全 文 ：第25卷 第3期
2013年3月
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
Vol. 25, No. 3
Mar., 2013
文章编号：1004-0374(2013)03-0306-05
MicroRNA与朊病毒疾病
刘志培1,2#，李忠义1#，孟轲音1，杜　鹏1，徐　静1，万家余1*，韩　烨2*
(1 军事医学科学院军事兽医研究所，长春 130112；2 天津大学化工学院，天津 300072)
摘　要：microRNA 通过转录后水平调控细胞的蛋白质表达，在神经系统的发育、分化及功能行使中发挥
着重要作用。越来越多的证据表明，miRNA与朊病毒疾病的发生有关。朊病毒疾病是一种以共济失调、痴
呆为主要特征的神经退行性疾病。为了解释朊病毒疾病的发病机制，在基因表达水平鉴定疾病相关的改变
是很重要的。因此，对 miRNA在朊病毒疾病中作用的研究不仅有利于疾病发病机制的诠释，也有利于
miRNA调控机制的探讨。就 miRNA与神经退行性疾病——朊病毒疾病发生的相关研究进展作一综述。
关键词：microRNA；朊病毒疾病；神经退行性疾病；痴呆
中图分类号： Q522；Q527+.5；R74 文献标志码：A
MicroRNA and prion disease
LIU Zhi-Pei1,2#, LI Zhong-Yi1#, MENG Ke-Yin1, DU Peng1, XU Jing1, WAN Jia-Yu1*, HAN Ye2*
(1 Institute of Military Veterinary, Academy of Military Medical Science, Changchun 130122, China;
2 School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China)
Abstract: microRNA regulates the expression of cellular protein at post-transcriptional levels, and plays a major
role in regulating the development, differentiation and functions of nervous system. Growing evidence indicates that
miRNA is involved in the pathogensis of prion disease. Prion disease is a kind of neurodegenerative disease, which
has some morphological characteristics, such as ataxia and dementia. In order to explain the pathogenesis, it is also
very important to identify these changes in gene expression levels. Therefore, investigation of the roles of miRNA
in the pathogenesis of prion disease is very helpful in exploring the mechanisms of prion disease. In this paper,
miRNA and neurodegenerative diseases - prion disease research progress are reviewed.
Key words: microRNA; prion disease; neurodegenerative disease; dementia
收稿日期：2012-08-20； 修回日期：2012-10-30
基金项目：国家自然基金项目(31072148，31101782，
31201714)；吉林省科技发展计划项目(201105038，
201215096)
# 共同第一作者
*通信作者：万家余，E-mail: wanjiayu@hotmail.com；
韩烨，E-mail: hanye@tju.edu.cn
朊病毒病是由朊病毒 (PrPSc)引起的一类人和
动物致死性中枢神经系统退行性疾病，包括疯牛
病 (bovine spongiform encephalopathy, BSE)、羊痒病
(scrapie)、鹿慢性消耗性疾病 (chronic wasting disease,
CWD)、水貂传染性脑病 (transmissible mink ence-
phalopathy, TME)及人的克 -雅氏病 (creutzfeldt-jakob
disease，CJD)和库鲁病 (kuru)等 [1]。致病因子与细
胞正常朊病毒蛋白 (PrPc)的致病亚型 PrPSc有关。
普遍认为富含 α螺旋形式的 PrPc构象改变为富含 β
折叠的 PrPSc [2]，PrPSc 的聚集最终导致宿主神经元
凋亡。然而，朊病毒诱导神经变性的分子机制仍旧
未知 ,特别是调控基因表达的 microRNA (miRNA)
与朊病毒发病之间的关系目前尚不明确。
miRNA是一类长约 22个核苷酸的内源性小分
子 RNA，由基因组转录生成。miRNA是从原始转
录物中获得的，这些原始转录物被 RNase III核酸
酶 Drosha和 Dicer酶顺序处理成成熟的 miRNA形
式 [3]，其主要作用方式是通过与靶信使RNA (mRNA)
的 3非编码区碱基互补配对进而引起靶 mRNA的
刘志培，等：MicroRNA与朊病毒疾病第3期 307
降解或翻译抑制，从而对基因进行转录后表达调
控 [4]。迄今为止，已鉴定的miRNA 多达上千种(miRBase
version 13.0, http: // miRNA.sanger.ac.uk)，调控机体
约 90% 以上的基因表达。据推测，动物组织细胞
内的每一个生理过程几乎均受 miRNA 的调控 [5]。
一些证据表明，miRNA在神经变性中起着关键的
作用 [6-7]，例如，Bilen 等 [8]发现 Dicer活力的丧失
与小脑的变性、神经毒性以及果蝇和小鼠的共济失
调有关；另外，一些研究对人的神经变性疾病，如
帕金森疾病 [9]、亨廷顿舞蹈病 [10]、老年痴呆病 [11]
中 miRNA的作用做了详细的描述。近期也发现，
内源性miRNA的调节也与动物朊病毒疾病相关 [12]，
miRNA 异常表达可能是朊病毒诱导的神经变性疾
病发生的潜在因素，因此，阐述朊病毒疾病发生、
发展的分子机制，寻找和发现治疗朊病毒疾病生成
的关键信号通路及调控因子，仍是朊病毒疾病临床
和基础研究领域最重要的课题之一。
1　miRNA在脑中的作用
人和哺乳动物脑中含有大量的 miRNA，它们
在脑发育过程中的表达具有一定的时序性、组织细
胞类型特异性和疾病特异性。mir-9、mir-125b和
mir -181a 在胚胎发育初期低表达，随着发育过程的
演进表达增加，而出生后逐渐减少；脑中 miRNA
也存在组织特异的表达模式，如 miR-124、miR-
128 等在神经元中优势表达，miR-23、miR-26、
miR-29等仅在星形胶质细胞中或少突胶质细胞中高
表达 [13]。另外，Enciu 等 [14]发现脑中一些特有的
miRNA在神经元的正确分化和发育中起着重要的
作用。再者，以 Purkinje细胞为模型分析有丝分裂
后的、分化的神经元中 miRNA的作用，Dicer酶的
失活导致细胞专一性的 miRNA迅速丢失以及
Purkinje细胞的缓慢退化导致共济失调和严重的小
脑功能失调，意味着 miRNA对于维护神经元结构
和功能的完整性是必需的 [15]。随着研究的深入，对
某些特异性 miRNA生理功能的深入研究也逐步显
示出其与神经退行性疾病的潜在相关性，如 miR-
134 可影响树突棘的形成 [16]，miR-124、miR-132
与轴突的生长有关 [17-18]，而轴突生长异常及神经元
树突增多均为朊病毒疾病发生的早期事件。此外，
miRNA 还参与神经元细胞凋亡的调控 [19]，而患者
脑内神经元的丢失与凋亡水平的增加紧密相关。由
此可见，miRNA可能通过多种途径影响朊病毒疾
病的发生和发展。
2　miRNA在朊病毒疾病中异常表达
为了探索 miRNA在朊病毒疾病的发生和发展
中的作用，Saba和Booth[20]利用miRNA微点阵方法，
分析了脑接种痒病因子 22A (n=6)鼠大脑 miRNA表
达谱，并用 qRT-PCR (TaqManH miRNA Assays)方
法进行确证。筛选了 14个表达变化显著的miRNA，
其中 8个 miRNA上调、6个 miRNA下调 (表 1)，
其中 miR-342-3p、 miR-320、let-7b、miR-328、miR-
128、miR-139-5p 和 miR-146a 上调到原来的 2.5倍
以上， miR-338-3p和miR-337-3p下调到原来的 40%
以下。这些在发病鼠中异常表达的 miRNA，在不
同的朊病毒病模型中具有相似的表达模式，意味着，
miRNAs的不同表达模式具备一定的保守性和疾病
的特异性，并与朊病毒所致的神经变性有关。
此外，Montag等 [21]分析感染疯牛病病原 (BSE)
的短尾猴大脑 miRNA的表达，研究结果显示感染
BSE短尾猴大脑 (与非感染组相比 )，hsa-miR-342-
3p和 hsa-miR-494显著上调。人散发性 CJD的 1型
和 2型病例中，hsa-miR-342-3p也上调，羊痒病感
染的小鼠中 hsa-miR-342-3p上调，这些也许是朊病
毒疾病后期的普遍现象，可用做人和动物朊病毒疾
病新的标记分子 (表 1)。但是，究竟是因为 miRNA
表达的异常而导致朊病毒疾病的产生，还是由于朊
病毒疾病的发生而使 miRNA 表达异常，目前还不
清楚。
3　miRNA与朊病毒疾病中的机体免疫和炎症
应答
Lukiw等 [22]发现小鼠和人脑中高表达的细胞
核因子 NF-κB调节的 miR-146a是先天免疫应答的
重要调节者，是特定免疫细胞和脑细胞的炎症信号。
羊瘙痒病鼠和阿尔茨海默病 (Alzheimer disease, AD)
大脑中均能观察到 miR-146a上调。在 AD患者中，
miR-146a水平随着疾病发展而逐渐升高，主要集中
在富含炎症的大脑区域。在极端罕见的 CJD和吉斯
特曼 -施特劳斯综合征 (Gerstmann-Straussler-Sheinker
syndrome, GSS)，(发病率是 1/1 000万 ~10/1 000万 )
中，miR-146a是上调的，表明上调的 miR-146a在
朊病毒介导的感染中也许参与了先天免疫的或促炎
症的神经免疫应答以及小鼠和人脑中累积的不可逆
的神经退行性病变。
这里存在一些有趣的提示：(1) NF-κB驱使的
miR-146a介导的炎性损伤的神经变性的应答在病毒
生命科学 第25卷308
感染、AD、朊病毒疾病和颞叶性癫痫中具有潜在
的共性 [11,23-25]；(2)已知的 miR-146a靶基因，即先
天免疫应答和促炎症信号因子，如补体因子H (CFH)、
类损伤受体 /白细胞介素 -1受体 (TLR/IL1-R)和白
细胞介素 -1受体相关的激酶 -1 (IRAK-1) [26-27]，在
朊病毒疾病中是特异的；(3)通过比较基因组学，
高特异性 miR-146a调控的获得性免疫和炎性损伤
的神经变性过程在鼠脑和人脑之间的进化中是保守
的 [28]。有趣的是，在人神经胶质细胞使用促炎症的
细胞因子白细胞介素 -1β (IL-1β)和淀粉状蛋白 42
(Aβ42)肽处理的原代共培养物中，miR-146a诱导
性的表达是显著上调的，这个可诱导的上调使用
NF-κB抑制剂能显著促灭 [28]。以神经胶质增生、免
疫应答的改变以及神经元组织炎症变性 [1-29]为特征
的 sCJD和 GSS，用炎症信号干预也许代表了一个
新的治疗途径去减慢朊病毒疾病发生的过程 [30]。
随后，Saba 等 [31]在朊病毒感染的鼠脑组织建
立了 miR-146a过表达模型，该模型小鼠出现朊病
毒沉积和小胶质细胞的活化。多个中枢神经系统细
胞系的表达谱显示，miR-146a优先在小神经胶质细
胞表达。显著上调的 miR-146a在小神经胶质细胞
系 BV-2最显著，通过 TLR2 应激 24~48 h后在小胶
质细胞 EOC13.31中达到了最高水平，伴随着诱导
的细胞因子回到基础的转录水平。功能学研究显示：
miR-146a在TLR2刺激的炎症反应通路中表达异常；
在基因表达上包括促炎转录因子下游介质、核因子
κB (NF-κB)和 JAK-STAT信号通路等发生了重要的
转录修饰。基因芯片分析预示 miR-146a调控小胶
质细胞激活状态的形态变化以及调控突发性氧化作
用的吞噬介质，如 CYBA和 NOS3。在朊病毒诱导
的神经退化中，miR-146a通过调节小胶质细胞功能
激活状态来调控朊病毒疾病的发生和发展。理解
miRNA在免疫和炎症应答方面的机制，不仅有助
于理解朊病毒疾病的发病机制，更有助于为朊病毒
疾病的治疗提供依据。
4　miRNA作为朊病毒诱导的神经变性疾病标记
朊病毒疾病是一类常见的神经变性障碍疾病。
已有重要的证据表明，朊病毒疾病的发生与正常的
细胞蛋白 PrPc构象转变成具有感染性的结构异型体
PrPSc有关 [1]，而传染性因子引起的神经元损伤、凋
亡分子途径不清楚。朊病毒诱导神经退行性病变缺
乏显著的特征性分子事件，这也是将来研究的重要
领域，其研究结果也可为朊病毒的治疗提供研究的
切入点。众多研究表明，miRNA调控网络的异常
是朊病毒发生的一个潜在因素，因此，鉴定所有潜
在参与疾病过程的基因、miRNA的表达，以及参
与细胞死亡、突触功能和神经发生有关的胞内蛋白
表1 羊痒病感染的小鼠中枢神经系统(CNS)组织miRNA表达
平均改变倍数 经miRNA芯片鉴定 脑组织中miRNA丰度(qRT-PCR)*
鼠 人 大鼠
上调的miRNA
miR-342-3p 3.3 √ √ √ +++
miR-320 2.9 √ √ ++
let-7b 2.7 √ √ √ ++++
miR-328 2.7 √ √ √ +++
miR-191 2.0 √ √ √ +++
let-7d 1.9 √ √ √ ++++
miR-370 1.9 √ √ +
miR-128 3.0 ++
miR-139-5p 3.0 +
miR-146a 2.6 ++
miR-339-5p 2.3 +
miR-203 2.1 +
miR-181a-1* 1.9 +
下调的miRNA
miR-338-3p -6.5 √ √ √ ++
miR-337-3p -3.1 +
呈现上调趋势的还包括miR-200a、miR-200b、miR-26a、miR-186、miR-331-3p、miR-152、 miR-221。
*结果来源于[20]
刘志培，等：MicroRNA与朊病毒疾病第3期 309
降解途径和信号通道的潜在靶基因之间的关系，对
于我们鉴定发病过程中的关键调节因子是非常重要
的，特别是鉴定出导致神经元凋亡通道相关的转录
因子以及调节蛋白激酶类。
利用微点阵和 RT-PCR，Saba等 [31]发现 15个
异常的 miRNAs，再基于网络为基础的计算算法对
朊病毒疾病期间改变的 miRNAs的理论 mRNA靶
点进行预测分析，鉴定参与转录、细胞周期、泛素
蛋白酶途径、突触的正常功能、神经元活力、神经
形成和神经突增长的基因。最终只有转录因子
EGR1能通过体外荧光素酶分析得到实验上的验证。
特别地，朊病毒疾病上调了抑制 EGR1 mRNA翻译
的 miR-191。转录因子 EGR1和 CREB1 (与 EGR1
功能相关，参与介导神经元功能和形态发生的调控
网络 )鉴定为下调朊病毒相关的基因，在朊病毒感
染的生物学相关的网络中起中心作用 [32]。意味着，
miRNAs介导的与这些朊病毒相关基因的调节能够
促成神经元死亡和神经变性，miRNA表达芯片可
以作为朊病毒疾病的潜在生物标记。
此外，Bellingham等 [33]发现朊病毒疾病和羊
痒病感染的神经元细胞释放的 50~130 nm小囊泡的
exosome (外吐小体 )相关联，通过分析 exosome
miRNA的表达谱，并对 exosome中小 RNA 深度测
序发现：神经元 exosome包含不同范围的 RNA类，
如逆转录病毒 RNA 重复区域、 信使 RNA片段、 转
移 RNA 片段、 非编码 RNA、 小核 RNA、 核仁小
RNA、 小细胞质 RNA、 沉默 RNA 以及 miRNA。最
重要的是，与非感染的神经元细胞中的 exosom相
比，朊病毒感染的神经元细胞中的 exosom上调 let-
7b、 let-7i、miR-128a、 miR-21、miR-222、miR-29b、
miR-342-3p 和 miR-424 的水平，下调 miR-146 水平。
研究结果显示，在朊病毒感染期间释放的循环
exosome有显著的 miRNA信号，它可以用于诊断
和理解朊病毒病的发病机制。
5　结语及展望
目前，miRNA 与朊病毒疾病相关的研究主要
集中在利用体内外模型微点阵以及 co-ordinated (共
纵坐标 )法，联合 miRNA和 mRNA芯片、生物信
息学预测和生化验证测定 miRNA调控过程和朊病
毒病不同阶段发病机制的相关基因、miRNAs 在朊
病毒疾病中表达谱的变化，对神经细胞增殖、凋亡、
信号转导及分化等特性的影响，寻找靶标基因及可
能影响的信号通路等方面。众多的证据表明， 在不
同条件下，miRNA 确实以不同的作用机制抑制靶
基因表达。然而，目前还不知道 miRNA 究竟是如
何选择沉默的机制或通路的，因此，miRNA之间、
miRNA 与靶 mRNA 之间、miRNA 与朊蛋白堆积之
间的网络交互作用的相互关系及其重要意义，以及
与已知的 Prnp基因和朊蛋白相关蛋白基因之间的
关系等方面，还有待于进一步的研究。
总的来说，我们已经鉴定了许多在朊病毒诱导
的神经变性期间异常的 miRNA，异常的 miRNA也
许是 PrPSc异常堆积的应答，从而导致神经元功能
失效的神经递质受体、蛋白降解途径和信号通道的
补偿修饰的致病级联反应。异常的 miRNA表达能
阐明那些导致神经元细胞凋亡的调控通道。基于
miRNA 在神经系统发育、分化及突触生成等方面
的研究成果，miRNA 在朊病毒中的研究价值日益
凸显，筛选与疾病相关的 miRNA 及其靶基因和相
应的蛋白表达的改变仍将是该领域的研究焦点。虽
然有研究表明，miRNA朊病毒特异性亚群与其他
神经变性疾病不同 [33]，并且在不同的种类之间是保
守的。考虑到 miRNA靶向多基因的能力，继续筛
选疾病特异性 miRNA亚群和确定哪些种类 miRNA
在朊病毒疾病中起到致病的关键作用仍是研究的重
点。随着科学家针对 miRNA在神经领域内的研究，
miRNA将会成为朊病毒疾病一个新的诊断和治疗
靶点。
[参　考　文　献]
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