MicroRNA與疼痛關(guān)系的研究進展

張渝俊(綜述)，劉 慶(審校)

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院,四川 瀘州 646000； 2.瀘州醫(yī)學(xué)院附屬中醫(yī)醫(yī)院麻醉科/疼痛科,四川 瀘州 646000)

MicroRNA(miRNA)是目前發(fā)現(xiàn)的一類非編碼RNA，已經(jīng)在幾乎所有多細胞動物的基因組中發(fā)現(xiàn)，包括軟體動物，海膽類，蒼蠅，大鼠以及人類[1-2]。在細胞生物學(xué)中，轉(zhuǎn)錄后miRNA的水平對基因表達調(diào)控起決定作用。miRNA在進化過程中保持高度保守的小分子單鏈RNA(含有20～25核苷酸)，導(dǎo)致mRNA的降解或(和)翻譯抑制。miRNA是通過約束在帶有互補位點的目標mRNA 3′非編碼區(qū)的前體來調(diào)解其監(jiān)視作用。Lin-4和let-7是最早發(fā)現(xiàn)的兩條miRNA，目前已經(jīng)在人類基因組中發(fā)現(xiàn)了700種不同的miRNA。一個miRNA就可以調(diào)控成百上千種mRNA[3-5]。

miRNA與多種疼痛疾病的發(fā)病機制有關(guān)，如慢性疼痛、神經(jīng)病理性疼痛、急性痛等。最新的研究表明，多個神經(jīng)組織中，miRNA參與炎性肌肉痛和外周神經(jīng)痛的發(fā)生，且miRNA的表達有顯著改變[6-7]。Zhao等[8]對miRNA在炎性痛發(fā)病機制中的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA能夠調(diào)控炎性痛相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達，表明miRNA與疼痛發(fā)生和維持密切相關(guān)。該文就miRNA在疼痛中的變化和作用機制進行綜述。

1 生理條件下miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)的分布

Liu等[9]檢測在成年大鼠表達的350種miRNA，其中269種miRNA在脊髓表達，在正常脊髓中高表達有36種。通過對大鼠不同組織中152種miRNA表達的研究顯示，有30種miRNA特異性地在大鼠神經(jīng)組織中表達[10]。

miRNA在成年小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)不同部位表達的研究表明，小腦中miR-195、miR-497和miR-30b高表達；延髓中miR-34a、miR-451、miR-219、miR-338和miR-10a高表達；下丘腦中miR-10b、miR-7和miR-7b高表達；垂體中miR-7、miR-7b、miR-375、miR-141和miR-200a高表達；海馬中miR-218、miR-221、miR-222、miR-26a、miR-128a/b、miR-138 和let-7c高表達[11]。

對大腦中miRNA的特異性分布研究發(fā)現(xiàn)，樹突特異性mRNA的表達調(diào)控中有多種miRNA參與。樹突棘是興奮性突觸傳遞的突觸后部，miR-134通過對蛋白激酶Limk1 mRNA翻譯的抑制對樹突棘的大小起負性調(diào)節(jié)作用，Limk1控制樹突棘的發(fā)育，miR-134的高表達和Limk1的減少均可使樹突棘的形態(tài)變小。相反，解除miR-134的抑制，則明顯增強突觸的可塑性并促進突觸的發(fā)育和成熟[12]。此外，miR-124在成年小鼠大腦室下區(qū)中調(diào)節(jié)神經(jīng)發(fā)育發(fā)揮重要作用，miR-124的高表達促進神經(jīng)元分化，而在神經(jīng)再生過程中阻斷內(nèi)源性miR-124可導(dǎo)致神經(jīng)再生的延遲。miR-124有三個作用靶點：dlx-2參與中間神經(jīng)元形成的轉(zhuǎn)錄因子；jagged-1參與室下區(qū)細胞的自我更新以及Sox-9調(diào)控星形膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，其中Sox-9在室下區(qū)細胞中的表達最重要，Sox-9的高表達使星形膠質(zhì)細胞維持在神經(jīng)膠質(zhì)酸性蛋白階段并完全阻斷星形膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元的轉(zhuǎn)化，Sox-9的低表達是星形膠質(zhì)細胞分化的前提。研究發(fā)現(xiàn)在秀麗線蟲的感覺神經(jīng)系統(tǒng)中，miR-124同樣通過對靶基因的作用來實現(xiàn)對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及神經(jīng)元功能的調(diào)控[13]。

2 不同疼痛模型下miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)的表達

有報道指出，炎性肌肉疼痛及周圍神經(jīng)損傷引起的疼痛與miRNA相關(guān)[14-16]。Kusuda等[16]通過不同的疼痛動物模型對miRNA進行研究：①皮下弗氏佐劑慢性疼痛模型下，在炎性期miR-1和-16明顯下調(diào)，miR-206僅在第1，7天下調(diào)，在脊髓灰質(zhì)后角，早期炎性過程中(損傷后12 h內(nèi))無明顯改變，在第1,3,7天miR-1,miR-16和miR-206明顯上調(diào)。②坐骨神經(jīng)慢性壓迫模型下，miR-206持續(xù)下調(diào)，miR-1術(shù)后3 d下調(diào)，miR-16無明顯改變，而在脊髓灰質(zhì)后角，所測miRNA在表達譜上無調(diào)節(jié)。③軸突切斷模型下，在脊根神經(jīng)節(jié)miR-1和miR-206表現(xiàn)出明顯上調(diào),而miR-16在1、3 d上調(diào)但損傷后7 d恢復(fù)正常值，在脊髓灰質(zhì)后角miR-1整個觀察期下調(diào)，miR-16和miR-206無變化。④急性毒性刺激模型下，辣椒素導(dǎo)致miR-1和miR-16明顯上調(diào)，miR-206無改變，在2和10 μg/20 μL下無差別，而在低濃度(2 μg/20 μL)下脊髓灰質(zhì)后角中均無明顯改變，在高濃度(10 μg/20 μL)下僅miR-206下調(diào)。潘志強等[17]在慢性疼痛、神經(jīng)性疼痛和急性痛三種模型中定量檢測分析特異性miR-125b、miR-331和miR-365的表達，結(jié)果顯示：皮下弗氏佐劑慢性疼痛模型中，miR-125b在脊髓中下調(diào)90%，背根中下調(diào)178%；miR-331在脊髓和背根中均上調(diào)，無明顯差異；而miR-365相反，在脊髓中下無明顯差異，在背根中下調(diào)93%。坐骨神經(jīng)慢性壓迫模型中，其中3個miRNA表達呈上調(diào)：miR-125b在脊髓中上調(diào)0.89倍，背根中上調(diào)0.54倍；miR-331在脊髓和背根中分別上調(diào)0.32和1倍；miR-365在脊髓和背根中分別上調(diào)0.46倍和0.2倍。福爾馬林刺激性痛中，miR-125b在脊髓下調(diào)257%，在背根中上調(diào)0.47倍；miR-331在脊髓下調(diào)75%，在背根中下調(diào)67%；而miR-429在脊髓的表達無明顯變化，而在背根中下調(diào)50%。李敏娜等[18]在大鼠坐骨神經(jīng)慢性壓迫損傷模型中發(fā)現(xiàn)，miR-99B上調(diào)，miR-674-3P、miR-879和miR-325-5P下調(diào)。

對于不同疼痛模型下小鼠神經(jīng)系統(tǒng)miRNA調(diào)節(jié)提示，miRNA的調(diào)節(jié)可能與疼痛的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，對其相應(yīng)的靶基因來編碼某些受體，離子通道，轉(zhuǎn)錄和翻譯因子等來調(diào)控疼痛，這些需要進一步的研究。

3 miRNA在疼痛中對機體的作用

術(shù)后切口痛是獨特但又共通的急性疼痛模式，盡管有先進的手術(shù)技術(shù)和圍術(shù)期鎮(zhèn)痛方案，但仍有30%～40%的患者承受術(shù)后切口痛[19-20]。Sun等[21]研究發(fā)現(xiàn)，miR-203通過控制磷脂酶A2激活蛋白(phospholipase A2activating protein，PLAA)的表達來控制對切口疼痛的敏感程度：①miR-203在切口后明顯下調(diào)；②miR-203表達水平降低導(dǎo)致PLAA表達明顯升高；③PLAA在小鼠中導(dǎo)致機械疼痛敏感和持續(xù)自發(fā)痛；④PLAA通過激活sPLA2產(chǎn)生痛前效應(yīng)；⑤P物質(zhì)是可以導(dǎo)致miR-203下調(diào)和增加PLAA在小鼠皮膚、膠質(zhì)細胞分化中表達的一種介質(zhì)；⑥P物質(zhì)在miR-203和PLAA之間起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用；總之，研究認為皮膚特異性miR-203與PLAA基因在切口后互相作用提高PLAA表達，PLAA導(dǎo)致自發(fā)和誘發(fā)疼痛，其依賴完整的P物質(zhì)/NK1信號通路，此通路是切口周圍炎癥和組織修護的控制機制。miRNA在疼痛發(fā)生中的作用是相對新興的研究方向，受體介導(dǎo)下miRNA水平的調(diào)節(jié)可能參與疼痛信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，miRNA的進一步研究可對疼痛產(chǎn)生和疼痛緩解有新的了解。Favereaux等[22]發(fā)現(xiàn)，miR103調(diào)節(jié)脊髓背角組織cav1,12 L型鈣通道亞單位，事實上cav1,12 L型鈣通道的三個亞單位均被同一個miRINA調(diào)節(jié)。

目前有報道稱在腦和脊髓的常駐小膠質(zhì)細胞中有高水平的miR-124表達，Ponomarev等[23]表示激活狀態(tài)的小膠質(zhì)細胞在體內(nèi)及體外有低水平的miR-124表達，一種激活表型的外周巨噬細胞表達與腦及脊髓的孤立幼稚小膠質(zhì)細胞更低水平的miR-124相關(guān)，繼而高水平的miR-124可以使小膠質(zhì)細胞處于靜態(tài)。在脊髓中，小膠質(zhì)細胞及巨噬細胞在神經(jīng)痛、糖尿病視網(wǎng)膜病變及慢性炎性痛的發(fā)生、發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用，慢性炎性痛和神經(jīng)痛與絲氨酸-蘇氨酸激酶 G蛋白受體激酶2(G protein-coupled receptor kinase2，GRK2)的水平降低有關(guān)[24-29]。Willemen等[30]對miR-124在疼痛發(fā)病機制中的作用進行了相關(guān)實驗，并提出miR-124是治療持續(xù)性痛覺過敏的新方法，實驗發(fā)現(xiàn)：①腳掌內(nèi)注入白細胞介素(interleukin,IL)1β誘導(dǎo)疼痛，24 h后WT小鼠疼痛完全緩解而GRK2在小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞50%減少小鼠(LysM-GRK2+/-小鼠)仍疼痛，LysM-GRK2+/-小鼠腰椎脊髓小膠質(zhì)細胞中分離的miR-124水平顯著低于WT小鼠，無IL-1β誘導(dǎo)下，WT小鼠和LysM-GRK2+/-小鼠在脊髓小膠質(zhì)細胞或腹膜腔的巨噬細胞中miR-124的表達明顯無差異，然而miR-124通過下調(diào)CCAAT增強子結(jié)合蛋白α(CCAAT/enhancerbinding protein α,C/EBPα)的表達來調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞活性,腳掌內(nèi)注入IL-1β后LysM-GRK2+/-小鼠腰髓的C/EBP-α mRNA表達高于WT小鼠。②鞘內(nèi)注射50 ng和100 ng的miR-124的LysM-GRK2+/-小鼠可以完全阻止IL-1β誘導(dǎo)的疼痛轉(zhuǎn)為持續(xù)痛，低于20 ng無作用，在WT小鼠中鞘內(nèi)注射20～100 ng的miR-124對于IL-1β誘導(dǎo)疼痛無任何作用。③miR-124調(diào)節(jié)M1(促炎因子IL-1β)/M2(抗炎因子轉(zhuǎn)化生長因子β)平衡，鞘內(nèi)注射miR-124可逆轉(zhuǎn)WT小鼠和LysM-GRK2+/-小鼠中M1和M2表型標記的表達。④WT小鼠在鞘內(nèi)注射高劑量λ-角叉膠6 d后任處于疼痛狀態(tài)，在鞘內(nèi)注射miR-124后疼痛迅速緩解。

綜合上述實驗結(jié)果，miR-203與PLAA的相互影響通過P物質(zhì)/NK1信號通路來調(diào)節(jié)PLAA介導(dǎo)的自發(fā)和誘發(fā)的疼痛，miR-124對GRK2及C/EBP-α作用阻止疼痛轉(zhuǎn)為持續(xù)疼痛，并能夠維持M1(促炎因子IL-1β)/M2(抗炎因子轉(zhuǎn)化生長因子β)的平衡，發(fā)現(xiàn)miRNA通過參與編碼蛋白、信號通路、離子通道、轉(zhuǎn)錄和翻譯因子等在疼痛發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

4 miRNA在臨床疼痛診斷治療中的意義

疼痛是當今危害人類健康和降低人類生活質(zhì)量的最常見病癥之一,它已經(jīng)成為臨床和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的熱點問題。miRNA與調(diào)節(jié)生物生長、發(fā)育、疾病發(fā)生過程密切相關(guān)，雖然目前對疼痛中miRNA的調(diào)節(jié)機制尚不十分清楚，但對miRNA在生理狀態(tài)和疼痛狀態(tài)下作用的進一步研究，為疼痛發(fā)生、發(fā)展機制提出了新的研究方向。有研究人員在局部暫時缺血卒中大鼠模型的腦部和血液中發(fā)現(xiàn)了多種miRNA的表達改變，如miR-290，miR-292-5P及miR-327等，并提出應(yīng)用血液和腦脊液篩檢疾病損傷時特異性改變的miRNA，并將其作為診斷疾病的生物學(xué)標記，也提高了miRNA用來篩檢疼痛相關(guān)疾病的可能性[31]。由于缺乏研究，今后則需要進一步研究疼痛過程中相關(guān)miRNA的作用和機制，進一步篩選特異性miRNA，作為疼痛相關(guān)疾病的生物學(xué)標志。

5 小 結(jié)

對miRNA的深入了解，有助于提高疼痛相關(guān)疾病的治療以及新治療方法的提出：利用miRNA在疾病過程中相關(guān)基因表達的調(diào)節(jié)，下調(diào)與疾病相關(guān)miRNA的表達；利用miRNA作為新的藥物靶點來下調(diào)疾病相關(guān)的目標miRNA及阻斷相關(guān)信號通路起到治療作用，為臨床上急性疼痛、炎性疼痛等提供了新的治療途徑。雖然針對miRNA的相關(guān)研究仍處于起步階段，但是相信隨著對miRNA的進一步研究，在疼痛狀態(tài)下的表達以及作用機制的深入研究，可能為今后疼痛的發(fā)病機制以及治療提供新的思路和手段。

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