

到目前為止，研究結(jié)果很少在研究之間得到重復(fù)［15］。只有少數(shù)miRNA 在多項研究中被報道發(fā)生了改變，其中miR-132、miR-451a 和miR-34a-5p 是最一致的，此外，還有l(wèi)et7b、 miR-182、 miR-124、 miR-345、 miR-146b-5p、miR-146a、miR-494、miR-376a、miR-107、miR-33a 和miR-221-3p 等也有較為一致的研究結(jié)果［16］。這些研究大多集中于外周血改變，只有少數(shù)研究了其他組織，如腦脊液或腦組織等［17］。

通過對血源性外泌體中miRNA 的研究，發(fā)現(xiàn)慢性不可預(yù)見性動物應(yīng)激模型（chronic unpredictable mild stress，CUMS）小鼠的血液和大腦外泌體miR-139-5p 水平也顯著升高，且此標(biāo)志物在患者與對照組之間具有良好的區(qū)分功能，將抑郁癥患者的血液外泌體注射至小鼠體內(nèi)可誘導(dǎo)小鼠的抑郁樣行為，證實了miR-139-5p是神經(jīng)干細胞增殖及神經(jīng)元分化的負調(diào)控因子［18］。也有研究測定了抑郁癥患者和精神健康對照組腦組織中前扣帶皮層和韁核中miRNA的表達，發(fā)現(xiàn)miR-204-5p、miR-320b、miR-323a-3p 和miR-331-3p 在抑郁癥患者中表達上調(diào)［19］。還有研究提出，腦脊液中miRNA 的表達更能代表抑郁行為的表達水平，且較血液標(biāo)志物有更高的靈敏性，如miR-16在抑郁癥患者腦脊液中降低，但在血液中沒有降低［17］。因此，雖然外周血是最方便獲取的樣本，我們也應(yīng)當(dāng)關(guān)注所選擇標(biāo)志物在外周血等組織與中樞系統(tǒng)間表達水平的差異性。

miRNA 不僅可以作為診斷標(biāo)志，還可以用于抑郁癥治療后療效的衡量，表現(xiàn)為治療后表達水平的升高或降低，其水平亦有助于預(yù)測個體對藥物的反應(yīng)。研究表明，在抗抑郁藥治療前后，抑郁癥患者單核細胞中miR-1972、miR-4485、miR-4498、miR-4743 與阻滯因子的改善程度呈正相關(guān)，miR-26b 與日夜變化因子的改善程度呈負相關(guān)，故以上幾種miRNA 可作為反映抑郁癥轉(zhuǎn)歸的生物標(biāo)志物［20］。有對照研究顯示，抗抑郁藥療效較好的患者其基礎(chǔ)miR-1202 水平較無應(yīng)答患者更低［21］，療效良好組患者外周血中miR-16 表達量顯著高于療效不佳組，miR-124 表達量顯著低于療效不佳組［22］。這表明，miR-1202、miR-16、miR-124 可能是預(yù)測治療應(yīng)答的外周生物標(biāo)志物，臨床可于用藥前檢測標(biāo)志物水平以評估療效。

目前，對于miRNA 作為抑郁癥診斷標(biāo)志及療效預(yù)測等的研究較為豐富，但可重復(fù)性較低，需要更多的研究來確定其準(zhǔn)確性，并篩選出一批靈敏度及特異度均較高的標(biāo)志物，以便應(yīng)用于臨床診療。

2.疾病致病機理

抑郁癥的病理機制極為復(fù)雜，目前，逐漸達成的共識是：抑郁癥的發(fā)病可能是神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能失調(diào)綜合作用的結(jié)果，具體包括神經(jīng)遞質(zhì)分泌穩(wěn)態(tài)神經(jīng)元及突觸結(jié)構(gòu)破壞，下丘腦-垂體-腎上腺軸、下丘腦-垂體-性腺軸等內(nèi)分泌功能紊亂以及細胞因子炎性反應(yīng)等［23］。表觀遺傳學(xué)就是通過不同的機制影響神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致抑郁行為的發(fā)生。

miRNA 在表觀遺傳中的DNA 甲基化和組蛋白乙?；^程中也起到一定作用，細胞核組蛋白乙?；山M蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）介導(dǎo)，影響基因的表觀遺傳特性，而沉默信息調(diào)節(jié)因子1（STRT1）為HDACsⅢ型的一種。研究表明，通過刺激改善CUMS 誘導(dǎo)的大鼠抑郁性行為和認知障礙，其效應(yīng)是通過下調(diào)海馬STRT1∕miR-134 信號通路，使下游腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和突觸蛋白減少，即miR-134 與STRT1 共同改變了神經(jīng)發(fā)生而參與了抑郁癥的發(fā)?。?4］。miR-138 對SIRT1 基因的表達也有調(diào)節(jié)作用，通過調(diào)節(jié)海馬中SIRT1 的表達增加了抑郁行為［25］。miR-135b-5p抑制劑抑制了CUMS誘導(dǎo)的海馬細胞凋亡，并顯著降低了裂解蛋白酶caspase-3 的表達水平。此外，miR-135b-5p 抑制劑顯著降低了CUMS 誘導(dǎo)的海馬小鼠樣本中炎性因子白細胞介素（IL）-1β、IL-6 和腫瘤壞死因子-α（TNF-α），同時，顯著增加了SIRT1 的表達水平。結(jié)果表明，SIRT1 沉默可顯著逆轉(zhuǎn)miR-135b-5p 抑制劑對CUMS誘導(dǎo)小鼠的所有作用，miR-135b-5p∕SIRT1 通路是抑郁小鼠抗抑郁作用的關(guān)鍵介導(dǎo)物，因此，可以被認為是治療CUMS誘導(dǎo)的抑郁癥的潛在治療靶點［26］。

BDNF是一種重要的多肽生長因子，影響神經(jīng)元細胞的增殖、分化、生存和死亡。BDNF 信號通路參與抑郁癥的發(fā)病，并可調(diào)節(jié)神經(jīng)可塑性，其表達和信號傳導(dǎo)下降可損害或阻礙神經(jīng)可塑性，促進神經(jīng)元萎縮、突觸數(shù)量和功能下降，從而誘發(fā)抑郁樣行為。miR-182-5p 在抑郁癥患者中表達明顯增加，可以作為抑郁癥的標(biāo)志物，BDNF 為miR-182-5p的作用靶點，miR-182-5p 可負性調(diào)控BDNF 導(dǎo)致抑郁癥發(fā)病［27］。另外有研究證明，慢性不可預(yù)測的輕度應(yīng)激能下調(diào)BDNF 和甲基化CpG 結(jié)合蛋白2（methyl-CpG binding protein2，MeCP2）的表達，并改變了某些miRNA 的表達水平［28］。抑郁癥患者外周血樣本中發(fā)現(xiàn)miR-132 表達增加，MeCP2 和BDNF 的表達減少。且在慢性應(yīng)激誘導(dǎo)抑郁動物模型中，在海馬中檢測到miR-132 的表達水平升高，而MeCP2 和BDNF 降低，所以miR-132 與二者表達之間可能存在負相關(guān)［28］。同時，降低初級海馬神經(jīng)元中MeCP2 的表達也會增加miR-132 的表達，并降低BDNF 的表達，所以可能存在MeCP2 和miR-132 之間的平衡共同調(diào)節(jié)BDNF 的表達水平，以影響抑郁行為的發(fā)生。

3.基因治療方法

基因治療旨在上調(diào)低表達基因或下調(diào)高表達基因。找到與抑郁癥相關(guān)的表達基因，即可以從基因?qū)用嫱ㄟ^上調(diào)低表達基因或下調(diào)高表達基因?qū)σ钟舭Y采取基因治療。近年來，對miR-124 在抑郁癥中的研究較多［29］，故以miR-124為例對抑郁癥的基因治療方法進行闡述。

miRNA與抑郁癥

1.miRNA-124在抑郁癥中的研究

有研究報道，抑郁癥患者miR-124 的表達濃度上升，提示了miR-124 的差異性表達能夠影響抑郁癥的病情進展，考慮與miR-124 表達能夠通過激活核因子-κB 信號通路，參與到神經(jīng)元細胞的代謝微環(huán)境損害過程中，進而影響其修復(fù)能力有關(guān)［30］。Roy 等［31］在抑郁癥動物模型及尸腦研究中均發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者的miR-124-3p 在腦組織中的表達增高，并在抑郁癥患者的血清中得到了相似的結(jié)果。有理由認為，miR-124 可能是一個重要的抑郁癥生物標(biāo)志物和治療靶點。

2.miR-124的表達調(diào)控機制

miRNA在各種生物的調(diào)控機制中發(fā)揮重要作用，同時，也會受到多種效應(yīng)體的協(xié)同調(diào)控。HDACs為miR-124的一種媒介，它可以形成一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和表觀遺傳修飾的多蛋白復(fù)合物，HDAC Ⅰ是其中一種類型，抑制HDAC Ⅰ或miR-124-5p 都會削弱抑郁癥大鼠的學(xué)習(xí)能力和體質(zhì)量，也可以抑制氧化應(yīng)激和炎癥，促進抑郁癥大鼠神經(jīng)遞質(zhì)的傳達。另外，HDAC Ⅰ介導(dǎo)的miR-124-5p 調(diào)節(jié)神經(jīng)肽Y（neuropeptide Y，NPY）也在抑郁癥中起到作用［32］。HIV-1 Tat 介導(dǎo)的miR-124 啟動子的DNA 甲基化導(dǎo)致其下調(diào)，同時，伴隨MECP2-STAT3-IL6上調(diào)，導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞活化［33］。研究發(fā)現(xiàn)，編碼合成人類miRNA 的基因內(nèi)存在單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphisms，SNPs），這些SNPs 通過影響miRNA 的成熟或合成，從而調(diào)控miRNA 的生成或影響miRNA與靶序列的識別，因此，miR-124在抑郁癥中異常上調(diào)可能與遺傳因素及表觀遺傳有關(guān)，miR-124 及其靶基因SNPs可能與抗抑郁療效有關(guān)［34］。

3.miR-124及其靶基因的抗抑郁作用

miR-124 及其靶基因RGS4 與抗抑郁藥物療效的關(guān)系如下：rs531564 作為miR-124-1 基因的功能SNP，能夠影響成熟miR-124 的表達水平，從而參與神經(jīng)可塑性和神經(jīng)信號機制［35］。然而，尚未有研究發(fā)現(xiàn)rs531564 的等位基因和基因型頻率與抗抑郁藥物療效之間存在相關(guān)性?？赡苁怯捎跇颖玖康南拗?，實驗結(jié)果出現(xiàn)了假陰性。因此，rs531564 與抗抑郁藥物療效相關(guān)性的實驗需要在更大的樣本中進行驗證。rs951436 是RGS4 上的啟動子區(qū)SNP，Ding等［36］發(fā)現(xiàn)，rs951436 基因型AA、AC 和CC 分別與低、中、高RGS4 表達水平相關(guān)，RGS4 基因低表達可能導(dǎo)致記憶障礙，而其過表達可抑制大鼠行為活動及磷酸化-細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）表達水平［35-36］。因此，RGS4 基因過表達或低表達都會損害機體正常功能，有理由認為rs951436 多態(tài)性可能與抗抑郁療效有關(guān)，RGS4 雜合子在抗抑郁上可能發(fā)揮更好的療效。RGS4 基因多態(tài)性可預(yù)測抑郁癥患者對抗抑郁藥物的療效反應(yīng)，miR-124 及其靶基因RGS4 可能成為抗抑郁治療的新靶點。目前，由于研究的樣本量相對較小，日后需要在更大樣本中進行驗證。

結(jié) 論

目前，對于抑郁癥的病因機制尚不清楚，但對于抑郁癥與表觀遺傳的研究較多［37］，表觀遺傳修飾可隨著內(nèi)外環(huán)境的變化發(fā)生動態(tài)改變，是聯(lián)系個體與環(huán)境的紐帶，故對其進行綜合性研究是極為重要的，可以為抑郁癥新藥的開發(fā)提供新的思路。

miRNA 可以在DNA 甲基化或組蛋白乙酰化等過程中通過靶向抑制表觀遺傳關(guān)鍵酶來影響表觀遺傳；表觀遺傳（如DNA 甲基化和組蛋白修飾）也能調(diào)控miRNA 的表達。表觀遺傳-miRNA 相互作用的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為疾病治療提供了一個非常有價值的靶點，而越來越多的證據(jù)表明，miRNA的表達失調(diào)與精神相關(guān)疾病在內(nèi)的多種人類疾病有關(guān)［38-39］。找到相關(guān)的miRNA 并探究其與表觀遺傳的相互作用，也許就可以知曉抑郁癥的發(fā)病機制，找到相應(yīng)的治療措施。