靶向miR-132或可挽救AD患者成年海马神经发生和记忆缺陷

　　撰文 | Qi

　　驻留在海马神经发生微环境中的神经干细胞在成年大脑中维持终生的神经发生。成年海马神经发生（Adult hippocampal neurogenesis, AHN）在功能上与人类和啮齿动物的记忆和认知可塑性有关。在阿尔茨海默氏病（AD）中，在海马神经发生微环境中产生新神经元的过程受到阻碍，但其机制尚不清楚。

　　当将AHN视为神经退行性疾病（例如AD）的治疗靶标时，对AHN涉及的分子机制的更深入了解变得尤为重要。先前研究已经证明，成年齿状回路中的miR-132缺失会引起新生神经元神经突成熟，脊柱形成和突触活性的显着改变，从而损害其功能整合到成年海马回路【1】。在miR-132过表达和miR-132条件性基因敲除小鼠中海马转录组谱的交叉分析揭示了其对涉及神经发生和细胞增殖的基因的强大影响【2】。有趣的是，miR-132在人类AD患者的海马中强烈下调，此外，原发神经元或小鼠大脑中的miR-132过表达抑制了AD的病理特征，例如淀粉样斑块，tau过度磷酸化和沉积以及神经元死亡【3, 4】。然而，miR-132在AD患者的AHN中的作用仍然难以捉摸。

　　2021年5月24日，来自荷兰神经科学研究所的Evgenia Salta团队和来自比利时VIB大脑和疾病研究中心的Bart De Strooper团队在Cell Stem Cell杂志上发表了一篇题为Restoring miR-132 expression rescues adult hippocampal neurogenesis and memory deficits in Alzheimer’s disease 的文章，这项研究报道了miR-132调控是AHN不可或缺的一部分，而补充miR-132通过在成年海马神经发生微环境中发挥不同作用，从而在两个不同的AD小鼠模型中恢复AHN和记忆缺陷。这一发现证实了AHN在AD小鼠模型中的重要性，并揭示了在神经退行性病变中靶向miR-132的潜在治疗潜力。

　　基于先前的研究，作者想知道AD中的miR-132缺乏是否与AHN微环境功能相关。为了排除可能存在的基因偏移，作者使用两种AD小鼠模型来完成后续研究，一种过表达人淀粉样蛋白前体蛋白（APP）和早老素1（PS1）（APP / PS1）的突变形式，另一种敲入突变的人源化App基因（AppNL-G-F）。作者检测到与野生型小鼠相比，两种AD小鼠脑中齿状回中miR-132显著下调，且神经元祖细胞增殖能力受损程度与miR-132水平变化平行，提示miR-132与AHN之间可能存在相关性。

　　接下来，作者使用Nestin：GFP报告基因谱系并结合其他标记物来标记齿状回的神经干细胞（neural stem cells, NSCs）和神经元前体细胞，并使用荧光原位杂交技术和FACS确认了成年NSCs和祖细胞会募集miR-132，作为对运动或衰老相关刺激的反应中的一部分，然而，当AHN暴露于Aβ后miR-132确不会被募集。有趣的是，miR-132的敲低会抑制了关键神经营养因子Bdnf的增加，已有研究证明该因子是成年海马神经发生微环境的健康和认知恢复的必需物质【5】。值得注意的是，miR132在体外人类神经元前体和成年小鼠NSC和祖细胞体内的过表达以细胞自主方式诱导神经元分化和成熟，且神经原代人胚胎干细胞向神经元前体神经诱导后，miR-132水平显着提高了20倍，在神经元成熟过程中进一步提高了300倍以上，这些数据进一步证实了miR-132调控与人类神经发生的相关性。

　　那么反过来想，如果提高miR-132水平是否可以改善在两个小鼠模型中观察到的AHN缺陷呢？作者发现通过表达miR-132，能显着抑制细胞池中的早期干细胞特性并诱导了增殖和分化速率增加相关的转录组变化。除了分子水平上的变化，miR-132对AHN的调节是否会影响相关的记忆功能呢？为此，作者在被动回避试验和模式分离（基于差异恐惧条件）试验中评估在AppNL-G-F小鼠中过表达miR-132的影响。作者发现恢复miR-132的表达可以挽救与情境恐惧调节和回避任务相关的海马依赖性功能特征，而这些功能与AD小鼠模型中的AHN缺乏相关。有趣的是，miR-132在野生型小鼠中的过度表达导致AHN特异性模式分离任务中的性能下降，这表明miR-132的表达应保持在一定范围内，以确保适当的学习和记忆功能，这一结果更加证实了先前的一项研究结果，即“超生理”（> 3倍）miR-132水平会抑制野生型小鼠的海马依赖性记忆。因此，这些结果提示需要进一步的工作来评估AD脑中miR-132表达的治疗窗口。

　　总的来说，这项研究支持一个模型，其中miR-132是小鼠和人类成年神经发生的有效调节剂，而AD的病理学改变会导致miR-132缺乏进而损害AHN，相反，在成年NSCs中过表达一定范围的miR-132可以挽救AD小鼠模型的神经发生和记忆缺陷。最近，在脊髓性肌萎缩症中使用基于RNA的小型疗法治疗神经退行性疾病已经获得突破性进展【6】，那么这一研究或许能为基于miR-132的治疗AD的方案做好铺垫，当然，未来还需要重点解决两个问题：首先，合适的剂量将是至关重要的；此外，解决miR-132对神经发生的调节作用所依赖的分子和细胞机制也能使新策略的提出能具备可靠性和说服力。

　　原文链接：

　　https://doi.org/10.1016/j.stem.2021.05.001

　　参考文献

　　1. Luikart, B.W., Bensen, A.L., Washburn, E.K., Perederiy, J.V., Su, K.G., Li, Y., Kernie, S.G., Parada, L.F., and Westbrook, G.L. (2011). miR-132 mediates the integration of newborn neurons into the adult dentate gyrus. PLoS ONE 6, e19077.

　　2. Hansen, K.F., Sakamoto, K., Aten, S., Snider, K.H., Loeser, J., Hesse, A.M., Page, C.E., Pelz, C., Arthur, J.S.C., Impey, S., and Obrietan, K. (2016). Targeted deletion of miR-132/-212 impairs memory and alters the hippocampal transcriptome. Learn. Mem. 23, 61–71.

　　3. He ´ bert, S.S., Wang, W.X., Zhu, Q., and Nelson, P.T. (2013). A study of small RNAs from cerebral neocortex of pathology-verified Alzheimer’s disease, dementia with lewy bodies, hippocampal sclerosis, frontotemporal lobar dementia, and non-demented human controls. J. Alzheimers Dis. 35, 335–348.

　　4. El Fatimy, R., Li, S., Chen, Z., Mushannen, T., Gongala, S., Wei, Z., Balu, D.T., Rabinovsky, R., Cantlon, A., Elkhal, A., et al. (2018). MicroRNA-132 provides neuroprotection for tauopathies via multiple signaling pathways. Acta Neuropathol. 136, 537–555.

　　5. Choi, S.H., Bylykbashi, E., Chatila, Z.K., Lee, S.W., Pulli, B., Clemenson, G.D., Kim, E., Rompala, A., Oram, M.K., Asselin, C., et al. (2018). Combined adult neurogenesis and BDNF mimic exercise effects on cognition in an Alzheimer’s mouse model. Science361, eaan8821.

　　6. Finkel, R.S., Chiriboga, C.A., Vajsar, J., Day, J.W., Montes, J., De Vivo, D.C., Yamashita, M., Rigo, F., Hung, G., Schneider, E., et al. (2016). Treatment of infantile onset spinal muscular atrophy with nusinersen: a phase 2, open-label, dose-escalation study. Lancet 388, 3017–3026.