揭秘神经退行性疾病相关 miRNA：中枢神经系统神经元的 “双面调控者”

在神经退行性疾病中，microRNA（miRNA）表达失调。研究人员开展了 “Neurodegenerative disease-associated microRNAs acting as signaling molecules modulate CNS neuron structure and viability” 的研究。结果发现相关 miRNA 可调节中枢神经系统（CNS）神经元结构和活力。这为相关疾病研究提供新方向。

　　在神秘的大脑世界里，神经退行性疾病如同隐藏的恶魔，逐渐侵蚀着神经元，给患者和家庭带来巨大痛苦。阿尔茨海默病（AD）作为其中的典型代表，以神经元和突触的退化以及认知能力下降为特征，严重影响患者的生活质量。在探寻疾病奥秘的过程中，Toll 样受体（TLRs）引起了科学家们的关注，它在中枢神经系统损伤中扮演着重要角色，可触发炎症和细胞自主损伤。同时，microRNA（miRNA）作为一类短链非编码 RNA，在神经退行性疾病中表达异常，且能在细胞间传递，具备作为细胞外信号分子的潜力。然而，miRNA 在中枢神经系统（CNS）神经元中的具体作用方式以及与神经元 TLRs 相互作用的后果仍不明确。为了解开这些谜团，来自德国 Charité - Universit?tsmedizin Berlin 等机构的研究人员展开了深入研究。
他们的研究聚焦于 AD 相关的 miRNA 对皮质神经元的影响，旨在揭示这些 miRNA 作为信号分子在中枢神经系统中的功能。研究发现，AD 相关的 miR - 124 - 5p、miR - 92a - 1 - 5p、miR - 9 - 5p 和 miR - 501 - 3p 是 TLR7 和 / 或 TLR8 的内源性配体。这些 miRNA 可被小鼠皮质神经元通过内吞作用摄取，并诱导神经元炎症、增殖和凋亡相关基因表达的变化。在小鼠和人类皮质神经元实验中，这些 miRNA 以序列依赖的方式改变树突和轴突结构、突触蛋白表达以及细胞活力。将 AD 相关 miRNA 引入小鼠脑脊液后，导致小鼠大脑皮层神经元结构和突触改变，甚至神经元丢失。该研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》上，为深入理解神经退行性疾病的发病机制提供了新的视角，也为开发潜在的治疗策略奠定了基础。
研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。通过结合机器学习方法与疾病相关 miRNA 数据库预测潜在的信号分子，利用 TLR 报告细胞系统进行验证。采用 RNA 测序（RNAseq）和实时定量聚合酶链反应（RT - qPCR）评估转录组变化，借助免疫细胞化学研究 miRNA 对神经元结构的影响，还运用小鼠鞘内注射模型在体内评估 miRNA 的作用。
在研究结果方面，首先确定了 AD 相关 miRNA 是 TLR7/8 的内源性配体。研究人员利用结构感知机器学习算法 BrainDead，并结合相关数据库，筛选出 154 个在 AD 中表达失调的 miRNA 进行分析，最终选定 4 个 miRNA 进行深入研究。通过 HEK 报告细胞实验证实，miR - 124 - 5p 激活人和小鼠 TLR7，miR - 92a - 1 - 5p 激活小鼠 TLR7，miR - 9 - 5p 激活人 TLR7 和 TLR8，miR - 501 - 3p 激活人 TLR7 。在免疫细胞实验中，除 miR - 501 - 3p 外，其他测试的 miRNA 可诱导小鼠小胶质细胞和 / 或人类巨噬细胞释放细胞因子。
其次，发现皮质神经元可内吞细胞外的 miR - 124 - 5p 和 miR - 92a - 1 - 5p。用 Alexa488 标记的这两种 miRNA 孵育小鼠皮质神经元，通过共聚焦显微镜观察到 miRNA 进入神经元并定位于内体，且摄取过程依赖于动力蛋白介导的内吞作用。
再者，研究了 miR - 124 - 5p 和 miR - 92a - 1 - 5p 对 CNS 神经元结构和活力的影响。体外实验表明，miR - 92a - 1 - 5p 减少树突长度，miR - 124 - 5p 增加轴突长度，两者均诱导神经元凋亡。体内实验显示，鞘内注射这两种 miRNA 可改变小鼠大脑皮层神经元的树突和轴突长度、突触蛋白表达，并导致神经元凋亡，且大部分效应依赖于 TLR7 。
然后，分析了皮质神经元暴露于 miR - 124 - 5p 和 miR - 92a - 1 - 5p 后的转录组变化。RNAseq 结果显示，6 小时和 5 天的处理分别导致不同基因的表达变化，基因本体（GO）富集分析表明这些变化涉及炎症、增殖和凋亡相关信号通路，且这些 miRNA 的作用不太可能通过已知的基因靶点介导。
最后，研究了细胞外 miR - 9 - 5p 和 miR - 501 - 3p 对人类神经元的影响。利用诱导多能干细胞（iPSC）衍生的人类神经元（iNeurons）实验发现，这两种 miRNA 可调节人类轴突和树突长度、影响突触蛋白表达并诱导神经毒性，且 TLR7 和 TLR8 在其中发挥重要作用。
在结论和讨论部分，研究表明 AD 相关 miRNA 在中枢神经系统中作为细胞外信号分子，调节皮质神经元的结构和活力，大部分效应依赖于 TLR7/8 信号通路。虽然研究揭示了 miRNA 的一些新功能，但仍存在许多未知。例如，miRNA 进入神经元的具体序列和结构要求，以及在病理生理条件下 TLR7 和 TLR8 的表达调控机制等。这些发现为理解神经退行性疾病的发病机制提供了重要线索，也为未来开发针对这些疾病的新型治疗策略开辟了新途径，有望在神经退行性疾病的治疗领域带来新的突破。