2024, Vol. 43文章信息
- 陈曦, 李玉姣, 赵岚
- CHEN Xi, LI Yujiao, ZHAO Lan
- microRNA-124在阿尔兹海默症中的作用及针刺干预研究进展
- Research progress on the role of microRNA-124 in Alzheimer's disease and acupuncture intervention
- 天津中医药大学学报, 2024, 43(1): 64-70
- Journal of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, 2024, 43(1): 64-70
- http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1673-9043.2024.01.10
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文章历史
收稿日期: 2023-08-30
2. 国家中医针灸临床医学研究中心, 天津 300381
2. National Clinical Research Center for Chinese Medicine Acupuncture and Moxibustion, Tianjin 300381, China
痴呆是21世纪公认的健康难题，目前全球约有5 500万痴呆患者，其中阿尔兹海默症（AD）是最常见的类型[1]。AD是一种以进行性认知功能障碍和记忆损害为特征的神经退行性疾病，多为渐进性发作，伴有缓慢、进行性的智力衰退，伴有人格改变。AD的主要病理学特征为淀粉样前体蛋白（APP）裂解生成的β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积脑内形成的老年斑（SP）及大量神经纤维缠结（NFT），并伴随神经元数量减少[2]。
microRNA是小的内源性非编码RNA分子，存在于所有真核细胞中。已知许多主要的细胞功能，如发育、分化、生长和代谢，均受microRNA调控[3]。目前为止，有很多关于microRNA在AD发病作用中的相关研究，主要集中在microRNA表达谱的建立方面，以寻找在AD中异常表达的microRNA[4]。microRNA-124在小鼠中枢神经系统中的表达比在其他器官中的表达高出100倍以上，是极其丰富的microRNA之一[5]。microRNA-124在神经分化时开始表达，在分化和成熟神经元中的表达达到较高水平。microRNA-124在控制神经元分化[6]、神经免疫[7]、突触可塑性和轴突生长[8]方面发挥关键作用。总之，将microRNA-124强制过表达至AD动物模型的齿状回中，可以提高学习能力，减轻相关病理损伤，并减少神经元凋亡。
中医常采用针刺治疗AD，有很好的疗效。针刺治疗AD的干预机制可能与减少Aβ沉积、下调Tau磷酸化、抑制神经炎症反应、调节血管活性物质、调节神经肽、抑制氧自由基产生及调节突触可塑性等相关[9]。随着研究深入，研究人员发现针刺治疗AD与microRNA-124之间可能存在一定联系，但具体机制仍在研究中。本文旨在探讨microRNA-124在AD中的作用并总结针刺干预AD的研究进展。
1 microRNA-124调节AD中的AβAβ是由APP经过β-分泌酶和γ-分泌酶介导裂解产生的肽[10]，是Aβ淀粉样蛋白斑块的主要成分，也是AD的关键致病因素。
据报道，β位点淀粉样前体蛋白裂解酶1（BACE1）是Aβ生成的关键限速蛋白酶[11-12]，它需要从跨膜Aβ前体蛋白中产生Aβ，在AD中异常上调[13]。因此，BACE1是阻断AD早期病理事件的主要治疗靶点之一。通过抑制或过表达核富集转录体1（NEAT1）可以调节microRNA-124表达。microRNA-124是NEAT1的直接靶点[14]，而BACE1是microRNA-124的下游靶点。在AD小鼠模型中，NEAT1明显上调，microRNA-124明显下调。敲除NEAT1或过表达microRNA-124对Aβ诱导的细胞AD模型具有保护作用[15]。有实验证明，microRNA-124可以直接靶向BACE1mRNA的3’端非编码区（3’UTR），是BACE1的负调节因子，microRNA-124的下调减弱了Aβ诱导的SH-SY5Y细胞凋亡和细胞活力抑制[16]。这些报告表明，microRNA-124作为一种重要的调节因子，可能通过靶向BACE1来减轻AD过程中的细胞凋亡，抑制BACE1的分泌酶活性，因此BACE1可能被认为是治疗AD发展的重要候选抑制剂。
有研究认为Notch-1的减少可能使淀粉样蛋白积聚，使神经细胞易于发生凋亡，Notch-1是Notch通路的一个受体，主要是在神经系统中持续表达，在衰老大脑中的表达水平存在一定程度降低[17-18]。一些功能研究表明，在神经元细胞中Notch-1和APP可以互相影响彼此的行为[19]，调节Notch-1受体及其下游靶点的表达，可减少Aβ产生[14]。JAG1作为Notch信号传导中的一个配体，是microRNA-124的直接靶标。microRNA-124的表达与JAG1蛋白表达水平呈负相关。microRNA-124靶向JAG1的3’UTR区域并抑制JAG1表达，从而负调节Notch信号传导，影响Aβ含量[20]。microRNA-124的过表达挽救了破坏的血脑屏障，促进了血管生成，减少了Aβ沉积，最终缓解了AD小鼠的学习与记忆缺陷[21]。
Aβ被认为是造成认知障碍的原因，针灸疗法可以显著下调痴呆患者Aβ水平[22]，夏昆鹏等[23]通过比较电针联合西药与单纯西药治疗的疗效，发现电针治疗可以有效降低AD患者血清中APP、Aβ1-14水平，改善患者的学习记忆能力。电针刺激同样可以减少海马组织样品中BACE1和APP含量，调节磷酸化蛋白激酶A（p-PKA）蛋白等相关底物[24]。电针神庭、百会穴可以调节小胶质细胞极化并且减少Aβ斑块形成[25]。总之，针灸通过刺激多个不同穴位，抑制BACE1和APP的表达，增强Aβ的清除能力，减少Aβ沉积，从而有效治疗AD。
2 microRNA-124调节AD中的Tau磷酸化相关研究在分析影响临床AD患者认知能力下降的因素中，发现Tau磷酸化较Aβ更有影响力[26]。AD患者脑脊液中总Tau蛋白含量较正常人高，异常磷酸化的Tau总蛋白也显著增加[27]。磷酸化会降低Tau与微血管的结合能力[28]，并且诱导Tau自动组成缠结物。Tau可以被许多蛋白酶切割，这可能促进Tau聚集。如δ-分泌酶，也称为天冬酰胺内肽酶（AEP），是一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶，可切割APP和Tau[29]。Aβ和磷酸化Tau之间的协同作用，可以通过糖原合酶激酶-3（GSK-3）途径来完成。Aβ可以通过GSK-3激活上调神经元纤维缠结的产生，导致Tau的磷酸化[30]。
microRNA-124-3p通过减弱AD中Tau诱导的细胞凋亡的过度磷酸化而发挥保护作用。AD中的microRNA-124过表达可以通过酪氨酸蛋白磷酸酶非受体1型（PTPN1）导致Tau激酶和磷酸酶之间的不平衡[31]。PTPN1也称为蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B），它是一种典型的非跨膜酪氨酸磷酸酶[32]，广泛存在于多种组织中。还有实验证明microRNA-124-3p通过调节AD中Caveolin-1/磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）途径抑制Tau异常高磷酸化。microRNA-124-3p不仅可以在不改变Tau总蛋白的情况下减轻细胞凋亡和Tau蛋白的异常高磷酸化，而且可以增加细胞中Caveolin-1、PI3K[33]、磷酸化Akt（Akt-Ser473）、GSK-3β的表达水平[34]。Caveolin-1在AD中的mRNA和蛋白质水平上调了大约两倍。此外，有实验发现microRNA-124被α7烟碱型乙酰胆碱受体（α7nAChR）上调并发挥GSK-3β诱导的神经毒性抑制作用，从而改善AD的冲动和焦虑控制[35]。Tau蛋白的过度磷酸化由细胞周期蛋白依赖性激酶5（CDK5）控制，其异常激活由钙蛋白酶（CAPN）诱导[36]。microRNA-124-3p是一种可以靶向CAPN1的microRNA，它在功能上抑制了CAPN1的蛋白翻译，降低CAPN1蛋白水平。这些发现说明microRNA-124通过调节不同信号通路或靶点影响Tau蛋白磷酸化，这可能为AD提供一种新的治疗途径。
Tau蛋白的过度磷酸化和神经纤维异常缠结会使神经产生毒性。通过早期电针百会、大椎、肾俞等穴位[37]，可以降低海马组织中磷酸化Tau蛋白水平，有效改善SAMP8小鼠的学习记忆能力。电针百会、肾俞可以降低海马CA1区的Aβ和过度磷酸化Tau蛋白的浓度[38]，这是通过上调过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ），下调过度磷酸化p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）来实现的。PPAR-γ可以影响淀粉样蛋白生成途径和Tau过度磷酸化的抑制，而p38MAPK磷酸化可促进Tau的异常磷酸化。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β（IL-1β）蛋白在AD大鼠海马和前额叶皮层中上调[39]，他们会促进淀粉样蛋白的产生和Tau过度磷酸化。
3 microRNA-124调节AD神经炎症反应神经炎症过程在AD中发挥重要作用[40]。小胶质细胞被认为是炎症分子的主要来源，可以诱导或调节广泛的细胞反应。小胶质细胞已经被发现在散发性AD的发病机制中具有关键作用[41-42]。小胶质细胞在疾病进展中发挥着双重作用[43]。M1小胶质细胞产生炎症介质，引起炎症和神经毒性，而M2小胶质细胞产生抗炎介质，诱发抗炎和神经保护作用[44]。
激活的小胶质细胞在吞噬Aβ斑块的过程中始终围绕Aβ斑块，这可能起到神经保护或神经退行性作用[45]。microRNA-124具有通过靶向小胶质细胞上的调节因子X1（RFX1）[46]转录物来调节载脂蛋白E（ApoE）的结合位点，从而改变Aβ摄取功能。因此，小胶质细胞中microRNA-124的表达降低，上调了RFX1水平，降低了ApoE含量[47]。microRNA-124-3p还可以靶向ApoE的抑制性转录因子Rela，促进Aβ蛋白水解分解并抑制Aβ异常[48]。ApoE是大脑中的一种主要载脂蛋白载体，已被发现是RFX1的靶基因并且可以增强小胶质细胞中的Aβ降解[49]。同时，ApoE也被证明与纤维状或可溶性Aβ竞争，分别被小胶质细胞和星形细胞摄取与降解[50]。这些研究表明，microRNA-124靶向小胶质细胞RFX1调节ApoE可能是改善Aβ清除率的潜在治疗策略。
外泌体是脂质膜囊泡，可以将microRNA-124输送至大脑中。外泌体的释放受神经递质影响，刺激小胶质细胞上的5-HT受体，可能导致含有靶向Aβ肽的胰岛素降解酶的外泌体释放，这种酶可以降解AD中的神经毒性肽APP[51]。小胶质细胞外泌体有助于AD中Tau的传播[52]，这在很大程度上决定了神经系统损伤后的治疗效果。microRNA-124治疗促进了小胶质细胞的M2（抗炎）极化，进一步改善了海马神经发生和脑损伤后的功能恢复[53]。microRNA-124-3p还可以促进划伤后神经突的生长，其特征是神经突分支数量和总神经突长度增加，神经退行性蛋白的表达降低[54]。
以往的实验研究发现，炎性介质IL-6、TNF-α等是可以反映神经元受损程度的灵敏性指标[55]，与痴呆的认知功能障碍有关。陈英华等[56]经过研究发现针刺四神聪、风池穴能够降低血管性痴呆大鼠血清中的TNF-α、IL-1β含量。田文静等[57]使用方氏头皮针调控大鼠海马组织中TNF-α，改善血管性痴呆大鼠的学习记忆能力。房雅楠[58]研究表明电针完骨穴可以降低海马IL-1β mRNA、白细胞介素-6（IL-6）mRNA、TNF-α mRNA的表达水平，减轻海马神经细胞损伤。方剑乔等[59]通过电针百会、太溪、足三里对痴呆大鼠p38MAPK产生调节作用，阻断免疫炎性反应。因此，针刺治疗AD的机制可能是通过调控炎症因子表达以减少神经炎性反应。Wang等[60]发现针灸可以显著改善基因敲除小鼠脑内小胶质细胞的过度激活，逆转认知缺陷及神经元细胞丢失。上述研究均表明，针灸可以减轻大脑中的神经炎症，改善认知障碍。
4 microRNA-124调节AD突触可塑性突触丧失是AD的早期病理事件。AD中存在环磷酸腺苷（cAMP）信号传导和cAMP反应元件结合蛋白（CREB）介导的转录级联下调[61]。CREB是一种组成性表达的核转录因子，调节参与神经元存活和功能的基因表达。CREB在记忆中的作用被认为是其参与长期形式的突触可塑性的结果，而且还可以调节神经元的内在兴奋性[62]。胆碱能神经元丢失也是AD的主要病因学因素，其中α7nAChR是一种在海马和大脑皮层高度表达的离子通道[63]，可以调节γ-氨基丁酸（GABA）和谷氨酸能终末的神经递质释放，并在突触后发挥作用以调节兴奋性输入。
有研究表明microRNA-124在突触的长期可塑性中起着至关重要的作用，增强突触可塑性有助于恢复AD的记忆缺陷[64]。microRNA-124存在于感觉-运动突触的突触前，它通过调节转录因子CREB制约5-HT引起的突触促进作用。海兔实验发现microRNA-124仅存在于感觉神经元而非运动神经元中，其表达受神经递质血清素的调节[65]。因此，它可能通过直接控制CREB和CREB信号传导在长期突触可塑性中发挥作用。脑老化会导致血管减少，从而导致氧气的可用性降低。因此，有实验证明高氧治疗能够通过上调小鼠海马中的CREB活性，增加脑源性神经营养因子（BDNF）在内的神经营养因子的表达[66]，强调了高氧治疗AD的潜力[67]。microRNA-124在BDNF、CREB中具有预测的高结合能量的靶点。
microRNA-124/PTPN1通路是AD患者突触功能障碍和记忆丧失的重要介导物。microRNA-124的过表达或PTPN1的敲低可诱导AD样表型，而破坏microRNA-124/PTPN1相互作用可以缓解AD中的突触衰竭和记忆缺陷[31]。内源性聚嘧啶束结合蛋白1（PTBP1）也是microRNA-124的一个靶基因，是非神经元细胞中选择性前mRNA剪接的全局抑制因子[68]。microRNA-124可以通过消耗细胞中的PTBP1，调节APP mRNA的选择性剪接，从而减少Aβ肽的产生。这些发现证明了microRNA-124作为AD治疗新靶点的价值，对增强突触可塑性和改善认知缺陷产生影响。
神经递质的释放与学习记忆有关，其中主要包括乙酰胆碱。有研究发现痴呆患者的乙酰胆碱合成减少，胆碱酯酶的活性增加，胆碱能系统出现紊乱。而针刺可以改善胆碱能功能[69]。杨琼等[70]通过针刺耳穴治疗血管性痴呆模型大鼠，结果发现海马胆碱乙酰转移酶（ChAT）免疫反应阳性神经元含量增多，胆碱能神经元得到保护，从而提高大鼠的学习记忆能力。杨春壮等[71]研究发现针刺百会、大椎、水沟穴后，大鼠血清和海马组织中乙酰胆碱酯酶含量均降低，促进海马组织神经元递质传递。针灸可以增强痴呆小鼠的G蛋白偶联活性[72]，G蛋白和G蛋白偶联受体参与突触可塑性，上调激动型G蛋白可以促进CREB的磷酸化，发挥神经保护作用。电针能够提高突触可塑性相关蛋白SYN、PSD-95在AD大鼠脑内的表达量[73]，对突触可塑性具有促进作用，有助于神经元之间的信号传导。这些研究表明了针刺可以通过调节突触相关蛋白的表达水平，增加突触可塑性，改善痴呆小鼠的学习记忆能力。
5 总结在过去的实验研究中，该领域的研究人员已经获得了不少关于microRNA-124生物学功能的知识和理解。microRNA-124在AD的各种病理过程中发挥着重要作用。microRNA-124能够作用于不同的信号通路，参与控制并调节各种生物学功能，尤其在AD的脑保护中发挥重要作用。microRNA-124不仅可以作为脑损伤程度的潜在诊断生物标志物和指标存在，而且具有作为AD的治疗靶点及预测脑损伤程度的潜力。microRNA-124在Aβ产生、突触/记忆功能障碍和AD中Tau磷酸化过程的关键作用为AD患者提供了一种潜在的新治疗策略。
microRNA-124在AD的发生发展中起着重要作用，针刺在AD治疗中的干预机制也取得一定进展，但是microRNA-124与针刺之间的关系还在不断探索中。基于microRNA-124研究针灸在AD中的治疗作用可能是阐明针灸治疗AD作用机制的有效手段，借助基因方向技术可以进一步深入揭示针灸治疗AD的分子生物学机制。目前，很多microRNA均能在AD的治疗过程中发挥作用，然而从microRNA-124角度观察针灸治疗AD的报道并不多见，今后的研究可以多从这一方面入手，以针灸干预手段观察microRNA-124在AD中的变化，进而从基因领域为针灸治疗提供更多依据，进一步确定针灸的作用机制。
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