本文原载于《中华神经外科杂志》年第12期
微小RNA(microRNA，miRNA)是真核生物细胞的一类长度为22个核苷酸左右的非编码小RNA，广泛存在于人体所有组织和体液如血液、尿液、唾液、乳汁和脑脊液中[1]。体液中miRNA常与蛋白质等构成复合物形式存在，抵抗RNA酶降解，具有高度的稳定性和保守性，在机体的病理生理过程中发挥关键性调控作用[2]。在健康个体之间miRNA表达谱较一致，但在不同的疾病状态下表达谱可发生显著的变化，这种表达谱的变化往往早于生化及影像学的改变，是理想的疾病早期诊断潜在标志物[3,4]。随着对miRNA认识的进一步深入和miRNA功能分析技术的优化，miRNA在各种生理过程中扮演的角色得到深入阐释，各种疾病miRNA表达谱的改变也逐步得到重视。前期学者们主要集中研究血浆中miRNA在疾病中的应用，由于血脑屏障的存在，中枢特异性的miRNA进入血液受到限制，近年来脑脊液中miRNA在中枢神经系统疾病中的作用机制的研究正逐渐得到重视。
一、脑脊液是中枢疾病潜在标志物miRNA的理想来源随着对miRNA研究的深入，发现miRNA的表达存在细胞或者组织特异性，即在不同的细胞或组织中存在着不同的miRNA，或者miRNA含量不同[5]。如miR－17、miR－18、miR－19和miR－20位于同一基因簇内，在斑马鱼细胞中表达，但在鼠肾和蛙卵巢细胞中不表达；miR－在成年肝脏特异性高表达，而miR－则在脑组织中表达量最高[5]。中枢神经系统疾病患者病变在中枢、脑和脊髓组织是miRNA最特异性的标本来源。但脑与脊髓取材不易、风险高、不可行。脑脊液直接与中枢相连，位于脑室、蛛网膜下腔和脊髓中央管内，参与脑和脊髓的物质代谢，中枢神经系统发生病变时，miRNA可从病变组织释放入脑脊液。因此，脑脊液中可存在大量脑和脊髓组织来源的miRNA，脑脊液miRNA表达谱的改变能充分反映中枢的病变情况。其次，由于血脑屏障的存在，脑脊液中所含蛋白的成分比血液等简单得多，miRNA检测的干扰因素相对较少，能更好筛选标志物，便于重复和统一[6]。更重要的是腰椎穿刺抽取脑脊液检查是中枢疾病诊断治疗的重要辅助手段之一，取材方便、可行，较脑组织活体组织检查(活检)创伤性小，容易在临床推广。因此脑脊液是中枢疾病诊断标志物miRNA检测的理想来源。
二、miRNA的用机制及功能miRNA是一种具有调控功能的非编码RNA，其本身不能翻译成蛋白质，主要通过碱基互补配对原则与靶基因mRNA的3′端非翻译区结合，在转录后水平负向调控其靶基因的表达活性，参与生命活动中一系列重要生理病理过程。可通过三种作用方式实现：一是和靶mRNA通过不完全互补配对而抑制靶mRNA翻译，这种模式不会影响靶mRNA的稳定性；二是与靶mRNA完全互补配对结合，特异性切割靶mRNA，作用方式和功能与小干扰RNA相似，从而引起靶mRNA的降解，减少其表达；三是同时具有以上两种作用方式，当与靶mRNA完全互补配对时，直接靶向切割mRNA发挥作用，当与靶mRNA不完全互补配对时，起抑制靶基因mRNA翻译的作用[7]。
miRNA对机体具有广泛的调控作用，单个miRNA可调控成百上千的靶基因。生物信息学预测，人类基因组大约30%～92%的基因受到miRNA的调控[8]。中枢神经系统中miRNA的分布广泛，可调节不同部位及不同发育阶段神经细胞的增殖、分化与凋亡，是中枢神经系统结构和功能调控网络中不可或缺的重要分子，并对人类的认知和记忆能力的形成起重要作用[9]。miRNA在病理条件下的异常表达(表达上调或下调)会影响其所调控靶基因的功能，导致中枢神经系统正常的结构和功能失调，表现为各种中枢神经系统疾病。
三、miRNA与中枢神经系统退行性疾病的关系神经退行性疾病是由脑和脊髓中神经元结构或功能损伤所引起的，随着年龄增长而不断恶化[10]。神经退行性疾病病理过程十分复杂，原因也多种多样。近年来研究发现，miRNAs与神经退行性疾病的发生发展有着密切关系。
1．阿尔茨海默病(Alzheimer′sdisease,AD)：
AD是一种持续性的神经功能障碍，其主要的病理特征是脑组织中β淀粉样蛋白(Aβ)沉积和过度磷酸化的微管蛋白(tau)异常聚集。这两种蛋白是AD主要病理标志性蛋白，对该病具有重要诊断价值，但只有77.2%的AD患者脑脊液表达疾病相关的Aβ或tau蛋白，靠此诊断方法一定程度上增加了漏诊率[11,12]。越来越多的研究表明，异常表达的miRNA与AD的发生发展有着密切关系。
淀粉样前体蛋白β位分解酶1(BACE1)是AD病理通路中β淀粉样蛋白生成的关键酶，而该酶又受到miR－29a的调节。已有研究发现AD患者脑脊液中miR－29a表达水平较对照组增高2.2倍，升高的miR－29a可上调BACE1的活性诱导Aβ蛋白的生成，导致脑组织中Aβ过度沉积，形成AD的特有病理标志[13]。鉴于miR－29a对Aβ蛋白生成的调节作用，推测脑脊液中miRNA检测很可能成为AD诊断的一种潜在生物标志物或治疗靶标。Muller等[14]已经证实了脑脊液miR－29a的诊断价值，其诊断AD的敏感度为89%、特异度为70%。Galimberti等[1]也发现AD患者脑脊液中miR－26b表达量较对照组明显降低，miR－26b作为生物标志物诊断AD的敏感度达到78%、特异度达到60%；进一步研究发现，miR－26b表达下调增加了tau蛋白的磷酸化，促进AD的发生发展[14,15]。也有研究通过miRNA芯片和实时荧光定量PCR两种方法同时证实AD患者脑脊液中具有特异性miRNA表达谱，miR－b在AD患者脑脊液中表达较健康对照组明显上调，差异具有统计学意义[16]。最重要的是，病理状态下miRNA表达谱变化早于生化及其他影像学的改变，对AD的早期诊断具有特殊意义。例如在AD最早期仅有轻微认知障碍时，尚不能检测到Aβ相应变化，此时脑脊液中miR－9、miR－b、miR－b和miR－即表现为明显的表达上调，提示miRNA对AD具有早期诊断价值[17]。此外，在疾病的鉴别诊断方面，miRNA也表现出较高的应用价值。近期一项荟萃分析表明，单用脑脊液Aβ和tau蛋白鉴别诊断AD和其他类型的痴呆(血管性痴呆、额颞叶痴呆和路易体痴呆)具有局限性，诊断的敏感度(70%～75%)和特异度(65%～80%)均较低[18,19]。但利用miR－29c－3p/miR－15a－5p的比值鉴别诊断这两类疾病可达到较高的效能，当临界值为0.92时，鉴别诊断的敏感度达到90%，特异度达到%[20]。综上所述，深入研究AD患者脑脊液中miRNA表达谱的改变将有助于阐明miRNA在AD发病中的作用，能够为AD的诊断治疗提供新的策略，具有广阔的应用前景。
2.帕金森病(Parkinson′sdisease)：
帕金森病是一种以黑质纹状体通路退变为主要特征的神经退行性疾病。其病理学基础是中脑黑质致密部多巴胺能神经元变性或进行性减少，其后残存的神经元胞质内有嗜酸性包涵体(Lewy小体)的存在，和α－突触核蛋白异常堆积，使多巴胺生物合成能力降低，从而导致纹状体区多巴胺缺乏而致病[21]。研究表明，miRNA参与了多巴胺能神经元的增殖、凋亡、分化等过程，与帕金森病的发生发展有关[21]。
已有研究表明帕金森病患者脑脊液miRNA表达谱较健康对照明显不同，其中17种miRNA的表达水平在两者之间存在明显的差异，提示miRNA对帕金森病具有一定的诊断潜能[22]。富亮氨酸重复激酶2(leucinerichrepeatkinase2,LRRK2)对神经元生长、发育和变性发挥重要作用，其表达过剩或过度活化均可导致神经退行性疾病，是部分家族性帕金森病和散发性帕金森病的直接原因[23]。正常情况下，miRNA－可与LRRK2基因的3′非翻译区结合来抑制LRRK2蛋白的表达，使机体处于稳定状态，但帕金森病患者脑组织中miRNA－表达明显下调，对LRRK2蛋白表达的抑制作用减弱，最终LRRK2的表达过剩导致帕金森病的发生[21,24]。成纤维细胞生长因子20(fibroblastgrowthfactor20,FGF20)作为miRNA－的靶基因之一，可正调控α－突触核蛋白的表达，导致该蛋白异常蓄积，是帕金森病发病机制中重要的一部分。研究发现帕金森病患者脑脊液中miRNA－表达明显下调，与其靶基因FGF20结合后对FGF20蛋白表达的抑制作用减弱，FGF20过表达后导致α－突触核蛋白异常蓄积，促进帕金森病的发生发展[21,22]。因此，miRNA在帕金森病的发病机制中具有重要的作用，可能为以后的基因靶向治疗提供新的治疗靶点，具有潜在的临床应用价值。
3.肌萎缩性侧索硬化(amyotrophiclateralsclerosis，ALS)：
ALS是一种以选择性侵犯脑与脊髓的上、下运动神经元的神经系统变性疾病，主要表现为全身肌无力、肌肉萎缩和进行性肢体瘫痪，多数患者将在出现临床症状后3～5年内死于呼吸肌麻痹[25]。对ALS患者早期用药可缓解疾病进展，但该病起病隐匿，早期症状不典型，易导致误诊，平均误诊时间达1年[26]。因此寻找客观、准确的早期诊断标志物对减少误诊和提高预后至关重要。
Campos－Melo等[27]发现ALS患者脊髓组织中miRNA表达谱发生变化，进一步分析发现这些差异表达的miRNA与神经细胞死亡密切相关，提示miRNA对ALS的发生发展具有调节作用。近期一项大样本研究发现，散发性ALS患者白细胞、血清、脑脊液和脊髓组织中miR－－3p的表达量均明显增高，可作为散发性ALS早期诊断的生物标志物[28]。其他miRNA的表达变化，如脑脊液中miR－27b、miR－a和miR－－3p的表达上调，不仅在ALS的早期诊断中显示出较高的临床应用价值，而且在ALS与多发性硬化的鉴别诊断中发挥重要作用[2]。因此，脑脊液中miRNA与ALS的发生发展密切相关，值得进一步研究。
4.其他神经退行性疾病：
亨廷顿病(Huntington′sdisease)是临床常见的神经退行性疾病之一，是由于亨廷顿蛋白发生CAG三核苷酸重复序列扩展突变引起的一种恶性常染色体显性遗传疾病。研究发现，在亨廷顿病小鼠脑组织(miR－a)、亨廷顿病患者血液(miR－10b－5p、miR－a－5p、miR－b－5p、miR－－3p和miR－7－5p)及亨廷顿病患者脑皮质(miR－、miR－9)中多种miRNA参与了亨廷顿病的发生及发展[29,30]。脊髓小脑型共济失调(spinocerebellarataxia，SCA)也是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病。目前，在SCA动物模型、人类细胞系及SCA人类血液中已经鉴定了一些直接靶向SCA疾病相关基因的miRNA(miR－19a、miR－和miR－)[31]。其次颞叶痴呆(frontotemporallobardegeneration)是早发性神经退行性痴呆的常见原因之一，已经发现miR－结合位点上的遗传多态性与颞叶痴呆的发病风险密切相关[31]。但无论在亨廷顿病、SCA还是颞叶痴呆患者脑脊液中miRNA变化情况目前还未见相关报道。因此人类脑脊液中miRNA是否和如何调节这三种神经退行性疾病的病理过程仍有待进一步研究。
四、总结和展望随着研究的日益深入，越来越多的疾病有关的miRNA被发现，同时这些miRNA的生物学功能及靶基因逐步得到阐释，使从基因水平对疾病的发生发展过程进行调控成为可能，为临床提供了极具价值的潜在治疗靶点。目前，用于丙型肝炎治疗的miR－靶向治疗药物miravirsen已进入Ⅱa期临床试验阶段，并显示出良好的安全性和有效性[32]。但目前有关中枢神经系统miRNA的研究才刚刚起步，后续仍需大量研究探索miRNA的变化原因和调节机制，以及它们在中枢各疾病间的作用，以期早日将miRNA应用于临床中枢神经系统疾病的特异性诊断和个体化靶向治疗。
参考文献略
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