阿尔茨海默症相关miRNA的研究解析及其潜在应用

背景及研究动机

阿尔茨海默症（Alzheimer’s Disease, AD）是一种逐渐进展的神经退行性障碍，是老年人中最常见的痴呆形式。AD的大脑病理学特征主要包括由β-淀粉样蛋白（Aβ）累积形成的老年斑和由过度磷酸化的tau蛋白形成的神经纤维缠结。Aβ是由位于膜上的前体蛋白APP（Amyloid Precursor Proteins）经过β-和γ-分泌酶切割产生的，其毒性分子形式，特别是Aβ42，被认为是神经毒性的主要成分，诱发神经炎症、氧化应激、突触功能障碍并最终导致神经元损失。然而，APP也可以通过α-和γ-分泌酶依次切割生成的可溶性APPα（sAPPα）被认为具有神经保护作用，包括促进神经突生长和神经元存活。因此，平衡Aβ的生成与清除，及其在AD治疗中的潜在应用成为亟待解决的挑战。

为解决上述问题，研究人员关注到调控关键蛋白表达的microRNAs （miRNAs）。该研究的目的是通过调查AD患者与对照组的血浆miRNA表达谱，筛选出与AD病理相关的miRNAs，并验证这些miRNAs对于目标蛋白的调控及其机制，进一步探讨其作为治疗策略的潜力。

研究来源

此研究由Chao Song、Shufang Li和Yingren Mai等人合作完成，分别来自Jinan University和Guangzhou Medical University等研究机构。论文发表在2024年的《Journal of Neuroinflammation》上。

研究流程

研究对象和方法

研究使用了11例AD患者和14例性别年龄匹配的认知正常者的血浆样本，并进行miRNA测序（miRNA-seq）以分析其全球表达谱。研究包含以下步骤：

1. miRNA表达谱分析：使用miRNA-seq对AD患者与对照组样本进行全面的全球表达分析，从而筛选出差异表达的miRNAs（DEMs）。
2. 实验验证：通过体内体外表达和敲低mir-140和mir-122来进一步验证这些DEMs影响AD病理的作用。
3. 蛋白质表达检测：利用分子生物学、免疫组织化学等技术检测miRNAs对目标蛋白（如ADAM10和sAPPα）的影响。

关键实验和技术手段

• miRNA测序及数据分析：使用QIAseq miRNA库构建套件构建测序文库，并通过Illumina NovaSeq 6000系统进行测序。数据分析包括样本清理、比对、差异表达分析、miRNA靶基因预测及功能富集分析。
• qRT-PCR验证：使用特定引物对血浆和脑组织中的mir-140和mir-122表达进行定量实时PCR验证。
• 蛋白质检测：通过Western blot分析来检测ADAM10和sAPPα等关键蛋白的表达情况。
• 行为学测试：通过Y迷宫和Morris水迷宫等行为学测试评估miRNAs过表达对小鼠认知功能的影响。
• 功能实验与miRNA靶向验证：包括体外神经元树突分析、BV2和HT22细胞共培养实验以评价Dianamia phagocytosis能力，使用荧光标记的Aβ42进行吞噬试验等。

研究结果

miRNA表达谱分析及验证

通过miRNA-seq筛选出41个DEMs，进一步筛选出两个差异表达显著且在AD病理中具有潜在功能的miRNAs——mir-140-3p和mir-122-5p。qRT-PCR验证显示AD患者血浆与APP/PS1小鼠脑组织中mir-140和mir-122显著上调。

mir-140和mir-122对ADAM10和sAPPα的调控作用

mir-140和mir-122通过靶向ADAM10而影响APP的非淀粉样蛋白质裂解。体内外实验显示，小鼠脑内过表达mir-140和mir-122显著下调ADAM10及其产物sAPPα，导致认知功能下降，且ATRCA（全反视黄酸）治疗可以通过上调ADAM10表达改善认知功能。此外，HT22细胞中，敲低内源性mir-140/mir-122显著减少Aβ产量，提示其在AD治疗中的潜力。

mir-140和mir-122对小鼠认知功能的影响

通过aav9病毒介导的mir-140和mir-122过表达，进一步证实其在野生型小鼠和APP/PS1小鼠中引起认知障碍。ATRCA治疗则可以恢复ADAM10和sAPPα的表达，改善受损认知功能。

mir-140和mir-122对小胶质细胞活动性的影响

实验进一步显示，mir-140和mir-122过表达降低小胶质细胞对Aβ斑块的迁移和吞噬能力，增加神经炎症反应并恶化神经突变性。

结论与意义

本研究显示，mir-140和mir-122通过靶向ADAM10, 抑制其表达，减少神经保护因子sAPPα的生成，从而在AD病理进展中起到关键作用。调控这些miRNAs的表达可能成为AD治疗的潜在策略。

• 科学价值：揭示了两种特定miRNAs在AD病理中的作用机制，首次系统性展示了mir-140和mir-122通过ADAM10途径调控APP处理。
• 应用价值：鉴于miRNAs在调控基因表达中的广泛性及其转化潜力，本研究结果为AD治疗提供了新的靶点和策略。

通过深入研究该课题，一些重要创新点和发现包括：首次系统发现和验证了mir-140和mir-122在AD病理中通过ADAM10影响APP非淀粉样剪切的详细机制，展示了其潜在的药物靶点作用。如能转化临床应用，将为AD治疗方案带来革命性变化。