microRNAs在脊髓損傷中的研究進展

景 文，李 生，李永盛，邱曉明

（1.定西市第二人民醫(yī)院，甘肅定西 743000;2.蘭州大學第二醫(yī)院，甘肅蘭州 730000）

脊髓損傷（spinal cord injury,SCI）是一種具有高致殘率的嚴重中樞神經系統(tǒng)創(chuàng)傷，可導致運動、感覺及自主神經功能的異?；騿适В?］。全球每年的發(fā)病率約為40～80/1 000 000，由于發(fā)病率高、缺乏有效的治療手段，給患者、家庭及社會帶來了巨大的經濟負擔［2］。SCI包括兩個連續(xù)的發(fā)展過程：原發(fā)性脊髓損傷和繼發(fā)性脊髓損傷；原發(fā)性脊髓損傷是直接由外力引起的組織破壞或撕裂，可分為神經損壞和血管結構破壞［3］。繼發(fā)性脊髓損傷是在原發(fā)性損傷的基礎上，促炎因子、趨化因子和補體激活產物等被激活，介導神經炎癥反應、氧化應激及凋亡等［4］。這些繼發(fā)性的病理生理反應最終導致血脊髓屏障的破裂，進一步惡化損傷部位的微環(huán)境，使脊髓損傷的修復更加困難［5］。然而目前為止，沒有有效干預措施可以阻止繼發(fā)性脊髓損傷及誘導神經再生，因而修復脊髓和恢復神經功能成為目前臨床的一大難題。

microRNAs（miRNAs） 是一類由 18～25 個堿基組成的小非編碼RNAs，其通過結合靶基因的3'非編碼區(qū)（UTR）導致靶基因的降解或翻譯抑制，進而在轉錄后水平控制mRNAs表達、蛋白質產生和細胞功能［6］。自1993年首次在秀麗線蟲體內發(fā)現(xiàn)miRNA以來，miRNAs在人體及動物模型中已開展了廣泛的研究，相關研究表明人體內的miRNAs至少800種［7］。脊髓損傷改變了包括氧化應激、炎癥和凋亡在內的許多繼發(fā)性損傷相關的miRNAs的表達，而miRNAs的差異表達會引起靶基因的改變進而調節(jié)細胞的功能。因此，miRNAs是脊髓損傷后脊髓修復及神經功能恢復方面非常有前途的研究領域，可為治療脊髓損傷提供新的切入點。

本綜述描述了近年來脊髓損傷相關miRNAs的研究進展，重點闡述了凋亡及氧化應激相關miRNAs的作用?？偨Y脊髓損傷中miRNAs的調控機制，為進一步研究miRNAs在脊髓損傷中的作用提供方便。

1 脊髓損傷的病理生理

脊髓損傷是一種高致殘率的嚴重中樞神經系統(tǒng)創(chuàng)傷，主要病理生理特征是脊髓受到外力、擠壓等外界打擊后，引起以大量炎癥細胞介導的炎癥反應為主體的繼發(fā)性損傷，并出現(xiàn)缺血、水腫、缺氧和膠質瘢痕等細胞功能改變，加重了殘存神經細胞的死亡［3］。脊髓損傷引起的炎癥、氧化應激及凋亡反應是造成脊髓功能難以恢復的重要原因，對脊髓損傷的預后至關重要。脊髓損傷后，活化的小膠質細胞和血液中浸潤的巨噬細胞無法區(qū)分，形成中樞神經系統(tǒng)損傷特有的小膠質/巨噬細胞群，亦是脊髓損傷后最重要的炎癥細胞［8］?；钚匝鹾统趸锏募せ钜鹧醯幕瘧し磻粌H會導致大量神經元的死亡，同時破壞血管內皮、膠原纖維支架等，進一步惡化損傷部位的局部微環(huán)境，抑制了神經元的再生和神經功能的恢復［5］。因此，控制繼發(fā)性損傷是治療脊髓損傷提高神經功能恢復的重要途徑。

2 miRNAs的產生及功能

microRNAs（miRNAs） 是一類由 18～25 個堿基組成的小非編碼RNAs。在細胞核中，miRNA基因被RNA聚合酶II或III轉錄生成pri-miRNA。這些primiRNA表現(xiàn)出莖環(huán)發(fā)夾的功能二級結構，并被核RNase III酶Drosha/DGCR8裂解，從而釋放pre-miRNA。然后，pre-mRNA將被運輸?shù)郊毎|中；在細胞質中pre-miRNA被進一步處理產生約22個堿基的miRNA雙鏈，只有成熟的miRNA鏈被整合到沉默復合體中，并以沉默復合體的形式存在［9］。而另一條鏈被降解。

成熟的miRNAs可以與目標mRNAs的3’端UTR結合，導致mRNAs降解或翻譯抑制，進而引起蛋白質結構或細胞功能的改變［6］。研究表明，一個miRNA可以靶向多種不同的mRNAs，同時一個mRNAs可以被不同的miRNAs調控［10］。此外，一個給定的miRNA在同一個mRNA中可能有多個結合位點，從而增加其整體作用［11］。

3 miRNAs對脊髓損傷后凋亡的調控作用

脊髓損傷后，神經元微環(huán)境發(fā)生改變，如神經營養(yǎng)因子缺失、炎癥因子增加、趨化因子和補體激活產物激活等會導致神經元的凋亡［12］。研究表明，miRNAs在神經元凋亡過程中起著重要作用，其中有些miRNAs促進神經元的凋亡反應，抑制脊髓損傷的修復。例如Cao等［13］建立脊髓損傷小鼠模型后檢測到miR-99b-5p表達增高，并通過熒光素梅報告實驗發(fā)現(xiàn)miR-99b-5p通過mTOR促進神經元的凋亡；而注射miR-99b-5p抑制劑后損傷部位凋亡反應減輕。另一項研究，發(fā)現(xiàn)大鼠脊髓損傷后miR-125b表達升高并促進凋亡相關因子caspase-3的表達，而miR-125b抑制劑可抑制損傷部位的細胞凋亡［14］。與此類似，Liu等［15］研究發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后miR-223的表達增高并促進神經元凋亡，而給予miR-223抑制劑可改善這一現(xiàn)象。這幾項研究說明脊髓損傷后miRNAs的差異表達會引起神經元的進一步損傷。

部分miRNAs在脊髓損傷后的差異表達會抑制神經元的凋亡，起到促進神經功能恢復的作用。PI3K/AKT信號軸的激活是調節(jié)凋亡蛋白表達的重要途徑，許多調控凋亡的分子都通過PI3K/AKT信號軸調控細胞凋亡。脊髓損傷中miRNAs也可通過PI3K/AKT通路調節(jié)神經元的凋亡反應。研究報道在脊髓損傷模型中 miR-34a，miR-92b-3p，miR-29a，miR-181d-5p等均可通過激活PI3K/AKT通路抑制脊髓損傷后的神經元凋亡，促進脊髓損傷的修復［12，16，17］。此外，中樞神經系統(tǒng)富集的 miR-21 及miR-124也在脊髓損傷后的抗凋亡過程中發(fā)揮重要作用［7］。研究發(fā)現(xiàn)在脊髓損傷動物及細胞模型中miR-21的表達明顯上調，并可通過靶向調控目的基因PDCD4、PTEN等抑制凋亡反應，有利于神經功能的恢復［18］。Song 等［19］在脊髓損傷大鼠模型中發(fā)現(xiàn)miR-124表達升高，并通過激活Wnt/β-catenin抑制凋亡，改善脊髓損傷。除此之外，還有部分miRNAs例如miR-let7、miR-98等既可促進凋亡又可抑制凋亡［20］。由此可見，miRNAs是調控凋亡反應的關鍵分子。

總之，miRNAs在脊髓損傷后通過不同機制調控凋亡反應，既可以正調控也可以負調控。因此通過靶向miRNAs抑制脊髓損傷后凋亡可作為臨床治療脊髓損傷的切入點。

4 miRNAs對脊髓損傷后氧化應激的調控作用

脊髓損傷往往伴隨著炎癥反應，與此同時反應性氧化物（reactive oxidative species,ROS）如自由基及超氧陰離子等會明顯增加并引發(fā)氧化應激反應，進一步加重脊髓損傷。研究發(fā)現(xiàn)miRNAs在脊髓損傷后氧化應激反應過程中發(fā)揮重要作用，本文分促進氧化應激和抑制氧化應激兩個方面敘述。部分miRNAs在脊髓損傷中的差異表達促進氧化應激反應。例如Zhu等［21］建立脊髓損傷小鼠模型后發(fā)現(xiàn)miR-219-5p表達降低，并在損傷后第7 d降到最低，而此時的氧化應激反應最明顯，給小鼠注射miR-219-5p模擬物后損傷部位的炎癥及氧化應激反應明顯改善。另一項研究用H2O2誘導PC12細胞建立氧化應激模型后發(fā)現(xiàn)miR-26a表達升高并通過PI3K/AKT和MEK/ERK通路調節(jié)PC12細胞的氧化應激反應［22］。而有些miRNAs可抑制氧化應激反應，促進脊髓損傷后的修復。如Dai等［23］在脊髓損傷小鼠模型中發(fā)現(xiàn)miR-137模擬物可改善氧化應激及炎癥反應，雙熒光素梅報告實驗發(fā)現(xiàn)NEUROD4是miR-137的靶基因，即miR-137通過靶向NEUROD4調節(jié)氧化應激反應。另有研究報道m(xù)iR-30a-5p可通過MAPK/ERK信號軸、miR-25可通過WNT/β-catenin信號軸調節(jié)氧化應激促進脊髓損傷的修復［24］。由此可見，miRNAs的改變可以成為改善氧化應激的切入點。TLR/NF-κB通路的激活會引起細胞的氧化應激反應，在脊髓損傷中多種miRNAs可通過TLR/NF-κB調節(jié)氧化應激。Zhang等［25］通過H2O2作用于C8-D1A和C8-B4細胞及雙熒光素梅報告實驗證明了miR-27a-3p可通過下調TLR4抑制氧化應激及炎癥反應。除此之外，研究表明miR-146a和miR-940也通過TLR/NF-κB信號軸調節(jié)脊髓損傷的氧化應激反應［26］。因此可以以TLR為出發(fā)點發(fā)掘更多氧化應激相關的miRNAs。

在ceRNA網中，lncRNAs與miRNAs相互作用可調節(jié)脊髓損傷后的氧化應激。在體外研究中發(fā)現(xiàn)lncRNA ANRIL過表達通過靶向抑制miR-499a激活PI3K/AKT/mTOR/P70S6K信號軸加重PC12細胞的過氧化氫損傷［27］；而Lnc RNA SNHG16可通過上調miR-423-5p抑制過氧化氫誘導的PC12細胞損傷［28］。體內實驗發(fā)現(xiàn)lncRNA MALAT1通過調節(jié)miR-199b/IKKβ/NF-κb信號通路參與脊髓損傷后小膠質細胞炎癥及氧化應激反應［29］。然而，lncRNAs和miRNAs在脊髓損傷中的作用機制仍待進一步研究。

氧化應激在脊髓損傷后繼發(fā)性損傷過程中發(fā)揮重要作用，抑制氧化應激可作為治療繼發(fā)性損傷的重要途徑，上述研究表明miRNAs在氧化應激過程中扮演著重要角色，所以miRNAs可作為研究調節(jié)氧化應激反應的靶點，促進脊髓損傷的修復。

本綜述主要從脊髓損傷的病理生理、miRNAs的產生及功能、miRNAs對脊髓損傷后凋亡及氧化應激的調節(jié)作用幾個方面闡述了脊髓損傷中miRNAs的最新研究進展?？偨Y了miRNAs在脊髓損傷后的調節(jié)作用及作為調節(jié)靶點在脊髓損傷治療中的潛在作用，為miRNAs在脊髓損傷中的研究提供參考。本文的參考數(shù)據主要來源于動物及細胞實驗，有一定的參考價值。但相對于人體的復雜系統(tǒng)而言還是有一定的不同，因此將這些理論運用于人體還有待進一步的研究。

生物信息學的分析表明，miRNAs的潛在靶點參與了脊髓損傷相關的多種病理生理過程，包括炎癥、凋亡、氧化應激等。研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷部位miRNAs的變化很大程度上是由受損脊髓細胞表達改變所致，同時也受到損傷部位免疫細胞的浸潤和損傷后特定神經細胞死亡和遷移的影響。因此研究miRNAs在脊髓損傷中的作用機制有助于通過調節(jié)miRNAs治療脊髓損傷。

由于中樞神經系統(tǒng)結構的復雜性，并且神經元屬永久性細胞，再生能力差，所以脊髓損傷后的恢復及治療仍是臨床的一大難題。隨著新miRNAs的不斷發(fā)現(xiàn)和深入研究，越來越多的miRNAs被證明在脊髓損傷后異常表達，與脊髓損傷的發(fā)生、發(fā)展密切相關，一些miRNAs可能成為脊髓損傷的有效治療靶點。然而miRNAs在脊髓損傷過程中的直接作用機制仍沒有研究清楚，有待進一步探索。