李彥霖，王有民，朱 莉

1陜西警官職業(yè)學院偵查系，陜西 西安 710021；2西安交通大學醫(yī)學部法醫(yī)學院，陜西 西安 710061

阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）和帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）是全球常見的神經退行性疾病，多發(fā)生于60 歲以上老人，并隨著年齡增長患病率增加。世界衛(wèi)生組織預測，到2040年神經退行性疾病將取代癌癥，成為世界第二大類致死疾病。目前AD和PD的具體發(fā)病機制尚不清楚，針對AD 和PD 的治療缺乏有效手段，因此AD 和PD 的發(fā)病機制和治療成為神經科學研究領域的熱點。

自1981年發(fā)現(xiàn)第1個miRNA lin-4以來，越來越多的研究聚焦于miRNA。miRNA 是一類20～24 個核苷酸構成的非編碼小RNA，通過與mRNA 的3′非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）結合抑制RNA 翻譯或促進mRNA 降解。miRNA 不僅成為臨床檢測腫瘤的標志物和靶向治療基因，也參與了神經炎癥、線粒體功能失調、氧化應激和異常蛋白形成等與神經退行性疾病相關的病理生理過程。miR-124作為第1 個在小鼠中發(fā)現(xiàn)的miRNA，其在腦中含量較高，占腦中所有miRNA的25%～48%［1］，且在人、大鼠和小鼠中序列完全相同，有高度保守性，miR-124家族包括miR-124-1、miR-124-2、miR-124-3，分別位于人染色體8p23.1、8q12.3 和20q13.33［2］。miR-124參與了神經元成熟和分化［3］，調控前額葉皮質功能［4］等中樞神經系統(tǒng)結構和功能的改變。本文從miR-124視角闡述了其在AD和PD中的研究進展與展望。

1 miR-124與AD

目前AD 發(fā)病機制最主要的假說是“淀粉樣蛋白瀑布學說”［5］，即中樞神經系統(tǒng)中淀粉樣前體蛋白（amyloid precursor protein，APP）在β分泌酶等3種分泌酶的作用下生成β淀粉樣蛋白（amyloid β，Aβ），Aβ蛋白由37～42 個氨基酸組成，其中長度為40 和42 的Aβ較易聚合成Aβ纖維，最終形成Aβ斑塊。Aβ、Aβ纖維和Aβ斑塊均可誘導下游的Tau 過度磷酸化、氧化應激和炎癥反應，最終導致細胞死亡和神經遞質傳導障礙。其中，Aβ和過度磷酸化的Tau 蛋白與突觸和樹突棘數量及突觸可塑性有關。樹突上過度磷酸化的Tau蛋白積累構成神經纖維纏結（neurofibrillary tangles，NFT）；突觸減少、突觸可塑性下降和NFT 增多與AD 的認知下降相對應。由此可看出，Aβ的形成、積累和降解貫穿于AD 的整個發(fā)展階段?！暗矸蹣拥鞍灼佟钡募僬f基于AD 患者腦中Aβ和Tau 蛋白的改變，同時，腦脊液中Aβ和Tau 蛋白的檢測也被作為臨床AD 診斷的標準之一，其中易形成Aβ纖維的Aβ42是主要的Aβ檢測標志物，其特異性高達90%。另一方面，過度的Aβ積累和過度磷酸化的Tau蛋白刺激NF-κβ和JNK信號通路，同時促使中樞神經系統(tǒng)星形膠質細胞和小膠質細胞產生腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6等激發(fā)神經炎癥。研究表明，miR-124通過調控Aβ積累量、Tau蛋白磷酸化水平和神經炎癥反應參與了AD的過程。

1.1 miR-124通過調控Aβ積累量參與AD

β位淀粉樣前體蛋白裂解酶1（beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1，BACE1）是一種膜結合的天冬氨酸蛋白酶，大量存在于腦組織中的神經細胞和星形膠質細胞等［6］。BACE1 也因其在AD 患者腦中的作用為研究者所熟知，APP 在BACE1 和γ分泌酶的共同作用下生成Aβ，其中BACE1 是Aβ生成的限速酶。目前，通過靶向抑制BACE1 從而降低AD 患者腦中Aβ的水平已經用于臨床實驗治療AD。位于11 號染色體（11q2313）的BACE1 表達水平受DNA 甲基化、DNA 乙?；蚼iRNA等表觀遺傳學的影響。近年來的研究表明，miR-9［7］、miR-107［8］、miR-29［9］、miR-124和miR-195［10］等均負性調節(jié)BACE1 的表達水平。其中，miR-124對BACE1 直接的靶向負性調節(jié)作用已被多項研究證實。生物分析軟件和熒光素酶報告檢測發(fā)現(xiàn)BACE1 的3′UTR 能夠被miR-124 結合；并且，在AD患者腦中miR-124表達下調，BACE1表達升高，而在SH-SY5Y 細胞中過表達miR-124 后，BACE1 表達水平下降，抑制miR-124 的表達則BACE1 的mRNA 和蛋白水平均升高［11］。因此，miR-124/BACE1 軸也成為AD信號通路中的組成部分。

miR-124 還能通過靶向調節(jié)PTBP1 改變APP mRNA 的剪切，從而改變Aβ的積累量［12］。miR-124對Aβ積累量的影響作用似乎已被確定，Ouyang等［13］開發(fā)了載有藥物蘆丁的DNA 納米花（DNA nanoflower，DF），DF 實現(xiàn)了外源miR-124 的補充并通過血腦屏障在神經元蓄積，miR-124 和蘆丁協(xié)同抑制APP 和BACE1 的表達，降低了Aβ的積累量。

除此以外，C1q 家族在中樞神經系統(tǒng)中廣泛表達并參與了Aβ的積累過程，其成員C1ql3還具備維持微脈管密度和生成血管的作用，海馬中miR-124通過靶向調節(jié)C1ql3 的表達改變Aβ的積累和微脈管的密度等過程參與AD 的病理過程［14］。miR-124對Aβ積累量的抑制作用是多重通路作用的結果，過表達miR-124 對AD 模型小鼠的認知和探索行為有改善，miR-124在AD動物水平的研究提供的實驗數據已較多且可靠，但對AD患者中miR-124的研究仍較少，miRNA在AD動物模型和AD患者中的表達存在差異，可檢測AD患者血清和腦脊液中miR-124的表達并進行研究，與其他miRNA 進行比較，確定miR-124 是否較其他miRNA 有明顯的表達降低，再逐步在AD患者中深入研究。

1.2 miR-124改變Tau蛋白磷酸化水平參與AD

Tau 蛋白最早發(fā)現(xiàn)于1975 年［15］，是一種高度可溶的，50～75 kDa 的微管相關蛋白（microtubuleassociated protein，MAP），主要表達于中樞神經系統(tǒng)，其在生理條件下主要作用于軸突遠端，調節(jié)軸突轉運，維持微管穩(wěn)定性和靈活度，保護DNA 完整性等［16］。Tau作為一種磷蛋白，正常狀態(tài)下每個Tau分子有2～3 個磷酸基，主要通過其位點的磷酸化發(fā)揮生物活性，而中樞神經系統(tǒng)Tau 的病理變化則出現(xiàn)在許多神經退行性疾病的病理過程中［17］。Tau的病理變化之一就是Tau 蛋白的過度磷酸化，過度磷酸化的Tau 蛋白失去了其促進微管裝配、維持微管穩(wěn)定性的作用，同時，過度磷酸化的Tau蛋白以雙螺旋細直絲及纏結的骨架等形式在細胞內聚集［18］，最終形成NFT。

AD 患者腦脊液中磷酸化Tau 蛋白的高特異性也使其與Aβ42 成為診斷AD 的生物標志物。而Jia 等［19］研究發(fā)現(xiàn)血液中miR-139-3p、miR-143-3p、miR-146a-5p、miR-485-5p、miR-10a-5p、miR-26b-5p和miR-451a-5p 共7 個miRNA 可準確預測腦脊液中p-tau/Aβ42 的比值，表明miRNA 反映了AD 的病理改變，miRNA 可成為檢測AD 的標志物。不同于此研究的直觀檢測，miR-124 對Tau 蛋白的作用機制已被動物實驗證實，PTPN1 作為miR-124 的靶基因，位于樹突棘并豐富表達于海馬，參與了海馬突觸形成和學習過程，Wang 等［20］發(fā)現(xiàn)AD 模型小鼠miR-124 的高表達導致PTPN1 的表達水平下降，降低了樹突棘密度，損害了小鼠學習和記憶能力。該研究組進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-124/PTPN1 信號通路通過改變GSK-3 和PP2A 酪氨酸位點的磷酸化水平影響激酶/磷酸激酶平衡，導致Tau 蛋白的過度磷酸化，從而參與了AD 的病理過程［21］，在此過程中，miR-124 發(fā)揮負性作用，即升高的miR-124 導致Tau 蛋白的過度磷酸化。與此研究結果相反，Kang等［22］發(fā)現(xiàn)miR-124 通過caveolin-1-PI3K/Akt/GSK3β信號通路減弱了Tau 蛋白的磷酸化，提示miR-124在AD 中發(fā)揮神經元保護作用。Hou 等［21］將兩項相反的研究結果歸因于AD 動物模型的不同，因此需要進一步的研究證實miR-124 對GSK3 的調控作用。

介導Tau 蛋白磷酸化的激酶除了上述的GSK3外，還包括CDK5。鈣蛋白酶（calpain）可以將p35剪切成p25和p10，CDK5和p25結合后造成CDK5異常激活，最終CDK5/p25形成的復合物導致Tau蛋白過度磷酸化。CAPN1 作為主要的在神經元中高度表達的鈣蛋白酶［23］，Zhou 等［24］發(fā)現(xiàn)miR-124-3p 通過靶向調節(jié)CAPN1 減弱了p35 剪切為p25 的過程，進而減少了CDK5/p25 復合物的形成，降低了Tau 的磷酸化水平。參與Tau 蛋白過磷酸化過程的激酶除了GSK3 和CDK5，還包括目前的研究熱點p38α。研究發(fā)現(xiàn)，p38α參與了Tau 蛋白的多磷酸化過程，在Tau 蛋白過度磷酸化調節(jié)過程中發(fā)揮重要作用［25］。Lawson等［26］發(fā)現(xiàn)神經元中的miR-124負性調控p38α，但在AD患者或者AD模型中miR-124對p38α作用的研究尚未涉及。不同于miR-124 對BACE1 的直接靶向調節(jié)作用，miR-124 對Tau 蛋白磷酸化水平的調控作用是通過調控介導Tau蛋白磷酸化的激酶實現(xiàn)，以上研究大多發(fā)現(xiàn)miR-124 通過降低Tau 蛋白磷酸化水平發(fā)揮保護作用，但也有研究發(fā)現(xiàn)miR-124 升高Tau 蛋白磷酸化水平，由于調控Tau蛋白磷酸化的激酶和信號通路較多，AD模型有差異等，miR-124對Tau蛋白磷酸化水平的作用需要進一步研究證實。

1.3 miR-124介導神經炎癥反應參與AD

目前，有關AD 的發(fā)病機制，除了Aβ的積累、Tau蛋白的過度磷酸化、氧化應激等觀點外，神經免疫炎癥也和AD 的病理過程密切相關。隨著AD 病程的發(fā)展，在腦內神經炎性斑周圍聚集著大量活化的小膠質細胞，活化的小膠質細胞釋放大量神經免疫炎性因子，進一步損傷神經細胞，加重AD 的病程［27］。小膠質細胞分為神經損傷表型（M1型）和神經保護表型（M2 型）［28］，M1 型小膠質細胞釋放促炎因子，如TNF-α、IL-6 和IL-1β等，促進炎癥反應。M2 型小膠質細胞釋放抗炎因子，如IL-4、IL-10和轉化生長因子β（transforming growth factor β，TGF-β）等，抑制炎癥反應，促進神經細胞再生和功能恢復。研究發(fā)現(xiàn)，在AD 模型的中樞神經系統(tǒng)中存在著大量的M1 型小膠質細胞［29］，M1 型膠質細胞和其釋放的炎性因子是AD 病程進行性發(fā)展的原因之一。

不同的miRNA 對活化的小膠質細胞作用不同，如miR-155 通過激活小膠質細胞促進炎癥因子的釋放［30］，miR-181 升高了抗炎因子IL-10 的表達水平［31］。研究發(fā)現(xiàn)［32］，miR-124不僅下調了M1型小膠質細胞相關的TNF-α和IL-6 促炎因子表達水平，而且上調了M2 型小膠質細胞相關的TGF-β等抗炎因子表達水平。除了調控促炎因子和抗炎因子，Ponomarev等［32］還證實miR-124通過抑制M1型小膠質細胞轉錄因子C/EBP-α誘導小膠質細胞向M1 型分化。

AD 的神經炎癥反應涉及小膠質細胞、神經元和星形膠質細胞等［33］。A1 型星形膠質細胞釋放IL-6 和TNF-α等炎性因子，產生神經元毒性，miR-124不僅減少了A1型星形膠質細胞［34］，還靶向調控NF-κB 的表達水平［35］，抑制神經炎癥反應。神經元選擇性退化與載脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）是AD的研究熱點。Zalocusky等［36］發(fā)現(xiàn)過量表達的ApoE誘發(fā)MHC-Ⅰ的表達上調，引起過度免疫反應，導致AD神經元選擇性退化和死亡，但促進Aβ重吸收和降解也是其特點之一。Ge等［37］也證實miR-124可通過靶向調節(jié)Rela/ApoE 信號通路升高ApoE 的表達水平。Feng 等［38］發(fā)現(xiàn)miR-124 通過靶向調節(jié)RFX1 促進ApoE 的表達并增加Aβ的重吸收。神經炎癥反應發(fā)生于AD、PD、腦損傷、亨廷頓舞蹈癥、肌萎縮側索硬化癥等多種疾病，miR-124 在神經免疫炎癥反應中的研究在不同疾病中存在交叉，因此miR-124 在AD 的神經免疫炎癥反應中的作用需要更細化的研究。

2 miR-124與PD

PD 是由James Parkinson 于1817 年首次提出，在神經退行性疾病中繼AD 后發(fā)病率位列第2，我國60 歲以上老人患病率1.37%，總患病人數高達362萬［39］，與PD有關的平均年支出占家庭平均收入的比例高達44.8%，主要的臨床表現(xiàn)是靜止性震顫、肌強直、運動遲緩等運動失調，同時伴有抑郁、焦慮等精神癥狀。PD具體的發(fā)病機制尚不清楚，目前認為是由遺傳、環(huán)境、年齡、線粒體功能障礙、氧化應激、神經炎癥等多因素導致黑質多巴胺能神經元凋亡和由聚集的α-突觸核蛋白（α-syn）形成路易小體（Lewy body）。同AD 一樣，在PD 模型中，中樞神經系統(tǒng)的小膠質細胞被激活，釋放TNF-α、IL-1、IL-6，促進神經炎癥的發(fā)生。miR-124通過靶向調節(jié)神經元凋亡和神經炎癥反應相關基因的表達參與了PD的發(fā)生發(fā)展。

2.1 miR-124改善細胞自噬和神經元凋亡參與PD

神經元中蛋白質的積累和異常折疊是大多數神經退行性疾病的病理特點，細胞自噬有助于清除受損的細胞器和蛋白質聚集體等，多巴胺神經元中由聚集的α-syn組成的路易小體是PD較為典型的病理特征之一，不溶性和突變的α-syn清除主要通過自噬途徑實現(xiàn)，自噬功能障礙或缺乏阻礙了蛋白的清除，導致α-syn 在神經元積累。PD 的另一典型特征是黑質多巴胺能神經元退行性變性凋亡，在PD 的病理過程中，miR-124 通過調控多個與自噬和神經元凋亡相關的靶基因對多巴胺能神經元起保護作用。

Bim是調節(jié)小腦顆粒神經元細胞和皮質神經元等神經元凋亡的介質，1-甲基-4苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1，2，3，6-tetrahydropyridine，MPTP）誘導的PD 模型中miR-124 通過抑制Bim 的表達調節(jié)細胞凋亡和損害的自噬過程，減少多巴胺能神經元的缺失［40］。該課題組對miR-124進一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制miR-124 表達升高了p-AMPK 蛋白的表達水平，降低了p-mTOR 的表達水平，miR-124 通過靶向調節(jié)AMPK/mTOR信號通路參與自噬過程和保護多巴胺能神經元［41］。然而Chen 等［42］發(fā)現(xiàn)右旋美托咪定通過升高p-AMPK 和降低mTOR 表達在PD中保護多巴胺能神經元，因此升高的p-AMPK和降低的p-mTOR 在PD 中對多巴胺能神經元是正向保護作用還是增加了其凋亡有待進一步實驗驗證。

miR-124的另一靶基因DAPK1與中樞神經系統(tǒng)神經元凋亡密切相關，抑制DAPK1 表達可改善癲癇［43］和腦缺血缺氧損傷［44］等癥狀。過表達DAPK1通過靶向調節(jié)α-syn 129 位絲氨酸的磷酸化加重了PD 癥狀［45］。在1-甲基-4-苯基-吡啶離子（1-methyl-4-pehnyl-pyridine，MPP+）誘導的PD 模型中，miR-124-3p通過負性調節(jié)DAPK1減少細胞凋亡，并減輕運動失調癥狀［46］。miR-124對CAPN1的靶向調節(jié)作用除了在AD 中有研究外，其在PD 中也有涉及。Kanagaraj等［47］發(fā)現(xiàn)MPTP誘導的PD模型中miR-124通過靶向調節(jié)CAPN1 改善細胞凋亡。另外miR-124-3p 通過靶向調節(jié)ANXA5 發(fā)揮神經元保護作用［48］。在MPP+誘導的PD 模型中，miR-124-3p 通過靶向調節(jié)信號轉導與轉錄激活因子3（signal transduction and transcriptional activator 3，STAT3）抑制神經毒性，減少神經元凋亡，減輕神經炎癥，發(fā)揮神經保護作用［49］。以上研究均證實miR-124 在PD的病理機制中通過負性調節(jié)與損害神經元相關的靶基因發(fā)揮正向保護作用。

2.2 miR-124介導神經炎癥反應參與PD

活化的小膠質細胞和星形膠質細胞及其釋放的促炎因子和抗炎因子是中樞神經系統(tǒng)發(fā)生神經炎癥反應的主要特點。Mcgeer 等［50］于1988 年首次發(fā)現(xiàn)PD 患者黑質多巴胺神經元周圍存在大量活化的小膠質細胞和星形膠質細胞。2006 年Arai 等［51］在PD患者的腦脊液和背側紋狀體中檢測到TNF-α、IL-β、IL-2、IL-4、IL-6 等細胞因子，在黑質檢測到NF-κB、IFN-γ等細胞因子，活化的小膠質細胞、星形膠質細胞和細胞因子促進了黑質多巴胺能神經元的退行性病變和凋亡，加重了PD的病程。STAT3是一種在人體細胞廣泛表達的轉錄調節(jié)因子，其在細胞因子等的作用下被激活，磷酸化的STAT3 介導Bcl-xL、Mcl-1 等相關凋亡基因的表達，誘導小膠質細胞活化，促進星形膠質細胞增生［52］。STAT3 是許多miRNA 的靶基因。例如，在PD 模型的小鼠黑質中miR-93 通過靶向調節(jié)STAT3 減輕了小膠質細胞的活化，抑制了炎癥反應，對PD小鼠神經元起到保護作用［53］。miR-124對STAT3的靶向調節(jié)作用在許多疾病中有所涉及。miR-124通過靶向調節(jié)STAT3抑制結腸癌細胞的生長［54］，調節(jié)心肌梗死的炎癥和細胞凋亡［55］，介導膀胱癌的細胞增長、遷移和凋亡［56］，減少了抑郁樣行為［57］。

NF-κB 信號通路作為較為經典的信號通路，參與機體的免疫應答和炎癥反應等病理生理過程，并因其重要的炎癥介質作用成為潛在的抗炎治療靶通路。過度活化的NF-κB 信號通路被證實與PD 的病理過程密切相關。Xing等［58］證實miR-124通過靶向調節(jié)KPNB1、KPNA3 和KPNA4 抑制NF-κB 信號通路，參與PD 的神經炎癥過程。另一較為經典的MAPK 信號通路參與細胞生長、分化以及炎癥反應等多種細胞活動，p38 是MAPK 家族成員之一，p38 MAPK信號通路釋放TNF-α和IL-1β等促炎因子，同時p38 上調與自我吞噬相關的p62 表達。Yao 等［59］發(fā)現(xiàn)在MPTP 誘導的小鼠PD 模型中，miR-124 通過靶向抑制p38和p62的表達減少促炎因子的釋放和自我吞噬。這些研究表明，miR-124 主要通過減少促炎因子的釋放等抑制炎癥反應發(fā)揮神經保護作用，提示miR-124有望成為治療PD神經炎癥的生物靶點。

3 小結與展望

miR-124 在腦中高度表達，成為中樞神經系統(tǒng)疾病的研究熱點。miR-124可通過減少Aβ積累量，升高ApoE 的表達，減少促炎因子的釋放和增加抗炎因子的釋放在AD 中發(fā)揮正向保護作用。在PD中，miR-124 通過調節(jié)Bim、DAPK1、CAPN1 和ANXA5 等與自噬和神經元凋亡相關的靶基因對多巴胺能神經元起保護作用?；谝陨蟤iR-124在神經退行性疾病中的作用研究可以看出，miR-124 有望成為治療神經退行性疾病的生物靶點；進一步研究該分子在神經退行性疾病患者外周血中的表達意義重大。