MicroRNA与神经系统发育的研究进展

　　MicroRNA(miRNA)是一类内源性非编码单链小分子RNA，长度为1923个核营酸。成熟的miRNA通过与靶分子mRNA互补配对结合诱导靶mRNA的降解或翻译抑制，从而发挥调控基因表达的功能。作为新的调控因子，miRNA与组织器官发育、细胞生长分化和凋亡、疾病发生等生命活动密切相关。干细胞作为一类具有自我更新能力和多向分化潜能的早期未分化细胞，不仅是器官发生过程中早期分子活动的研究工具，而且也是组织修复和再生的种子细胞。目前越来越多的证据表明，miRNA在干细胞的自我更新和分化过程中发挥重要的调控作用。神经干细胞作为神经系统原始的细胞，其增殖、分化等生物学行为同样受到相关miRNA的调控，本文对近年来关于miRNA通过影响其靶标mRNA在神经干细胞的表达及功能发挥，进而改变神经干细胞的增殖和分化状态，最终完成对神经系统发育的调节作用加以综述，以期对利用miRNA进行神经发育异常防治提供思路。　　1miRNA参与调控神经系统发育　　神经发育过程是多种基因在特定的怕寸间、　空间”顺序表达的过程，它受到多种因子的精确调控。miRNA作为基因转录后调控因子，已被证实参与对神经系统发育的调节。Grialdez0等[3)通过断裂斑马鱼Dicer酶基因来抑制miRNA生成，并最终导致神经管发育缺陷，初次证明miRNA在神经发育调控中的重要性和必要性。DePietri等}a在研究小鼠胚胎大脑皮层早期发育的实验中同样证实，删除发育中大脑皮层中的Dicer基因，可导致脑内特定的miRNA减少、大脑皮层变薄、新生神经元死亡增加以及神经祖细胞的有丝分裂减少，进一步提示miRNA在新大脑皮层的形成中发挥一定作用。　　随着神经系统发育的不断完善，miRNA的表达出现不同程度的上调或者下调。其中miR-29a，-29b，-34a，一124a，一127，一129，一132和let-7的水平在脑发育过程中呈上升趋势，而miR-18，一19b，-20a，一I06a，一130a和miR-130b则呈下降趋势;随着大脑发育的成熟，miR-22，-30d和一IOla的表达也逐渐增高〔6〕。miRNA表达除了随发育时间不同而改变以外，在不同部位(空间)的脑组织中表达也有所不同。在大鼠脑皮质中特定表达的miRNA有miR-9，-124。一124a.-125b.一127，一128，一132，-219及let-7家族;而在小脑中主要表达miR-195，-497，-30b;在延髓中高表达的miRNA为miR-34a，-451，-219，-338，一10a和一lOb;而miR-7，-7b，-218，-221，-222，-26a,-128a/b，-138和let-7。则在下丘脑中高表达ul以上研究均提示miRNA参与神经系统发育的调控。而miRNA对神经系统发育的调控可能是通过调控神经系统比较原始的、具有自我更新能力和多向分化潜能的神经干细胞增殖、分化来实现。　　2miRNA对神经干细胞增殖、分化的调控作用及机制。　　2.1miRNA参与调控神经干细胞增殖　　miRNA不仅在不同的脑组织中差异表达，在不同的神经细胞中的表达也不尽相同。研究「822〕证实rmiRNA可能通过不同的途径和机制参与调控神经干细胞增殖(图1)·已证实大脑皮质中富集表达的miR-124可以通过影响不同的靶标mRNA，参与抑制神经干细胞增殖。神经元专一性染色体改构复合物BAF(nBAF)是神经发育和树突形成所必需的物质，BAF亚基BAF53a和BAF45:在神经千细胞增殖中起重要作用miR-124可通过抑制神经千细胞中BAFS3a和BAF45。表达，从而减缓神经十细胞的增殖rg长miR-124也可以通过靶向调控JAG-notch信号途径，减少神经干细胞的增殖〔9」。miR-9和let-7b主要通过抑制其靶基因核受体(tailless-likeprotein,TLX)和其下游效应器细胞周期调节基因。yxlinD1的表达，抑制神经干细胞的增殖[io-iy0也有部分miRNA促进神经干细胞增殖，如过表达miR-106b-25簇，-137，-184促进了神经干细胞的增殖，而敲除上述miRNA后神经于细胞增殖受到抑制〔}z-in}。已证实miR-137可以抑制组蛋白转甲基酶和多梳组蛋白家族成员Ezh2的转录，导致组蛋白H3第27位赖氨酸甲基减少，从而促进神经干细胞的增殖[‘2〕;而miR-184则可通过与Numbl(神经系统发育过程中的重要调节因子)的3'-UTR结合而影响其转录，从而减轻Numb1对神经干细胞增殖的抑制作用;miR-106b--25簇促神经干细胞增殖的作用可能是通过与转录因子Fox03的3'-UTR位点结合实现的。此外，miR-92b在胚胎斑马鱼大脑增殖活跃区高表达，提示其可能参与维持神经干细胞增殖的特性。　　2.2miRNA参与调控神经干细胞分化　　在神经发育的过程，神经干细胞在多种信号的诱导下，可自发分化成特定的神经细胞，如神经元或胶质细胞目前已证实在不同类型的神经细胞中miRNA表达谱不同-}}miRNA，如miR-125一128，一133，一134一388一9和一124特定地表达于神经元细胞中，而在星形胶质细胞中miR-23，-26,-29高表达，另有一些miRNA如miR-9,-125则在两种细胞中均有表达2斗25」二除此之外，更多的研究已经证实miRNA通过不同的途径参与对神经干细胞分化的调控。　　2.2.1miRNA参与调控神经干细胞向神经元方向的分化miRNA调控神经元分化的作用最早在线虫中被证实线虫的左侧味觉受体细胞(ASEL)和右侧味觉受体细胞(ASER)两种双侧对称的化学感觉神经元均由线虫味觉受体神经元(AS助分化而来，但各自表达完全不同的化学感受受体。己证实这两种神经元的终末分化及其状态稳定由lsy-6和miR-273两种miRNA的负反馈通路介导}s}脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophicfactor,BDNF)与其受体TrkB结合激活一系列信号转导通路，可促进神经兀分化、轴突生长，并调节突触可塑性川。Le等在实验中发现miR-7，-124a，-125b，-199a,-m-199a‘和一214可通过调节BDNF的表达，促进神经元分化，其中miR-125b还可通过对抗其靶标mRNA对神经元特异性基因表达的抑制而直接参与神经元分化的调控飞miR-124不仅参与抑制神经卜细胞的增殖，还通过负性调控以下多个靶标mRNA来促进神经元分化:1)通过下调SOX9的表达而促进干细胞向神经元方向分化过表达miR-124后，侧脑室室管膜下区(subventricularzone,SVZ)神经十/前体细胞中SOX9表达明显下降，SVZ神经干/前体细胞向神经元方向分化增加〔‘6伙2)直接抑制梭基端小结构域磷酸酶1(smallcarboxy-terminaldomainphosphatase1,SCPI)促进神经元基因的表达。SCP1是限制性内切酶1沉默转录压}子(restrictionendonuclease1-silencingtranscriptionfactor,REST)发挥抑制神经元基因表达的必需成分，miR-124通过直接抑制SCPl降低REST的抑制活性，实现对神经元分化的促进作用;3)与REST/SCP1复合物形成负反馈环路，参与对神经干细胞向神经元分化的调控(神经干细胞中，miR-124负性调控SCP1的作用，其表达同时受REST/SCP1复合物抑制’通过下调其另一靶标多聚嚓陡核昔酸1(PTBP1)的表达促进干细胞间神经元方向分化。PTBP1在非神经元和神经前体细胞中高表达，在神经元中低表达，miR-124可通过抑制PTBP1的表达促进神经元分化。　　miR-9是除了miR-124之外另一个被证实参与促　　进神经元分化的miRNA}miR-9在神经元中高表达，过表达miRNA-9能提高神经干细胞向神经元方向的分化比例，敲除miR-9或减少其表达，神经下细胞向神经元方一向分化受到抑制}'9'ZB}.,miR-9促进神经元分化主要通过TLX的负反馈回路实现TLX作为一种转录调节因子可通过抑制其下游靶标基因的转录促进神经f_细胞增殖，抑制其分化miR-9抑制TLX的表达，进而加速神经元的分化’。miR-9还可能通过调控REST以及FoxGl等促进神经元分化zo,z9,n1iRNA不仅参与神经元的生成，一些miRNA也参与促进神经元轴突的生长、调节突触可塑性，如miR-132通过调节其下游靶标p250GAP(一种GTP酶激活蛋白)促进新生神经元神经突生长口.　　miR-34。-541可通过调控其各白靶标的表达参与促进轴突生长一3一33,miR-134具有通过抑制蛋日激脑LIMK1的翻译合成负调节树突棘大小3斗，而过表达miR-13:可通过调节Mibl(泛索连接酶)的表达减少树突的形成。　　2.2.2miRNA参与调控神经干细胞向胶质细胞方向分化敲除Diced可造成髓鞘结构损害，提r}miRNA可能在胶质细胞分化中发挥重要作用:36长Letzen等一37〕对胶质分化过程中miRNA表达谱进行分析，显示不同分化阶段的少突胶质细胞(oligodendrocyte,OL中miRNA的表达不同，m}R-214，一184,-1183主要表达于未成熟的少突胶质细胞，而miR-199a和-145可持续表达，直到细胞成熟，提TmiRNA可能参与调控少突胶质细胞的分化成熟另有报道显示:miR-219和一338分别通过抑制生长因子受体PDGFRa和FGFR2表达，抑制少突胶质细胞有丝分裂，促进其成熟分化;miR-219和一338亦可同时下调Sox6,Hess,ZFP238和FoxJ3等转录因子的表达促进神经干细胞向OL方向分化[zz,ss一在外周施万细胞的分化、成熟过程中，也有miRNA的参与。　　在神经干细胞中过表达miR-124，-128，-9,-125b，-z2会促进神经元分化，同时明显降低星形胶质细胞的分化比率。　　3miRNA与神经发育异常miRNA不仅通过对一神经干细胞增殖分化的调控来影响神经系统发育，而且也对神经系统可塑性有调节作用。在多种神经发育异常的疾病中，伴随有miRNA的生成或表达异常;形成miRNA的Dicer酶的缺失也与多种神经发育异常密切相关。　　在哺乳类动物胚胎期Dicer酶的缺失，会引起前脑正在分化的神经元发生凋亡，前脑体积明显减小;出生后小脑和前脑多巴胺能神经元Dicer酶缺乏，引起该处神经元凋亡一18,39;斑马鱼脑形成过程中，DlCer突变严重影响神经管的形成，而注射miR-430可逆转这种发育缺陷神经发育缺陷伴随有miR-9，一131,let-7和一200家族以及miR-125b等表达异常+o-+;;在脆性X综合征中，智力低下蛋白(FMRP)可以与Dicer酶和剪切蛋白1(argonauteprotein1,AGO1)结合，调节它们的活性，从、fll影响miRNA成熟过程L++而在Rett综合征miR-132可能通过影响其靶基因MeCP2的功能而影啊大脑皮层锥形细胞树突数量以及哭匀虫日口形成。　　4总结神经卜细胞正常的增殖、分化和迁移对于保证神经系统正常发育至关重要miRNA通过参与对神经干细胞增殖、分化的调控，在神经系统发育和疾病发展过程中发挥重要调节作用。日前关于miRNA的研究仍在不断展开和深人，细胞巾仍有大量的miRNA未被发现，已经发现的miRNA还有更多未知的功能有待开发，对于有多少mRNA参与了m工RNA对神经干细胞增殖、分化的调节目前还并不完全清楚。相信，对神经发育相关miRNA的深人研究，将对开发利用m工RNA进行神经发育异常以及疾病的防治产生深远的影响。　　参考文献　　Lagos-Quintana M,Rauhut R,Lendeckel W. Identification of novel genes coding for small expressed RNAs[J].Science,2001,(5543):853-858.　　Meza-Sosa KF,Valle-Garcia D,Pedraza-Alva G. Role of microRNAs in central nervous system development and pathology[J].Journal of Neuroscience Research,2012,(01):1-12.　　Giraldez AJ,Cinalli RM,Glasner ME. MicroRNAs regulate brain morphogenesis in zebrafish[J].Science,2005,(5723):833-838.　　De Pietri TD,Pulvers JN,Haffner C. miRNAs are essential for survival and differentiation of newborn neurons but not for expansion of neural progenitors during early neurogenesis in the mouse embryonic neocortex[J].Development,2008,(23):3911-3921.doi:10.1242/dev.025080.　　Smith B,Treadwell J,Zhang D. Large-scale expression analysis reveals distinct microRNA profiles at different stages of human neurodevelopment[J].PLoS One,2010,(06):el1109.　　Eda A,Takahashi M,Fukushima T. Alteration of microRNA expression in the process of mouse brain growth[J].Gene,2011,(01):46-52.　　Martino S,di Girolamo I,Orlacchio A. MicroRNA implications across neurodevelopment and neuropathology[J].Journal of Biomedicine and Biotechnology,2009.654346.