MicroRNA在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的保護(hù)作用

容 蓉 蘭東怡 邵 毅

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，江西 南昌 330006)

視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(RGCs)是視神經(jīng)主要的組成部分，RGCs的丟失可能會造成視網(wǎng)膜退行性病變，包括糖尿病性視網(wǎng)膜病變、青光眼等〔1〕。作為一種特殊的感覺神經(jīng)元，RGCs在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中扮演著重要的角色，能通過調(diào)節(jié)和傳遞視覺信息到大腦皮質(zhì)，形成完整的視覺通路。RGCs受到嚴(yán)重?fù)p傷將導(dǎo)致視力下降甚至致盲。多種有害因素，像組織缺氧、興奮性中毒、氧化應(yīng)激及RGC凋亡等均可導(dǎo)致RGCs的損傷。

微小RNAs(miRNAs)是一股20～24核酸片段長的單鏈RNA，調(diào)節(jié)約30%的編碼基因，可以直接與信使RNA 3′-未翻譯區(qū)(UTR)作用，使其分解或抑制其翻譯過程。一種miRNA(miR)可以作用于多種信使RNAs。miR是真核生物中基因表達(dá)重要的調(diào)節(jié)因子，并且參與了多種生物功能活動，包括細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、個體發(fā)育及機(jī)體的新陳代謝等〔2〕。miR被觀察到參與多種疾病的發(fā)病過程，比如腫瘤的發(fā)生〔3〕和肥胖〔4〕。miR同時可在許多疾病的診斷中作為一種非侵入性的生物學(xué)標(biāo)記物〔5〕。Lee等〔6〕在研究線蟲時發(fā)現(xiàn)了第一個miR，直到今天超過2 000種miR在機(jī)體內(nèi)陸續(xù)被報道。Lagos-Quintana〔7〕在成年大鼠眼中首次分離鑒別出7種不同類型的miR，此后有關(guān)miR研究陸續(xù)被報道。

1 不同類型miR對視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的作用

在動物和人體視覺系統(tǒng)中，miR均被闡明參與了視網(wǎng)膜發(fā)育發(fā)展的各個方面，包括視網(wǎng)膜的發(fā)生、視網(wǎng)膜的內(nèi)穩(wěn)態(tài)或者視網(wǎng)膜的損傷。已有研究發(fā)現(xiàn)miR-183/96/182群集和miR132/212在視網(wǎng)膜突觸的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用〔8,9〕。miR-124在視網(wǎng)膜視錐細(xì)胞的成熟過程中發(fā)揮了重要的作用〔10〕。同時miR-218也被發(fā)現(xiàn)能通過抑制Robo/Slit通路維持視網(wǎng)膜內(nèi)正常的血管功能〔11〕。在對RGCs研究中，最近闡明miR-132參與了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)介導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)突觸的分支及成熟過程〔12〕。而且眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明miR與多種視網(wǎng)膜退行性病變的發(fā)生發(fā)展都有著緊密的聯(lián)系〔13〕。然而目前關(guān)于miR在調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜細(xì)胞凋亡或退行性病變中所起作用的具體機(jī)制仍然不清楚。

1.1miR-21和青光眼RGCs損害 青光眼是一種神經(jīng)變性疾病，伴隨著RGCs及神經(jīng)纖維的進(jìn)行性缺損，造成視野的不可逆性喪失，最終致盲，是世界三大致盲性眼病之一，影響了全世界范圍內(nèi)約6千萬人口〔14〕。至今其發(fā)病機(jī)制仍不明確，大量的國內(nèi)外研究表明青光眼是一種多因素致病性疾病，因此基于青光眼分子基因水平的研究是目前眼科的研究熱點(diǎn)。miR和房水循環(huán)的動態(tài)平衡、小梁網(wǎng)的變化及RGCs的凋亡都有著緊密的聯(lián)系。青光眼患者通常的最終病理結(jié)果是造成視網(wǎng)膜視神經(jīng)的不可逆損害，而RGCs凋亡是導(dǎo)致青光眼中視神經(jīng)損害的主要因素，而又有多種影響因素參與了RGCs凋亡過程。在青光眼疾病中，RGCs通過細(xì)胞凋亡途徑最終會死亡，可能引發(fā)細(xì)胞凋亡的機(jī)制有很多，像氧化應(yīng)激、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活化、神經(jīng)營養(yǎng)因子剝奪、缺血、興奮性毒性等〔15〕。miR存在于視網(wǎng)膜中，并且在有嚴(yán)重青光眼性損害的眼視網(wǎng)膜中表達(dá)〔16〕。因此對于RGC凋亡機(jī)制的綜合理解在青光眼的治療中顯得尤其重要。間充質(zhì)干細(xì)胞(MSCs)在人體內(nèi)發(fā)揮著多種重要的生物功能，包括組織修復(fù)和再生、免疫調(diào)節(jié)、抗炎等生物活性。目前研究表明MSCs在很多神經(jīng)疾病的治療中有著良好的應(yīng)用前景。在急性青光眼小鼠模型中，MSCs能同時抑制caspase-8介導(dǎo)的RGC凋亡及激活小膠質(zhì)細(xì)胞。小膠質(zhì)細(xì)胞是神經(jīng)損害的感受器，在防御神經(jīng)損害、促進(jìn)組織修復(fù)和神經(jīng)再生方面發(fā)揮重要作用。部分功能也是通過斯鈣素(STC)-1發(fā)揮作用。miR-21a-5p(miR-21)及其作用靶點(diǎn)程序性細(xì)胞死亡因子(PDCD)4在STC-1的產(chǎn)生和MSCs在體內(nèi)外保護(hù)神經(jīng)的特性等方面是必不可少的。而且miR-21的過度表達(dá)或者PDCD4基因的敲除能增大MSCs在急性青光眼中介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)效用。通過調(diào)節(jié)miR-21/PDCD4軸可能成為臨床上治療急性青光眼及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新思路。miR在視網(wǎng)膜發(fā)育和RGC層分化形成的過程中有著重要的作用〔17〕。Jayaram等〔18〕利用高滲鹽水對大鼠進(jìn)行單側(cè)眼前房注射引起急性高眼壓，連續(xù)觀察眼壓5 w，全部處死大鼠后，觀察其球后視神經(jīng)損傷程度，從神經(jīng)高度受損的全視網(wǎng)膜及正常對照組中提取miR，和對照組相比，青光眼性大鼠視網(wǎng)膜中8種miR都出現(xiàn)了下調(diào)(miR-181c,miR-497,miR-204,let-7a,miR-29b,miR-16,miR-106b和miR-25)，miR-27a則出現(xiàn)了明顯的表達(dá)上調(diào)。對實(shí)驗(yàn)性青光眼模型的進(jìn)一步研究可能為未來使用miR旨在調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜微環(huán)境為靶向治療技術(shù)的新興神經(jīng)保護(hù)方法的提出提供機(jī)遇。在眼壓升高時對miR的早期動態(tài)變化及基因表達(dá)情況，視乳頭及視網(wǎng)膜的相應(yīng)改變等方面進(jìn)行深入的研究，有助于更好地理解早期RGCs損傷的發(fā)生及發(fā)展機(jī)制。

1.2miR-96與RGCs活性 caspases是含半胱氨酸的天門冬氨酸蛋白水解酶，它能選擇性地切割靶蛋白的天門冬氨基酸殘基而引起細(xì)胞凋亡，具有潛在的破壞力。研究者發(fā)現(xiàn)miR-96的表達(dá)上調(diào)可以降低RGCs的活性，而這一過程主要通過caspases的活化來實(shí)現(xiàn)。當(dāng) caspase-2基因不表達(dá)的時候，miR-96在調(diào)節(jié)RGCs凋亡過程中的作用將會消失，表明了miR能影響RGCs的存活和凋亡很可能是通過和caspases的相互作用實(shí)現(xiàn)的〔19〕。

1.3miR-100與RGC-5細(xì)胞生長 miR-100屬于miR-99家系，是調(diào)控多種細(xì)胞凋亡的重要調(diào)節(jié)因子。在視網(wǎng)膜中，發(fā)現(xiàn)miR-100和糖尿病視網(wǎng)膜病變有著緊密的聯(lián)系，同時Kong等〔20〕利用過氧化氫(H2O2)引起大鼠RGC-5細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激而凋亡，實(shí)驗(yàn)中通過上調(diào)或下調(diào)miR-100的表達(dá)觀察RGC-5細(xì)胞損傷的情況，結(jié)果認(rèn)為下調(diào)miR-100的表達(dá)可能是保護(hù)RGC-5細(xì)胞免受氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡及促進(jìn)RGCs生長或神經(jīng)發(fā)育的有效方法。

1.4miR-30b與RGCs軸突生長 軸突導(dǎo)向因子(Sema)3A是視神經(jīng)損傷后再生的一種主要抑制因子。有研究發(fā)現(xiàn)miR-30b與Sema3A的3′ UTR結(jié)合，抑制了Sema3A信使RNA的表達(dá)，Sema3A表達(dá)水平的下降可以促進(jìn)RGCs軸突的生長，同時能抑制RGCs的凋亡，因此miR-30b介導(dǎo)的Sema3A表達(dá)下調(diào)可能成為臨床上研究治療視神經(jīng)損傷的一種新機(jī)制〔21〕。

1.5miR-134與RGC-5細(xì)胞保護(hù) 研究用H2O2處理過的大鼠RGC-5細(xì)胞中miR-134調(diào)節(jié)RGC凋亡活動的機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，miR-134的抑制表達(dá)有效拮抗了H2O2引起的RGC凋亡，從而保護(hù)RGCs的存活。而且miR-134的過表達(dá)則會加劇RGCs的凋亡。這一調(diào)節(jié)過程的機(jī)制可能與miR-134能通過與環(huán)AMP反應(yīng)性結(jié)合蛋白(CREB)上的3′-UTR的相互作用從而抑制CREB的表達(dá)，而CREB是保護(hù)神經(jīng)元的一個重要轉(zhuǎn)錄因子和促存活蛋白〔22〕。

1.6miR-187與RGC-5凋亡 轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β超家族信號傳導(dǎo)在調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化及許多生物系統(tǒng)發(fā)展過程中起著重要的作用?，F(xiàn)有研究表明TGF-β信號通路在調(diào)節(jié)RGCs的活動中至關(guān)重要。如TGF-β在哺乳類動物眼發(fā)育過程中能抑制細(xì)胞程序性死亡而保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)元。并且TGF-β信號是維持RGCs分化和存活的必要條件，在慢性高眼壓青光眼大鼠模型中能對抗RGCs的細(xì)胞凋亡起到保護(hù)作用〔23〕?？梢粤姿峄募?xì)胞質(zhì)信號分子Smad2和Smad3是TGF-β信號通路的重要激活因子〔24〕?；罨腟mads能夠調(diào)節(jié)多種生物學(xué)效應(yīng)，對于細(xì)胞的生存至關(guān)重要。Smads的抑制因子Smad7能夠?qū)筍mad2/Smad3的活化，消除其促細(xì)胞存活作用〔25〕。miR-187通過細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制Smad7在眼中的表達(dá)，從而調(diào)控RGC-5的凋亡及增殖活動在保護(hù)RGC抑制細(xì)胞凋亡等功能中發(fā)揮著重要的作用〔26〕。

2 總結(jié)與展望

miR是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用于疾病的診斷和治療，到目前為止已在眼球組織中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種miRs。miR和許多眼部疾病的發(fā)展有關(guān)聯(lián)，像視網(wǎng)膜膠質(zhì)瘤、自身免疫性葡萄膜炎、葡萄膜視網(wǎng)膜炎、家族性圓錐角膜。然而miR在青光眼領(lǐng)域的研究目前還處于初級階段。miR在青光眼中的特殊表達(dá)及其作用的基因及miR怎么調(diào)節(jié)和青光眼相關(guān)的生物學(xué)行為等將成為未來的研究焦點(diǎn)。在不遠(yuǎn)的將來，miR將可能成為一種新興的非侵入性的生物學(xué)標(biāo)志，在青光眼的早期診斷、疾病進(jìn)展及預(yù)后評估過程中發(fā)揮重要作用，同時在對青光眼患者提出新的治療措施及減緩青光眼疾病進(jìn)展方面提供一個新的思路。