贺晓生 苏鑫洪 (第四军医大学西京医院神经外科，陕西 西安 710032)

贺晓生，第四军医大学西京医院神经外科第二病区主任，教授、主任医师，博士研究生导师。从事神经外科专业临床、科研和教学工作20余年。研究方向：中枢神经系统肿瘤、颅脑损伤、小儿神经外科。在脑损伤再生与修复方面，以创伤性脑损伤的分子机制为研究重点，从减轻神经元损伤、调控神经干细胞再生、促进神经轴突再生与致靶等方面进行了深入的研究。承担科技国家自然科学基金资助项目3项、其他军队、省部级等课题基金项目10余项。在国内外学术期刊发表论文90余篇，其中在Journal ofNeurosurgery 等SCI期刊发文20余篇。获得国家科技进步二等奖1项。任中华医学会神经外科分会神经生理监测学组副主任委员，中国医师协会神经损伤培训委员会委员，中国医师协会神经外科医师分会小儿神经外科专家委员会副主任委员、委员，中国神经科学会神经损伤与修复分会委员，中国康复医学会陕西分会颅脑损伤专业委员会副主任委员，全军战创伤专业委员会副主任委员，兼任《中华神经外科疾病研究杂志》编委、编辑部主任，以及《中华神经医学杂志》、《临床神经外科杂志》编委。教育部学位与研究生教育发展中心通讯评议专家，国家自然科学基金委员会医学科学部通讯评审专家。先后在香港大学医学院Queen Mary医院、美国纽约州Rochester大学医学院Strong纪念医院、德克萨斯州A&M大学医学院Scott & White纪念医院、宾夕法尼亚州Pittsburgh大学医学中心(UPMC)Presbyterian医院颅底外科中心、南弗罗里达大学医学院Tampa总医院做高级访问学者。4次分赴澳大利亚、美国、英国出席国际神经创伤学术会议。

·述评·

重视非编码RNA在中枢神经再生与修复中的作用研究

贺晓生*苏鑫洪
(第四军医大学西京医院神经外科，陕西 西安 710032)

非编码RNA; 神经再生; 神经修复

脑与脊髓作为中枢神经系统，其损伤极为常见，致死率和致残率居各类创伤之首；相比于周围神经系统损伤，中枢神经受损后恢复困难，目前治疗仍缺乏突破[1]。中枢神经系统神经细胞受损、缺失或死亡,常导致诸多神经功能障碍，引起偏瘫、失语、智力障碍、昏迷甚至死亡等。其不良预后与损伤后神经再生和修复能力不足有关。研究影响中枢神经再生与修复的因素，促进损伤后神经组织结构重建和功能修复，是神经科学研究亟待解决的问题之一。

非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)是指一类不被翻译成蛋白质的RNA分子，主要包括微RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)、环状RNA(circular RNA, circRNA)等多种RNA。人类基因组研究计划表明[2]，在组成人类基因组的约30亿个碱基对中，仅有1.5%的核酸序列是用于蛋白质的编码，75%的基因组序列能够被转录成RNA，其中近74%的转录产物为ncRNA。ncRNA的表达具有典型的时空特异性和环境敏感性,参与了表观遗传调节中的分子募集, 并且在神经发育、神经再生、神经元网络连接和突触可塑性等过程中发挥关键作用[3]。上述三种ncRNA在中枢神经再生与修复中的作用，目前已获得一定关注；阐明其作用机理并开展临床应用，还需强化认识，深入研究和探讨。

一、miRNA

miRNA是一类内源性非编码小单链RNA，长度约20 23个核苷酸。miRNA通过与靶基因mRNA的3'非翻译区域(3' untranslational region, 3'UTR)结合，引起目标mRNA降解或者转录后翻译抑制，从而在转录后水平调控编码基因的表达。虽然miRNA数量微小，仅占真核生物全部基因组的1%，但调控的靶基因数却可以达到10%～30%。众多miRNA中，来自同一个基因簇中的miRNA具有较强的同源性，基因结构和功能在进化中呈现保守性，在发育时间空间上呈现特异性[4]。

在中枢神经系统，miRNA广泛参与调控神经发育的多个阶段，包括神经模式决定、神经干细胞(neural stem cells, NSCs)分化的命运、神经元细胞的特化和同一性维持、轴突生长锥的引导及路径发现等。在成熟的神经元中，miRNA也有重要的调节作用，包括突触可塑性和长期记忆的维持等。目前的研究多集中在miRNA对神经元轴突再生和生长锥引导上，miRNA-21在损伤后的DRG(dorsal root ganglia)神经元中迅速上调，可通过靶向调节Sprouty2 促进DRG神经突起的再生[5]。miRNA-124下游的神经元限制性沉默因子(repressor element silencing transcription factor, REST)通过与其共抑制因子CoREST结合，形成REST/CoREST调节子，共同抑制神经元特异性基因的表达，在引导轴突生长锥的导向致靶过程中发挥重要作用[6,7]。同时，miRNA-124还参与调控NSCs的分化潜能，可定向诱导NSCs向神经元分化，减少其向胶质细胞方向分化，主要涉及的靶基因有REST/CoREST、RNA聚合酶Ⅱ的C端结构域的多肽磷酯酶1、多聚嘧啶通道结合蛋白1和果蝇zeste基因增强子同源物2等[8～10]。miRNA-222通过磷酸酶-同源性张力蛋白调节cAMP应答元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)磷酸化，强化神经元兴奋性递质传递，促进突触连接的建立和新生神经元整合入宿主神经网络[11]。此外， miRNA-145、miRNA-138和miRNA-132 等分别可通过下游Robo2、Sirtuin type 1和Rasa1靶基因参与调控轴突再生[12～14]。

二、lncRNA

lncRNA是一类转录后长度在200 至数千个核苷酸，且不表现任何蛋白质编码潜能的ncRNA。lncRNA在转录起始与延伸过程中,由RNA聚合酶Ⅱ合成,并经组蛋白修饰后产生。具有5'末端甲基鸟苷帽式结构和多聚腺嘌呤尾结构，缺乏可延伸的开放阅读框是lncRNA 的一个基本特征[15]。它是ncRNA家族中最大的一类RNA。

研究发现：多种lncRNA在中枢神经系统呈特异性表达[16]，并且lncRNA在不同类型和不同发育阶段的中枢神经细胞内呈差异化表达[17]，参与调控神经发育过程中蛋白编码基因，对神经细胞固有形态和特征的维持具有重要作用[18]，这些都表明lncRNA在中枢神经发育过程中扮演重要作用。此外，lncRNA不仅能够调控NSCs的干性，还可以通过调节神经再生过程中的靶蛋白来调控NSCs的增殖与分化。在Hjelm 等[19]的研究中，采用RNA测序技术，分析了具有多向分化潜能的神经前体细胞(induced pluripotent stem cells-neural progenitor cells，IPS-NPCs)、IPS-NPCs分化产生的未成熟神经元、大脑皮质成熟神经元等三种细胞内的lncRNA表达变化，发现大脑皮质成熟神经元的70余 种lncRNA 较IPS-NPCs明显下调，其中86%的lncRNA 变化趋势与IPS-NPCs及未成熟神经元中lncRNA 的变化趋势相同。同时，成熟神经元有148 种lncRNA较IPS-NPCs显著上调，其中，有64% 的lncRNA变化趋势与IPS-NPCs及未成熟神经元中lncRNA 的变化趋势相同。进一步的研究发现，这些上调的lncRNA 与新生神经元之间的信号转导关系密切，表明lncRNA的激活与失活参与调控NSCs向神经元的分化过程。

目前对lncRNA的研究还比较困难，主要原因在于lncRNA的表达丰度很低；序列的保守性差，在不同物种间其功能不能类推；其表达易受大环境和微环境因素的影响；作用的方式具有多样性和复杂性。同时，研究lncRNA的技术手段也存在局限性，比如对lncRNA高级结构的预测尚无可靠的技术方案；对RNA-蛋白质复合体的鉴定和功能研究也存在技术操作复杂、敏感性和成功率低的特点；且相当比例的lncRAN存在于细胞核中，如何高效抑制这部分基因表达是目前研究的一个技术难点。

三、circRNA

circRNA是近几年来发现的一类新型闭合环状结构非编码RNA分子。它是由特定的剪接机制形成的包含一个以上外显子环化构成环状RNA，大量存在于真核转录组，是目前神经科学领域的研究热点分子[20]。circRNA在神经系统的组织特异性、时序特异性和高稳定性等特征，使其在神经再生与修复的研究中具有明显的优势[21]。

circRNA分子中含有miRNA结合位点，一旦它们发生相互作用，形成circRNA-miRNA-mRNA作用网络，可抵消miRNA对靶基因的抑制作用，并增加靶基因的表达水平[22]。Hansen等[23]与Rajewsky等[24]研究发现，斑马鱼过表达对miRNA-7具有海绵作用的circRNA(circular RNA sponge for miRNA-7 ，ciRS-7)后，与敲除miRNA-7的效果类似，可改变大脑发育速度和方向。circRNA在对miRNA发挥的海绵作用过程中，实际扮演着竞争性内源RNA(competing endogenous RNAs, ceRNA)的角色，可竞争性抑制miRNA的转录调控，发挥生物学功能[25]。这种作用实际上代表了一类新型的ceRNA调节物。相比较于其他类型的ceRNA调节物，它又具有在细胞中高表达和高稳定性的优点，同时还能提供更多的miRNA结合位点，能更加快速、有效和稳定地调控miRNA的作用，这为研究miRNA调控神经再生与修复的机理提供了新的思路和方法。

虽然环状RNA不被RNA酶降解，比线性RNA具有更强的稳定性，其分离、鉴定和检测较为容易可靠，但目前的研究大多处于起步阶段，其命名系统也尚无明确规定。circRNA的具体生成机制仍不明确，涉及到的剪切信号及稳定性调控等仍有待进一步探究。circRNA在发挥miRNA“海绵”作用的吸附及释放过程中的信号调控尚不清楚。circRNA是否可以作为理想的新型临床诊断生物标记物，应用于医学诊断还不为人知。关于circRNA的生物信息学数据库尚未完全建立，因此导致circRNA的研究进展比较缓慢。

综上所述，越来越多的证据表明，ncRNA在调节神经系统发育、稳态、可塑性和多种疾病的病理生理过程中具有重要的作用。然而，目前对ncRNA在中枢神经再生与修复中的作用研究尚处于起步阶段，绝大部分ncRNA的性质、结构和功能尚未阐明。深入研究神经损伤后的ncRNA表达变化和相互之间的作用机理，可为中枢神经再生与修复提供新的研究思路和治疗策略。相信随着ncRNA在中枢神经系统中作用的不断揭示，将有助于深入了解调控神经再生与修复的复杂网络，并终将为人类中枢神经损伤的康复带来福音。

1Blennow K, Hardy J, Zetterberg H. The neuropathology and neurobiology of traumatic brain injury [J]. Neuron, 2012, 76(5): 886-899.

2Lu Z, Matera AG. Vicinal: a method for the determination of ncRNA ends using chimeric reads from RNA-seq experiments [J]. Nucleic Acids Res, 2014, 42(9): e79.

3Ivakhnitskaia E, Hamada K, Chang C. Timing mechanisms in neuronal pathfinding, synaptic reorganization, and neuronal regeneration [J]. Dev Growth Differ, 2016, 58(1): 88-93.

4Sun E, Shi Y. MicroRNAs: Small molecules with big roles in neurodevelopment and diseases [J]. Exp Neurol, 2015, 268: 46-53.

5Strickland IT, Richards L, Holmes FE, et al. Axotomy-induced miR-21 promotes axon growth in adult dorsal root ganglion neurons [J]. PLoS One, 2011, 6(8): e23423.

6林利芳, 谷溪, 刘书虎, 等. miR-124a通过抑制iASPP基因表达促进神经突起生长 [J]. 南方医科大学学报, 2014, 34(1): 31-35.

7Baudet M L, Zivraj K H, Abreu-Goodger C, et al. miR-124 acts through CoREST to control onset of Sema3A sensitivity in navigating retinal growth cones [J]. Nat Neurosci, 2012, 15(1): 29-38.

8Yoo AS, Sun AX, Li L, et al. MicroRNA-mediated conversion of human fibroblasts to neurons [J]. Nature, 2011, 476(7359): 228-231.

9陈焱，汪军. 微小RNA-124及其相关疾病研究进展 [J]. 国际药学研究杂志, 2013, 40(5): 541-544.

10Neo WH, Yap K, Lee SH, et al. MicroRNA miR-124 controls the choice between neuronal and astrocyte differentiation by fine-tuning Ezh2 expression [J]. J Biol Chem, 2014, 289(30): 20788-20801.

11Zou Y, Chiu H, Zinovyeva A, et al. Developmental decline in neuronal regeneration by the progressive change of two intrinsic timers [J]. Science, 2013, 340(6130): 372-376.

12Zhang HY, Zheng SJ, Zhao JH, et al. MicroRNAs 144, 145, and 214 are down-regulated in primary neurons responding to sciatic nerve transection [J]. Brain Res, 2011, 1383: 62-70.

13Liu CM, Wang RY, Saijilafu, et al. MicroRNA-138 and SIRT1 form a mutual negative feedback loop to regulate mammalian axon regeneration [J]. Genes Dev, 2013, 27(13): 1473-1483.

14Hancock ML, Preitner N, Quan J, et al. MicroRNA-132 is enriched in developing axons, locally regulates Rasa1 mRNA, and promotes axon extension [J]. J Neurosci, 2014, 34(1): 66-78.

15Johnsson P, Lipovich L, Grander D, et al. Evolutionary conservation of long non-coding RNAs; sequence, structure, function [J]. Biochim Biophys Acta, 2014, 1840(3): 1063-1071.

16Ramos AD, Diaz A, Nellore A, et al. Integration of genome-wide approaches identifies lncRNAs of adult neural stem cells and their progeny in vivo [J]. Cell Stem Cell, 2013, 12(5): 616-628.

17Klattenhoff CA, Scheuermann JC, Surface LE, et al. Braveheart, a long noncoding RNA required for cardiovascular lineage commitment [J]. Cell, 2013, 152(3): 570-583.

18Lv J, Liu H, Huang Z, et al. Long non-coding RNA identification over mouse brain development by integrative modeling of chromatin and genomic features [J]. Nucleic Acids Res, 2013, 41(22): 10044-10061.

19Hjelm BE, Salhia B, Kurdoglu A, et al. In vitro-differentiated neural cell cultures progress towards donor-identical brain tissue [J]. Hum Mol Genet, 2013, 22(17): 3534-3546.

20Lin SP, Ye S, Long Y, et al. Circular RNA expression alterations are involved in OGD/R-induced neuron injury [J]. Biochem Biophys Res Commun, 2016, 471(1): 52-56.

21Veno MT, Hansen TB, Veno ST, et al. Spatio-temporal regulation of circular RNA expression during porcine embryonic brain development [J]. Genome Biol, 2015, 16: 245.

22Hansen TB, Jensen TI, Clausen BH, et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges [J]. Nature, 2013, 495(7441): 384-388.

23Hansen TB, Jensen TI, Clausen BH, et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges [J]. Nature, 2013, 495(7441): 384-388.

24Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, et al. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency [J]. Nature, 2013, 495(7441): 333-338.

25Zhang Y, Zhang XO, Chen T, et al. Circular intronic long noncoding RNAs [J]. Mol Cell, 2013, 51(6): 792-806.

1671-2897(2016)15-193-03

R 651

C

国家自然科学基金资助项目(81471264)

贺晓生，教授、主任医师，博士生导师， E-mail: hexiaos@fmmu.edu.cn

*通讯作者：贺晓生，教授、主任医师，博士生导师， E-mail: hexiaos@fmmu.edu.cn

2016-01-10；

2016-05-23)

文章编号：1671-2897(2016)15-196-05