Aging Cell︱同济大学康九红课题组揭示miR-181a-5p在神经干细胞增殖和老年小鼠学习记忆中的作用

撰文︱孙侨一

责编︱王思珍，方以一

编辑︱王思珍

衰老是一种进行性退化状态，通常伴随着认知能力下降和记忆缺陷。海马是与空间学习和记忆密切相关的脑区，位于海马齿状回亚颗粒区的神经干细胞（NSCs）对于海马的功能至关重要[1]。啮齿类动物研究表明，NSCs的增殖和神经发生可以一直持续到老年，但是存在年龄相关的NSC增殖及神经发生减少现象[2,3]，这种减少与年龄相关的认知和记忆能力衰退相关，表明海马NSC异常是年龄相关的、海马依赖的学习记忆能力衰退的主要原因之一。因此，理解与衰老相关的海马NSC异常的分子机制对于治疗衰老相关的认知衰退和记忆缺陷非常重要。

NSCs的增殖和分化受到外源和内源因素的精细调控[4,5]，包括分泌分子、神经递质、转录因子和表观遗传调控因子。以往研究表明，miRNAs广泛参与NSC增殖和分化的调控，但很多在NSCs中高表达的miRNAs的功能仍不清楚。

2023年2月16日，同济大学的康九红课题组在Aging Cell上发表了题为“MiR-181a-5p promotes neural stem cell proliferation and enhances the learning and memory of aged mice”的研究论文，揭示了miR-181a-5p在NSC增殖和衰老相关的、海马依赖的学习记忆障碍中的作用，为治疗衰老相关的神经系统疾病药物研发提供了理论依据。（拓展阅读：康九红课题组相关研究进展，详见“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Cell Death Discov︱康九红团队发现NRG1有望成为宫内生长受限导致的精神分裂症的治疗新靶点；EMBO Rep｜康九红课题组发现lncRNA SOX1-OT调控人ESC神经元发生的新机制）

首先，作者分析了年轻和年老小鼠全脑中差异表达的miRNAs（GSE34393）及在小鼠海马中高表达的前20个miRNAs（GSE107496），并确定了4个miRNAs作为候选研究对象。经过检测发现，与年轻小鼠相比，只有miR-181a-5p在年老小鼠海马中表达减少（图1e），且miR-181a-5p的水平与细胞增殖标记基因Ki67的表达呈正相关（图1f），提示miR-181a-5p缺失可能与老年小鼠海马NSC增殖能力下降相关。

接下来，作者评估了miR-181a-5p在海马齿状回中的定位，通过原位杂交结合细胞特异性标记物来标记NSCs、神经元和星形胶质细胞，结果显示miR-181a-5p主要表达于SOX2⁺ NSCs和NEUN⁺神经元（图1g）。为了评估miR-181a-5p在NSCs和神经元中年龄相关的改变，作者通过将含有Nestin启动子驱动的绿色荧光蛋白（Nestin-GFP）或Synapsin启动子驱动的绿色荧光蛋白（Syn-GFP）的rAAVs分别定位注射到年轻、年老小鼠海马中，并通过FACS分选年轻和年老小鼠海马中的GFP⁺细胞。定量结果显示miR-181a-5p在老年小鼠Nestin-GFP⁺ NSCs中表达下降，而在Syn-GFP⁺神经元中表达没有差异（图1h,i），说明miR-181a-5p可能主要在NSCs中发挥调控作用。

图1 miR-181a-5p在老年小鼠海马中的表达减少

（Sun, Q., et al., Aging Cell, 2023）

为了研究miR-181a-5p在NSC中的作用，作者分离了成年小鼠海马NSCs并进行体外培养，细胞增殖标志物Ki67和BrdU的免疫染色结果显示，过表达miR-181a-5p能够促进海马NSCs的增殖（图2）。

图2 过表达miR-181a-5p促进成体NSC增殖

（Sun, Q., et al., Aging Cell, 2023）

随后，作者进一步探究miR-181a-5p在老年小鼠海马NSCs中的调控作用。作者将过表达miR-181a-5p的腺相关病毒（AAVs）定位注射到老年小鼠海马中。结果显示过表达miR-181a-5p能够增加GFP⁺Ki67⁺Sox2⁺和GFP⁺BrdU⁺Sox2⁺ NSCs数量（图3e-g），说明过表达miR-181a-5p能够促进老年小鼠海马NSCs的增殖。此外，免疫染色结果显示，过表达miR-181a-5p能够增加GFP⁺BrdU⁺DCX⁺和GFP⁺BrdU⁺NeuN⁺细胞数量，但并不影响BrdU⁺DCX⁺和BrdU⁺NeuN⁺在总的BrdU⁺细胞中百分比（图3h-l），以上结果表明过表达miR-181a-5p能够通过增加NSC的数量来增加新生神经元的数量，但不会直接影响神经元分化。进一步，作者检测过表达miR-181a-5p对老年小鼠学习记忆能力的影响，新物体识别和水迷宫实验结果显示过表达miR-181a-5p可以改善老年小鼠学习记忆能力缺陷（图3m-r）。

图3 过表达miR-181a-5p促进NSC增殖并改善老年小鼠学习记忆能力

（Sun, Q., et al., Aging Cell, 2023）

图4 miR-181a-5p调控NSC增殖和老年小鼠学习记忆能力新机制

（Sun, Q., et al., Aging Cell, 2023）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究表明miR-181a-5p在老年小鼠海马NSCs中下调，并介导衰老相关的、海马依赖的学习记忆障碍（图4）。在老年小鼠海马中过表达miR-181a-5p可以促进NSC增殖，增加新生神经元的产生并改善老年小鼠受损的学习记忆能力。考虑到miRNAs的高药物潜力，miR-181a-5p可以为开发治疗与衰老相关的神经系统疾病的药物提供基础。此外，以往研究表明，miRNAs间可以协同调节某些生理过程，本文发现miR-181a-5p可以促进海马区NSC增殖，但是不影响NSC分化。那么是否可以找到能够促进NSC分化的miRNAs，在老年小鼠海马中共同表达这些miRNAs，使得在增加NSC库的同时促进NSCs向神经元方向分化，从而显著提高老年小鼠的学习记忆能力，值得进一步的研究。

原文链接：https://doi.org/10.1111/acel.13794

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[1] Ma, D. K., Bonaguidi, M. A., Ming, G. L., & Song, H. (2009). Adult neural stem cells in the mammalian central nervous system. Cell Res, 19(6), 672–682.

[2] Kuhn, H. G., Dickinson-Anson, H., & Gage, F. H. (1996). Neurogenesis in the dentate gyrus of the adult rat: Age-related decrease of neuronal progenitor proliferation. The Journal of Neuroscience, 16(6), 2027–2033.

[3] Ben Abdallah, N. M. B., Slomianka, L., Vyssotski, A. L., & Lipp, H. P. (2010). Early age-related changes in adult hippocampal neurogenesis in C57 mice. Neurobiology of Aging, 31(1), 151–161.

[4] Bond, A. M., Ming, G. L., & Song, H. (2015). Adult mammalian neural stem cells and neurogenesis: Five decades later. Cell Stem Cell, 17(4), 385–395.

[5] Navarro Negredo, P., Yeo, R. W., & Brunet, A. (2020). Aging and rejuvenation of neural stem cells and their niches. Cell Stem Cell, 27(2), 202–223.

本文完