MicroRNA治療AD:miR-200a-3p可減輕Aβ產生和Tau 過度磷酸化

2020-12-15 腦科學君

AD具有兩個特徵性病理改變：一是由β-澱粉樣蛋白前體裂解酶1（BACE1）主導的Aβ澱粉樣蛋白的過度產生，二是由於蛋白激酶A (PKA)相關的激酶/磷酸酶系統失衡引起的tau蛋白過度磷酸化。MicroRNA（miRNA）是短鏈RNA，長度約為20–25個鹼基對（bp），通過與mRNA三個主要非翻譯區（3'-UTR）關聯，調節目標信使RNA（mRNA）的轉錄後表達。此外，miRNA已被證實具有組織、細胞和疾病特異性，在AD患者的腦脊液和血漿中均存在，其豐富性在與AD相關的基因表達變化中也得到了具體說明。因此，miRNAs是無創生物標誌物和AD相關靶基因潛在調節劑的極佳候選者。

MicroRNA-200a-3p（miR-200a-3p）屬於miR-200家族，位於染色體1p36上，在人類腫瘤中發揮重要作用，並調節細胞凋亡和增殖。有越來越多的證據表明，miR-200a-3p可能與AD病理有關。這篇發表在Frontiersin Pharmacology雜誌的研究MicroRNA-200a-3pMediates Neuroprotection in Alzheimer-Related Deficits and AttenuatesAmyloid-Beta Overproduction and Tau Hyperphosphorylation via Coregulating BACE1 and PRKACB。探討了microRNA-200a-3p（miR-200a-3p）在介導針對AD相關缺陷的神經保護中的作用和潛在的分子機制。

1，miR-200a-3p在AD病程中的表達降低

在AD患者血液中及另外三種AD模型的腦組織中——APP / PS1雙轉基因小鼠、APPswe細胞、快速衰老小鼠8（SAMP8），均觀察到miR-200a-3p的表達水平呈顯著下調趨勢。這表明miR-200a-3p可能參與了AD病理過程的調節。

圖1.miR-200a-3p的異常表達與AD的進展有關

2，miR-200a-3p抑制Aβ1-42的產生，減弱Tau磷酸化並抑制細胞凋亡

通過向APPswe細胞中轉染miR-200a-3p mimics，發現Aβ1-42的產生減少，tau蛋白在絲氨酸202/蘇氨酸205（AT8），絲氨酸214（S214），絲氨酸396（S396）和絲氨酸356（S356）表位的磷酸化顯著降低；並且，流式結果表明其早期凋亡、晚期凋亡和總凋亡的比率均顯著降低。而在miR-200a -3p抑制劑轉染的APPswe細胞中，Aβ1-42則過度產生，tau蛋白各位點的磷酸化均顯著升高，細胞凋亡率顯著增加。

圖2.miR-200a-3p在APPswe細胞中表現出神經保護特性

3，BACE1基因是miR-200A-3P的直接靶標

使用miRNA目標預測資料庫TargetScan進行了計算分析，結果表明miR-200a-3p在BACE1 mRNA 的3'-UTR中具有潛在的靶位點。此外，使用雙重螢光素酶報告基因測定來研究miR-200a-3p調節BACE1的方式。得出的結論是miR-200a-3p與BACE1的3'-UTR特異性結合。此外，由於miR-200a-3p模擬物或抑制劑未影響BACE1 mRNA 的表達，而顯著影響了BACE1蛋白的表達，表明miR-200a-3p與BACE1的相互作用方式在於蛋白質翻譯過程而非轉錄過程的調控。

圖3.BACE1的mRNA是miR-200a-3p的直接靶標

4，PRKACB是miR-200a-3p的另一個靶標

生物信息學分析預測，miR-200a-3p的另一個候選靶標是PRKACB，其編碼PKA的一個旁源催化亞基之一，從而通過Ser214，Ser356和Ser396表位增加磷酸化tau的水平。雙螢光素酶報告實驗結果表明miR-200a-3p與PRKACB之間的潛在相互作用。並且，miR-200a-3p模擬物顯著下調了PRKACB的mRNA和蛋白質表達。

圖4. PRKACB是miR-200a-3p的另一個靶標

5，miR-200a-3p通過調節BACE1和PRKACB發揮神經保護作用

將BACE1或PRKACB與miR-200a-3pmimics（或NCM）共轉染到APPswe細胞中。BACE1或PRKACB與NCM的共轉染增加了APPswe細胞的早凋、晚凋和總凋亡率以及caspase-3的活性；而miR-200a-3p模擬劑可抑制BACE1或PRKACB引起的APPswe細胞凋亡、Aβ1-42增加以及tau蛋白磷酸化水平，發揮神經保護作用。

此外，當使用BACE1 siRNA和PRKACB siRNA沉默BACE1和PRKACB時，在APPswe細胞中發現miR-200a-3p神經保護的作用減弱（補充材料）。這些結果表明，miR-200a-3p可能通過在體外協同調節BACE1和PRKACB來保護神經細胞。

圖5. miR-200a-3p對APPswe細胞中BACE1、PRKACB及Aβ過量產生和tau過度磷酸化的影響

6，總 結

本研究表明了miR-200A-3P與AD病程進展密切相關，並且通過兩種可能的機制發揮針對Aβ毒性的神經保護作用：第一，通過抑制BACE1的表達直接或間接地抑制Aβ過度產生；第二，通過同時降低PKA的表達來降低tau蛋白的過度磷酸化。當然，miR-200a-3p調控軸相關的其它潛在機制仍需進一步探討。此外，通過適當的新型載體將miR-200a-3p局部遞送到某些大腦區域，例如皮層和海馬體，也可能為AD的miRNA療法提供新指示。

圖6. miR-200a-3p在APPswe細胞中神經保護作用的示意圖

參考文獻：

WANG L, LIU J, WANG Q, et al. MicroRNA-200a-3pMediates Neuroprotection in Alzheimer-Related Deficits and Attenuates Amyloid-Beta Overproduction and Tau Hyperphosphorylation via Coregulating BACE1 and PRKACB [J].

編譯作者：樂行僧 (Brainnews創作團隊)

校審：Victoria、Simon (Brainnews編輯部)

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