周亞楠 翟金國(guó) 魏欽令

精神分裂癥是一種病因尚未闡明的終身性多基因遺傳病，隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，學(xué)者們開(kāi)始從遺傳方向?qū)ふ揖穹至寻Y的病因。目前microRNAs在精神分裂癥病因?qū)W中所起的作用越來(lái)越被認(rèn)可，國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)microRNAs在精神分裂癥相關(guān)腦區(qū)豐富表達(dá)，在神經(jīng)細(xì)胞的增殖、發(fā)育、分化、凋亡以及突觸塑形過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，影響大腦發(fā)育和功能。而在22q11缺失誘發(fā)的精神分裂癥中存在microRNA介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)，22q11缺失導(dǎo)致這一異常調(diào)節(jié)的初步候選序列主要包括DGCR8和MIR185，可能與精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

一、microRNA與22q11微缺失精神分裂癥

1. microRNA簡(jiǎn)介

microRNAs是一類(lèi)由約21～25個(gè)核苷酸組成的短序列非編碼RNAs，具有高度保守性。microRNAs基因在細(xì)胞核內(nèi)由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄成較長(zhǎng)的初級(jí)RNAs(pri-microRNAs)，長(zhǎng)達(dá)50～120個(gè)核苷酸，含有5′-帽子和3′-PolyA尾巴結(jié)構(gòu)，呈特殊的發(fā)卡形莖環(huán)，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的微處理器(主要由核酸內(nèi)切酶Ⅲ-Drosha和輔助因子DGCR8組成)的識(shí)別和作用，將Pri-microRNAs去除帽子和尾巴結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換成含有60～75個(gè)核苷酸的microRNAs前體(pre-microRNAs)，然后由Exportin-5輸出至胞漿內(nèi)，核酸內(nèi)切酶Ⅲ-Dicer和反式激活應(yīng)答RNA結(jié)合蛋白(transactivator RNA-binding protein，TRBP)復(fù)合物對(duì)其進(jìn)行切割，形成較短的microRNAs雙鏈，然后雙鏈降解為長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸的小分子單鏈RNAs，即成熟的microRNAs[1]。Dicer和其他的RNA結(jié)合蛋白如Ago2、PACT及TRBP成熟microRNAs雙鏈中的一條鏈整合至RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA induce silencing complex,RISC)，microRNA關(guān)聯(lián)的RISC與靶向mRNA結(jié)合從而抑制翻譯或?qū)е耺RNA的降解[2]。此外，microRNAs很大程度上還能通過(guò)與3′-端非翻譯區(qū)的互補(bǔ)序列進(jìn)行堿基配對(duì)導(dǎo)致翻譯的抑制或mRNA的降解從而有力的控制基因的表達(dá)[3]。一個(gè)microRNA通?？梢钥刂茙装賯€(gè)靶向mRNAs，而一個(gè)mRNA也可以被多個(gè)microRNA協(xié)同調(diào)控，microRNA整合細(xì)胞內(nèi)多種不同的信號(hào)并調(diào)控各種信號(hào)通路[4]。

在哺乳動(dòng)物的大腦中microRNA有豐富的表達(dá)，尤其是大腦前額葉皮質(zhì)及海馬內(nèi)，而大腦前額葉皮質(zhì)和海馬這些腦區(qū)是與精神分裂癥的發(fā)生密切相關(guān)的腦區(qū)[5]，microRNA在大腦皮質(zhì)及海馬神經(jīng)元的發(fā)育、功能及功能性過(guò)程中具有重要的調(diào)節(jié)作用，microRNA的失調(diào)會(huì)使神經(jīng)精神性疾病的發(fā)病機(jī)制受到影響，而22q11缺失的小鼠模型已經(jīng)證明了大腦中microRNA生物合成的改變[6]。

2. 22q11與精神分裂癥關(guān)系密切的微缺失區(qū)域

22q11缺失癥已成為已知的精神分裂癥最高危險(xiǎn)因素，22q11缺失癥患者一生中患精神分裂癥的風(fēng)險(xiǎn)約為22.5%[7]，而50例精神分裂癥患者中就有1例患有22q11缺失癥，比例從0.3%上升到了2%[8]，在兒童期發(fā)病的精神分裂癥患者中，22q11缺失癥的發(fā)病率更高(5.7%)[9]，精神分裂癥與22q11缺失癥已有著明確的關(guān)系，與22q11缺失癥有關(guān)的青少年中，有一半被報(bào)道有精神病性體驗(yàn)，而受其影響的成人高達(dá)1/3被診斷為精神分裂癥[10]。

22q11位于22號(hào)染色體一區(qū)一帶，22q11缺失綜合征是22號(hào)染色體q11區(qū)域染色體長(zhǎng)臂上半合子的缺失引起的，它是一種遞歸結(jié)構(gòu)的變異，22q11缺失的大小是不同的，約90%的22q11缺失的大小為3Mb，包括60個(gè)已知基因，剩余10%的22q11的缺失大小為1.5Mb，包括35個(gè)基因[11]，所有的缺失都是由于非等位基因的同源重組，它們都是由低拷貝重復(fù)序列介導(dǎo)的，盡管22q11缺失的表型高度不同，但它的嚴(yán)重程度與缺失的大小無(wú)關(guān)。相關(guān)研究表明較小的1.5Mb的22q11微缺失區(qū)域是精神分裂癥的關(guān)鍵區(qū)域[12]。

已有研究利用基因工程建立了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚Df(16)A+/-]。該模型為小鼠16號(hào)染色體伴有1.3Mb區(qū)域缺失的小鼠模型，該區(qū)域幾乎包含了人類(lèi)22q11上1.5Mb區(qū)域所有基因的同源基因[5]。最近在Df(16)A+/-小鼠模型中的研究已經(jīng)對(duì)22q11微缺失癥誘發(fā)精神分裂癥的潛在生物學(xué)機(jī)制的理解產(chǎn)生了突破。被設(shè)計(jì)好的小鼠攜帶一個(gè)雜合染色體的缺失，這段缺失橫跨相當(dāng)于人類(lèi)22q11位點(diǎn)的同一染色體的一部分。Df(16)A+/-小鼠顯示出海馬神經(jīng)元突觸連接的缺陷，包括較低密度的樹(shù)突棘和谷氨酸能突觸[13]。另外，Df(16)A+/-小鼠展示出極度活躍的行為和在空間學(xué)習(xí)記憶依賴(lài)性學(xué)習(xí)上的缺陷[5]。這個(gè)動(dòng)物模型深層的特征表明22q11微缺失導(dǎo)致了大腦microRNAs生物合成的改變[5]。

Merico等[14]的研究發(fā)現(xiàn)在典型的22q11微缺失區(qū)域有7個(gè)公認(rèn)的編碼的microRNAs初步編碼序列,它們分別是：miR-185、miR-649、miR-1286、miR-1306、miR-3618、miR-4761、miR-6816。除了miR-185以外，目前還沒(méi)有關(guān)于其它六個(gè)microRNA的書(shū)面報(bào)道。迄今為止，關(guān)于22q11微缺失誘發(fā)精神分裂癥的動(dòng)物模型和人類(lèi)microRNAs的研究都集中在較小的1.5Mb缺失區(qū)域的DGCR8，相比之下，對(duì)于同為1.5 Mb缺失區(qū)域的MIR185也有較小程度的研究，DGCR8編碼microRNAs生物合成的微處理器的一個(gè)重要亞基[15]，MIR185基因編碼microRNA185。這兩個(gè)基因都位于22q11上較小的1.5Mb缺失區(qū)域[12]。

二、DGCR8在microRNAs介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)中的作用

已有研究表明DGCR8基因的活性可以控制micro-RNA的細(xì)胞水平，DGCR8基因的單倍劑量不足或者DGCR8去除會(huì)導(dǎo)致pri-microRNA顯著升高，而功能性的、成熟的micro-RNA的表達(dá)隨之降低[5,16]。在體內(nèi)DGCR8的敲除被用作一種分子工具去抑制micro-RNAs的合成，由此揭示了micro-RNAs依賴(lài)性生理學(xué)過(guò)程。

1. DGCR8在microRNAs介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)中對(duì)前額葉第Ⅴ層椎體神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的影響

早先就有研究報(bào)道DGCR8單倍劑量不足小鼠(DGCR8+/-)腦內(nèi)micro-RNAs表達(dá)降低表現(xiàn)出22q11缺失相關(guān)的皮質(zhì)異常，認(rèn)知、行為的改變，前額葉皮質(zhì)短期可塑性的改變，樹(shù)突棘的改變及海馬樹(shù)突復(fù)雜性的降低。最近有研究闡述了DGCR8+/-小鼠micro-RNAs表達(dá)的降低是如何影響大腦皮質(zhì)神經(jīng)元的功能和發(fā)育的。

Schofield等[17]證明了micro-RNAs表達(dá)的降低在新生DGCR8+/-小鼠中沒(méi)有被觀察到，而是出現(xiàn)在出生后的發(fā)育中。研究發(fā)現(xiàn)DGCR8+/-小鼠內(nèi)側(cè)前額葉的第Ⅴ層椎體神經(jīng)元出現(xiàn)電性能的改變、基底神經(jīng)元復(fù)雜性的降低及興奮性突出傳遞降低。在DGCR8+/-小鼠micro-RNAs生物合成的降低和特定的神經(jīng)生理性缺陷是一致的，包括出生后發(fā)育期間電性能的改變和興奮性突觸后放電頻率的降低。椎體神經(jīng)元的形態(tài)測(cè)定分析揭示基底樹(shù)突分支長(zhǎng)度和復(fù)雜性的降低，這個(gè)發(fā)現(xiàn)與電生理的改變相一致。大腦皮質(zhì)是哺乳動(dòng)物高級(jí)認(rèn)知的腦區(qū)，不可分割的皮質(zhì)功能是興奮性和抑制性神經(jīng)元相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，它的活性和聯(lián)系通過(guò)胚胎和后天發(fā)育出現(xiàn)和加強(qiáng)。皮質(zhì)神經(jīng)元的發(fā)育需要特殊基因的共同表達(dá)，這些基因塑造了重要的生理和結(jié)構(gòu)的特性，包括樹(shù)突分支、γ-氨基丁酸能和谷氨酸能突觸的形成，這些發(fā)育的失調(diào)有改變神經(jīng)元功能和中斷皮質(zhì)環(huán)路的潛能，已有報(bào)道證明精神分裂癥患者大腦前額葉皮質(zhì)環(huán)路的改變[18]。這些結(jié)果證明了在后天發(fā)育期間第Ⅴ層椎體神經(jīng)元的成熟過(guò)程中及前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex,PFC)環(huán)路發(fā)育中，DGCR8依賴(lài)性micro-RNAs精確表達(dá)的重要性。

與Schofield等的研究相一致，F(xiàn)énelon等[19]在2011年的的研究也揭示了DGCR8+/-小鼠電性能的改變和前額葉皮質(zhì)Ⅴ層椎體神經(jīng)元基底樹(shù)突在結(jié)構(gòu)上棘的變小。除此之外，他們還發(fā)現(xiàn)第Ⅱ?qū)雍偷冖魧幼刁w神經(jīng)元的數(shù)目整體上是減少的。除了結(jié)構(gòu)性的變化，在表面的皮質(zhì)層施加50 Hz的短暫刺激期間，第Ⅴ層前額葉皮質(zhì)的全細(xì)胞電生理記錄顯示了更強(qiáng)的突出抑制，它伴隨著突觸增強(qiáng)初期階段的減弱。Hsu等[20]的研究發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)椎體神經(jīng)元DGCR8的丟失導(dǎo)致了前額葉皮質(zhì)小清蛋白中間神經(jīng)元非細(xì)胞自主性的減少，伴隨著抑制性突觸傳遞的嚴(yán)重缺陷和抑制性突觸的相應(yīng)減少。這些改變可能存在功能性聯(lián)系并涉及以觀察到的認(rèn)知和行為的缺陷，它們也解釋了在精神分裂癥患者中觀察到的前脈沖抑制的改變。Fénelon等[21]在2013年用22q11缺失誘發(fā)的精神分裂癥小鼠模型評(píng)估了這種基因的病變是如何在突觸、細(xì)胞和分子水平影響皮質(zhì)神經(jīng)環(huán)路的。他們證明了變異小鼠在高頻突觸傳遞和短期可塑性的缺陷以及長(zhǎng)期可塑性和樹(shù)突棘穩(wěn)定性的改變。除了之前報(bào)道的Ⅴ層椎體神經(jīng)元樹(shù)突復(fù)雜性的減少，在相對(duì)局限的背景下發(fā)生突出可塑性的改變以及在神經(jīng)元密度和抑制性神經(jīng)元數(shù)量上發(fā)生改變。他們確定了在Pri-microRNAs加工過(guò)程中DGCR8依賴(lài)性缺陷，并確定了在基因表達(dá)和RNA拼接上的改變，RNA拼接可能是這些變異效應(yīng)的基礎(chǔ)。DGCR8水平的降低似乎是前額葉皮質(zhì)短期可塑性的和工作記憶改變的主要驅(qū)動(dòng)力，但不是長(zhǎng)期可塑性和細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變的驅(qū)動(dòng)力。他們的發(fā)現(xiàn)表明了精神疾病工作記憶障礙的皮質(zhì)突觸和神經(jīng)元機(jī)制。

2. DGCR8在microRNAs介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)中對(duì)中間神經(jīng)元和海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的影響

最近Toritsuka等[22]研究發(fā)現(xiàn)22q11DS(22q11缺失癥)小鼠模型中存在中間神經(jīng)元和海馬齒狀回的發(fā)育缺陷，而DGCR8的缺失導(dǎo)致了這些神經(jīng)發(fā)育的異常，DGCR8調(diào)節(jié)Cxcr4/Cxcl12(趨化因子受體4/趨化因子配體12)信號(hào)，Cxcr4/Cxcl12介導(dǎo)的microRNAs的調(diào)節(jié)對(duì)中間神經(jīng)元和海馬齒狀回的發(fā)育是必不可少的。他們從散發(fā)的精神分裂癥觀察到嗅覺(jué)神經(jīng)元Cxcl12表達(dá)的降低，整體研究表明Cxcr4/Cxcl12信號(hào)可能代表精神分裂癥病理生理學(xué)中一個(gè)常見(jiàn)的下游媒介物。

與Toritsuka等同時(shí)期，Ouchi等[23]發(fā)現(xiàn)小鼠中DGCR8雜合子的缺失導(dǎo)致了成人海馬細(xì)胞增殖和神經(jīng)發(fā)生的減少以及海馬依賴(lài)性學(xué)習(xí)的損害。而海馬的解剖學(xué)、組織學(xué)和功能改變?cè)诰穹至寻Y患者中持續(xù)被報(bào)道。在DGCR8+/-小鼠的海馬，一些精神分裂癥相關(guān)的基因下調(diào)，其中的一個(gè)基因Igf2(胰島素樣生長(zhǎng)因子2)拯救了體內(nèi)外神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，最近發(fā)現(xiàn)Igf2在記憶的鞏固和條件恐懼記憶的消退等海馬功能中起著重要作用。此外，Igf2改善了DGCR8+/-小鼠的空間工作記憶缺陷。這些數(shù)據(jù)表明有缺陷的神經(jīng)發(fā)生導(dǎo)致了在22q11缺失誘發(fā)的精神分裂癥中觀察到的認(rèn)知障礙，這些損害可以被Igf2修復(fù)。

DGCR8究竟調(diào)節(jié)哪種特殊的microRNAs還是一個(gè)有待于研究的問(wèn)題。DGCR8+/-小鼠的研究[5]確定了在前額葉皮質(zhì)有59種下調(diào)的microRNAs，在海馬有30種下調(diào)的microRNAs。這些下調(diào)的microRNAs包括miR-185，它位于22q11的1.5Mb缺失區(qū)域中[24]。

三、MIR185在microRNAs介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)中的作用

22q11DS小鼠模型研究已經(jīng)確定miR-185作為高度下調(diào)的microRNA存在于在與精神分裂癥相關(guān)聯(lián)的腦區(qū)[5]。最近Xu等[25]的一項(xiàng)研究證實(shí)了在Df(16)A+/-小鼠的海馬和前額葉皮質(zhì)中miR-185的表達(dá)嚴(yán)重的減少。同時(shí)它還表明了miR-185的減少導(dǎo)致了海馬神經(jīng)元樹(shù)突復(fù)雜性和樹(shù)突棘發(fā)育的缺陷。另外，在DGCR8+/-小鼠中觀察到DGCR8的缺陷導(dǎo)致了海馬中miR-185大約20%的減少，這表明在Df(16)A+/-小鼠中成熟的miR-185表達(dá)的嚴(yán)重減少可能是由于miR-185基因半合子和DGCR8缺陷導(dǎo)致的從剩余的復(fù)制中產(chǎn)生的pri-mir-185轉(zhuǎn)錄物成熟物的受損引起的。比預(yù)期的減少更為顯著，在基因劑量上它降低了50%，miR-185表達(dá)的大量減少表明了miR-185在被22q11.2微缺失影響到的基因中的獨(dú)特性。

Earls等[26]在22q11DS小鼠模型中證實(shí)了MIR185是肌漿網(wǎng)鈣泵(SERCA2)的調(diào)節(jié)器，SERCA2負(fù)責(zé)將Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)中，從而維持了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+水平。MIR185的損耗導(dǎo)致了SERCA2的上調(diào)，同時(shí)它被認(rèn)為是導(dǎo)致22q11DS小鼠模型中海馬突觸可塑性異常的機(jī)制。ER中Ca+轉(zhuǎn)運(yùn)的增加導(dǎo)致了神經(jīng)遞質(zhì)釋放的增強(qiáng)和和海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation, LTP)的增加。22q11DS小鼠模型表明了海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)呈年齡相關(guān)性增長(zhǎng)，LTP是突觸可塑性的一種形式，這種突觸可塑性是學(xué)習(xí)和記憶的基礎(chǔ)。然而22q11微缺失導(dǎo)致SERCA2的過(guò)度表達(dá)和LTP增加的機(jī)制并未被確定。Earls等在22q11缺失癥小鼠模型Df(16)1/+所有測(cè)試的腦區(qū)(包括海馬、大腦皮層和小腦，不包括非神經(jīng)組織)中發(fā)現(xiàn)SERCA2水平是升高的，他們將精神分裂癥患者前額葉皮質(zhì)和海馬后期組織樣本中的SERCA2水平與未受影響的對(duì)照組做了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者這兩個(gè)腦區(qū)的SERCA2水平是升高的，考慮到小鼠神經(jīng)元中SERCA2水平的升高與嚴(yán)重的表型相關(guān)聯(lián)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)表明了SERCA2蛋白質(zhì)水平的升高可能在精神分裂癥中導(dǎo)致神經(jīng)缺失。這為在小鼠模型中的發(fā)現(xiàn)和人類(lèi)疾病之間提供了一種聯(lián)系，這些結(jié)果表明中樞突觸中micorRNA介導(dǎo)的SERCA2的上調(diào)可能是22q11DS和特發(fā)性精神分裂癥之間聯(lián)系的機(jī)制。

有研究發(fā)現(xiàn)RhoA、Cdc42已被驗(yàn)證是miR185的兩個(gè)靶點(diǎn)[27]。這兩個(gè)基因與精神分裂癥表達(dá)水平的改變有關(guān)[28]，從而進(jìn)一步支持了miR185參與了精神分裂癥。RhoA[28]是RhoGTPasee家族的一員，它調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的不穩(wěn)定，RhoA的激活導(dǎo)致樹(shù)突分支數(shù)量和樹(shù)突棘密度的減小。Cdc42也是RhoGTPasee家族的一員，它通過(guò)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架聚合成絲狀偽足促進(jìn)樹(shù)突棘的形成[28,29]。另外，以基因?yàn)榛A(chǔ)的測(cè)試揭示了三個(gè)miR185靶基因(ATAT1、SH3PXD2A、NTRR3)的常見(jiàn)變體與精神分裂癥之間的聯(lián)系。

最近Forstner等[30]在精神分裂癥患者和正常對(duì)照組中運(yùn)用小鼠和人類(lèi)基因?qū)W方法的基因表達(dá)分析對(duì)精神分裂癥中miR185的作用做了進(jìn)一步的研究。小鼠的原位雜交揭示了在與精神分裂癥有關(guān)的腦區(qū)miR185的表達(dá)，基因測(cè)試顯示了3個(gè)miR185靶基因的常見(jiàn)變種與精神分裂癥之間存在聯(lián)系。進(jìn)一步的分析揭示了這些靶基因和miR185有重疊的表達(dá)模式，但是人類(lèi)基因?qū)W分析并沒(méi)有找到精神分裂癥中涉及miR185 的證據(jù)，然而小鼠中miR185和它的靶基因的表達(dá)模式以及三個(gè)靶基因的聯(lián)系結(jié)果表明精神分裂癥中涉及miR185和它的下游通路的進(jìn)一步研究是有必要的。

四、總結(jié)與展望

精神分裂癥是一種與神經(jīng)回路和突觸功能失調(diào)相關(guān)的精神疾病。microRNAs在精神分裂癥涉及的額葉皮質(zhì)和海馬等著重要腦區(qū)豐富表達(dá)，它整合了不同的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)并調(diào)節(jié)信號(hào)通路，microRNAs介導(dǎo)的異常調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致這些關(guān)鍵腦區(qū)神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育和突觸形成的異常，影響大腦的發(fā)育和功能，從而導(dǎo)致在22q11缺失癥誘發(fā)的精神分裂癥中觀察到的異常表型。利用基因表達(dá)分析等在基因水平上研究microRNAs與精神分裂癥之間的關(guān)系，可以更深入地探討22q11缺失誘發(fā)的精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制。具有挑戰(zhàn)性的進(jìn)一步研究將是用一種更全面的方法去識(shí)別和驗(yàn)證受microRNAs異常調(diào)節(jié)影響的靶基因和他們各自的通路。這樣的研究將會(huì)提高我們對(duì)microRNAs調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)是如何導(dǎo)致22q11缺失誘發(fā)精神分裂癥的病理生理學(xué)的理解。目前22q11缺失誘發(fā)的精神分裂癥中關(guān)于microRNAs異常調(diào)節(jié)機(jī)制的研究還存在局限性，相關(guān)的藥物研究還很少，這也為人們研制抗精神病藥物靶點(diǎn)提供了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。