miRNA在AD 诊断的作用01 什么是miRNA? MicroRNAs（miRNAs）是一种小的非编码核酸（约20个核苷酸），能够通过与靶信使RNA（mRNA）的互补序列结合在转录后调节基因表达。miRNA对基因的影响是由于它们与靶基因的3′非翻译区（3′UTR）结合，导致靶基因的翻译抑制或mRNA降解。自1993年发现第一个miRNA以来，据估计，人类基因组中至少有1%编码miRNA，每个miRNA可调节多达200个mRNA。 miRNA表达失调可能与多种人类病理状况有关。事实上，miRNA参与人类疾病的数据量是巨大的，包括癌症、心血管疾病和外周以及中枢神经系统疾病等严重疾病。 02 miRNA和AD的关系 AD是一种复杂的神经退行性疾病，是老年痴呆症的最常见原因。其特征性症状是由于特定类型的神经元和突触受损而导致的记忆和其他认知功能的缓慢但渐进性丧失，最终导致神经元死亡。病理过程是由β-淀粉样蛋白（Aβ）代谢受损引起的，随后是tau病理学。 科学研究的兴趣从纤维状淀粉样斑块转移到更短的物种，即aβ的单体和寡聚形式。但不幸的是，旨在减少产量或去除已经产生的错误折叠蛋白质的治疗仍然不是一个成功的策略。目前，可用的对症治疗只能减缓疾病的进展，而不能阻止疾病的发展。 另一种方法集中在遗传学上，许多编码中枢神经系统蛋白质的基因已经被提出候选解释AD发病机制。许多编码参与突触调节和可塑性的蛋白质，或这些错误折叠的Aβ和tau蛋白质。miRNAs广泛存在于神经系统中，它们是神经突起生长、树突棘形态、神经元分化和突触可塑性等功能的关键调节器。这是考虑在AD中研究miRNAs关键分子的线索，而如今，miRNAs在AD中的功能紊乱越来越受到重视。 许多miRNAs已被确定为通过调节突触水平的活性介导的蛋白质合成来调节AD中丧失的认知功能和记忆过程的关键元素。 03 AD 中的 miRNA 研究进展 与mRNAs不同的是，MiRNAs在生物液体中足够稳定，包括血清、血浆和脑脊液。其中许多靶基因直接涉及AD病理生理学，如早老素、BACE-1、APP、TOMM40和BDNF。  图1. Francesco Angelucci 2019 miRNA 在AD 诊断和治疗的作用 A. 检测方法 体液中miRNAs的分析是一个相对简单的程序，也是一种非侵入性方法。如果我们将miRNAs与传统的基于蛋白质的AD生物标记物进行比较，则通过PCR扩增获得的miRNAs敏感性水平远远优于目前可用于蛋白质的水平。此外，miRNA定量的成本远低于已建立的生物标志物，如结构磁共振成像（MRI）和正电子发射断层成像（PET）的分子神经成像。   B. meta 分析结果 目前，不同研究中miRNA分析数据很多，而且并不一致性，这影响了miRNA诊断的开发速度。如Subodh Kumar在2016年报道，只有6个miRNAs—miR-9、miR-125b、miR-146a、miR-181c、let-7g-5p和miR-191-5p—被多个研究者报道。一些研究通过受体操作曲线分析，分析了这六种miRNAs在不同生物流体样本中的显著曲线下面积值。miR-191-5p仅在血浆和血清样本中有最大的曲线下面积值（0.95）。  图4 AD患者生物液中部分mirna的表达模式。血清、血浆和脑脊液被认为是循环miRNAs恒定表达的主要生物流体：miR-9、miR-125b、miR-146a、miR-181c、miR-191-5p和let-7G-5p，并展示了这些候选miRNAs各自的生物学功能。 Petros Takousis 2019基于260项脑源性样本收集的数据，66项来自脑脊液，135项来自血液样本的荟萃分析，可能能够给未来的miRNA诊断指明方向。 在260个（10%）脑miRNAs meta分析中，有25个显示AD患者与对照组有显著差异的表达。其中，9项根据研究（方法）的效果方向一致性被归类为显示“有力”证据。最具统计学意义和一致性差异表达的 三个miRNAs是hsa-miR-1、25b-5p、hsa-miR-501-3p和hsa-miR-138-5p。与对照组相比，AD组有12个miRNAs上调，13个下调。 在脑脊液中，66例（8%）荟萃分析的miRNAs中，有5例（8%）显示AD患者与对照组的差异表达显著。与对照组相比，这五种基因在AD中均表达下调。脑脊液中差异表达最显著的三个miRNAs是hsa-miR-598-3p、hsa-miR-451a和hsa-miR-9-5p。 在血液中，135例（24%）的meta分析miRNAs中，32例（24%）显示AD患者与对照组有显著差异表达。与对照组相比，13个miRNAs上调，19个下调。差异表达最显著的三个miRNAs分别是hsa-miR-342-3p、hsa-miR-191-5p和hsa-let-7d-5p。另外38个miRNAs在三个不同的表达水平上显示出显著的差异表达。 有趣的是，五种miRNAs在研究中显示了大脑和血液中一致的显著差异表达，即hsa-miR-181c-5p和hsa-miR-29c-3p在这两种情况下都下调，而hsa-miR-125b-5p、hsa-miR-146a-5p和hsa-miR-223-3p在大脑中上调，在血液中下调。 C. MiRNA 靶向富集结果 2019年takousis 对miRNA差异表达的系统性评估在阿尔茨海默病中尚属首次，并强调了一些潜在相关性的miRNA, 绘制研究范围内miRNA靶点的相互作用。 重要的miRNAs，信息来源包括人脑样本的Ago2 HITS-CLIP测序结果和miRTarBase上实验验证的miRNA靶向相互作用，先前与AD相关的9个基因，即APP、CCDC6、CD2AP、CLU、CNTNAP2、FERMT2、PIC-ALM、PTK2B和SORL1、ADAMTS4、APP、CCDC6、CD2AP、CLU、FERMT2、HS3ST1、PICALM、PLCG2、SCIMP、SLC24A4和SPI1。 这些观察结果为相关miRNAs在AD发病机制中的真正参与提供了额外的支持。未来的工作还需要评估非AD基因的潜在功能作用，强调的miRNAs的靶向。  图 5 miRNA 与AD 相关基因的富集图 总结 目前的研究表明miRNAs可能是AD的生物标志物和治疗药物的参考。从人类数据来看，miRNAs作为生物标志物的研究领域更为先进，在不久的将来，miRNAs很可能被成功地用作生物标志物。大量miRNA可能参与诊断，miRNA套餐将用于特定功能。这些功能包括疾病的分期、MCI向AD转化的风险预测以及疾病进展。 参考文献： 1。Kumar S, Reddy PH. Are circulating microRNAs peripheral biomarkers for Alzheimer's disease?. Biochim Biophys Acta. 2016;1862(9):1617-1627. 2. Takousis P, Sadlon A, Schulz J, et al. Differential expression of microRNAs in Alzheimer's disease brain, blood, and cerebrospinal fluid. Alzheimers Dement. 2019;15(11):1468-1477.
3. Angelucci F, Cechova K, Valis M, Kuca K, Zhang B, Hort J. MicroRNAs in Alzheimer's Disease: Diagnostic Markers or Therapeutic Agents?. Front Pharmacol. 2019;10:665. Published 2019 Jun 18.
4. Kalogianni DP, Kalligosfyri PM, Kyriakou IK, Christopoulos TK. Advances in microRNA analysis. Anal Bioanal Chem. 2018;410(3):695-713. |
