CNSNT︱港大宋又强/林利伟团队揭示miR-128在阿尔茨海默病Tau磷酸化及Aβ沉积中的重要作用

撰文︱李思雯

审阅︱宋又强

责编︱王思珍，方以一（勘误：标题中“利”为“礼”）

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease， AD）是导致老年人罹患痴呆症（dementia）的最主要病因，其主要特征为脑组织中异常积聚的由过度磷酸化Tau蛋白组成的神经纤维缠结及由β类淀粉样肽（amyloid-beta， Aβ）组成的淀粉样斑块。目前用于治疗AD的药物虽能减缓相关临床症状，但却不能治愈AD。因此，开发出新的可有效延缓或阻止AD病程进展的治疗策略迫在眉睫。MicroRNAs（miRNAs）是一类长约22个碱基的单链非编码RNA，可通过翻译抑制或mRNA降解的方式以抑制靶基因的表达， 广泛参与生物体生长、发育及疾病发生等过程。越来越多的研究表明miRNAs与AD的发生发展密切相关[1]，且在AD中异常表达，而调控AD相关miRNAs的表达有望成为治疗AD的新策略。近来有研究发现神经元特异性表达的miR-128在AD中异常表达，但其在AD发病过程中的作用及其异常表达的潜在分子机制仍有待阐明。

2023年3月7日，香港大学脑与认知科学国家重点实验室及香港大学生物医学学院的宋又强和林礼伟团队在CNS Neuroscience & Therapeutics上发表了题为“MicroRNA-128 suppresses tau phosphorylation and reduces amyloid-beta accumulation by inhibiting the expression of GSK3β, APPBP2, and mTOR in Alzheimer's disease”的文章。李思雯为第一作者。该研究阐述了miR-128不仅可通过抑制GSK3β的表达来抑制Tau蛋白的磷酸化，还可通过抑制APPBP2和mTOR的表达以减少Aβ的沉积，提示miR-128可抑制AD的发生发展，因而可作为治疗AD的新靶点。该团队还发现Aβ可通过抑制C/EBPα的表达进而下调miR-128的表达水平，揭示了miR-128在AD脑组织中表达下调的分子机制。（拓展阅读：宋又强团队相关研究进展，详“逻辑神经科学”报道（点击阅读）：Brain | 首次！PAX6或许是阿尔茨海默病发病机制的关键因子及新治疗靶点）

虽然AD的发病机制迄今未明，但众多的研究结果已表明Tau蛋白的过度磷酸化及Aβ的异常积聚在AD的发生发展中具有重要的促进作用[2]。为了阐明miR-128在AD中的作用，研究人员首先在AD细胞模型中检测了miR-128对上述信号通路的影响，结果发现过表达miR-128可以显著抑制Tau蛋白的磷酸化及Aβ的分泌水平，而抑制miR-128的表达则上调了Tau蛋白的磷酸化及Aβ的分泌水平（图1 A-D）。

图1. MiR-128抑制Tau蛋白磷酸化及Aβ分泌水平

接下来，为了揭示miR-128抑制Tau蛋白磷酸化及减少Aβ分泌水平的分子机制，研究人员首先利用miRNAs靶标预测工具TargetScan对miR-128的潜在靶标分子进行预测，并通过文献搜索结合靶标基因功能分析，最后筛选出糖原合成激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）、淀粉样蛋白前体蛋白结合蛋白2（amyloid precursor protein binding protein 2，APPBP2）及雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）三个候选靶标分子。研究者随后通过蛋白质免疫印迹（WB）、双荧光素酶报告基因分析、RT-qPCR、免疫荧光和透射电镜等一系列实验证明了miR-128不仅可通过与GSK3β mRNA的3端非翻译区（3’ untranslated region，3’ UTR）结合而抑制GSK3β的表达，进而抑制Tau蛋白的磷酸化，还可通过直接靶向APPBP2的3’ UTR而抑制Aβ的生成，并且可通过直接靶向mTOR来促进自噬进而加速Aβ的清除，最终达到减少Aβ水平的目的。

为了进一步验证miR-128能够抑制AD的发病进程，研究人员还在AD模型鼠5XFAD小鼠海马区注射了表达miR-128的腺相关病毒。研究人员首先构建了可共表达miR-128和绿色荧光蛋白（GFP）的腺相关病毒表达系统（图2 A），在验证该表达系统可在细胞及小鼠脑组织中有效共表达miR-128及GFP后（图2 B-E），研究人员利用脑定位注射技术在3月龄的雄性5XFAD小鼠的两侧海马齿状回（Dentate gyrus, DG）区域注射了miR-128表达病毒（AAV9-miR-128）或对照组病毒（AAV9），并在注射病毒3个月后对小鼠进行Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）测试以评估小鼠的空间学习及记忆能力，以及利用免疫组化、RT-qPCR和WB实验检测小鼠脑组织中Aβ的沉积和miR-128及其靶标分子的表达水平（图2 F）。MWM实验结果表明，与没有注射病毒的5XFAD小鼠（5XFAD）及注射了对照病毒的5XFAD小鼠（AAV9）相比，注射了miR-128表达病毒的5XFAD小鼠（AAV9-miR-128）在MWM的training trial中能够更快地找到平台（图2 G），并在MWM的probe trial中更快地到达平台（图2 H），更多次地游过平台区（图2 I），且更长时间地停留在平台所在象限（图2 J,K），提示注射了AAV9-miR-128的5XFAD小鼠的空间学习及记忆能力得到了显著的改善。

图2. 上调miR-128表达可显著改善5XFAD小鼠的空间学习及记忆能力

免疫组化实验结果也显示，注射了AAV9-miR-128的5XFAD小鼠，其DG区及皮质区（Ssp）的Aβ沉积显著减少（图3 A-B）。研究人员还发现，注射了AAV9-miR-128的5XFAD小鼠海马区的miR-128表达水平及自噬相关分子LC3-II的蛋白水平明显上调，而mTOR蛋白水平显著下调（图3 C-D）。

图3. 上调miR-128表达可减少Aβ在脑组织的沉积及增强自噬活性

上述实验结果表明在5XFAD小鼠海马区上调miR-128的表达可以显著改善5XFAD小鼠的空间学习及记忆能力，减少Aβ在脑组织的沉积且能明显促进自噬。

研究人员还阐明了miR-128在AD中表达异常的分子机制。通过对miR-128成熟体上游2 kb基因区域进行分析，研究人员发现该区域存在众多CCAAT/增强子结合蛋白α（CCAAT/enhancer- binding protein alpha，C/EBPα）的潜在结合位点，提示C/EBPα可能参与miR-128的转录调控。研究人员接下来通过荧光素酶报告基因分析、RT-qPCR、染色质免疫共沉淀等实验发现，过表达C/EBPα可显著上调miR-128的启动子活性，而抑制C/EBPα的表达则明显下调内源性miR-128的表达水平；而且C/EBPα可以直接结合到miR-128的启动子区。这些实验结果表明C/EBPα可转录激活miR-128的表达。研究人员随后发现Aβ寡聚体可抑制神经元细胞中C/EBPα和miR-128的表达，而且5XFAD小鼠和TgCRND8小鼠海马组织中C/EBPα和miR-128的表达水平与野生型小鼠相比均显著下调。上述实验结果提示Aβ可通过抑制C/EBPα的表达进而下调miR-128的表达。

图4 文章总结图

文章结论与讨论，启发与展望

该研究首次系统性地探讨了miR-128对与AD发生发展密切相关的Tau蛋白磷酸化及Aβ沉积的影响，并详细地论证和揭示了其分子机制。该研究结果表明miR-128具有抑制AD病程进展的功能，而上调miR-128的表达可作为治疗AD的有效策略。研究人员还首次揭示了miR-128在AD中表达异常的潜在机制，他们发现Aβ可通过抑制C/EBPα的表达进而抑制miR-128的表达，这为将来探讨C/EBPα作为AD治疗靶标可能性的研究奠定了一定的理论基础。不足的是，该论文采用了5XFAD小鼠来作为体内研究模型，该模型小鼠虽然可以模拟Aβ异常所致的病理进程，但却不能模拟Tau蛋白异常所致的病理变化。因此，为了更好地研究miR-128 对AD小鼠体内Tau蛋白病理变化的影响，应该采用AD相关Tau转基因小鼠模型，如3xTg-AD小鼠和PS19小鼠来进行相关体内实验。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/cns.14143

文章第一作者：李思雯

（照片提供自：宋又强/林利伟团队）

其他参加合作单位和个人有：中国科学院深圳先进技术研究院（张志刚、屠洁）；多伦多大学Tanz神经退行性病研究中心（张亚伦、Ekaterina Rogaeva、Peter St George-Hyslop）等。基金支持：Innovation and Technology Commission, Grant/Award Number: MRP/056/21, PiH/086/22 andPiH/234/22; Guangdong Science and Technology Department, Grant/Award Number: 2018B030336001 JT; Science, Technology and Innovation Commission of Shenzhen Municipality, Grant/Award Number: JCYJ20200109150717745 XY

欢迎加入逻辑神经科学群：文献学习2扫码添加微信，并备注：逻辑-文献-姓名-单位-研究领域-学位/职称
      

往期文章精选【1】综述文章推荐第八期︱Nature期刊神经科学领域最新前沿综述精选（2023年1-2月份）【2】STTT︱川大贾大/张小虎/莫显明/首医李巍团队发现SCGN缺陷是孤独症谱系障碍的危险因素【3】BMC Med 专家点评︱秦献辉研究团队发现：中国成人每多摄入一种膳食不可溶纤维，罹患高血压的风险显著降低50%！【4】JNNP︱解放军总医院蔡剑鸣/卢明明/韩聪团队揭示高分辨MRI血管壁成像在动脉粥样硬化与烟雾病中的诊断和预测价值【5】Neuron︱胡霁/袁逖飞/许涛发现“麻醉牛奶”有望给抑郁症患者带来福音【6】Adv Sci︱唐本忠/郑磊/师冰洋团队合作开发脑胶质瘤高特异近红外AIE铁死亡剂【7】Na Neurosci︱谜题！40Hz的光刺激能改善阿尔兹海默病吗？【8】Mol Psychiatry︱电子科大Becker团队揭示科素亚调控奖赏加工的计算神经机制【9】STAR Protocols︱温医大方合志/王娅团队发表线粒体分离及线粒体蛋白亚定位方法【10】Science︱基于液滴微流控正向遗传筛查星胶-小胶的相互作用基因科研学习课程精选【1】多模态脑影像数据的处理与分析及论文写作培训班（4月15-16日，腾讯会议）
【2】线粒体和细胞死亡课题思路介绍及热点方向分析（3月18-19日，腾讯会议）【3】Python生物信息从入门到进阶研讨会（4月7-9日，腾讯会议）【4】计算机辅助药物设计技能实操研讨会（4月15-16日，腾讯会议）【5】肠道菌群与代谢组学研究策略研讨会（延期至2023年4月22-23日，腾讯会议）【6】宏基因组与代谢组/脂质组学R软件数据可视化研讨会（3月25-26日 ，腾讯在线会议）【7】高分SCI文章与标书作图（暨AI软件作图）研讨会（3月25-26日  ，腾讯在线会议）【8】R语言生信数据分析及可视化作图（网络）研讨会（延期至3月31-4月2日，腾讯在线会议）【9】单细胞测序与空间转录组学数据分析研讨会（延期至4月15-16日 腾讯在线会议）【10】膜片钳与光遗传及钙成像技术研讨会（4月8-9日 腾讯会议）学术会议预告【1】会议通知︱2023年成瘾与脑科学国际研讨会暨中国药物滥用防治协会成瘾与脑科学分会第一届学术会议（2023年4月9-10日，深圳）【2】会议预告︱大咖齐聚，共同倡导关爱罕见病群体，助力健康中国！（2023年3月18日，广州，线上线下相结合）【3】会议通知︱2023中国衰老科学大会第一轮通知（2023年4月21-23日，北京）【4】会议通知︱中国神经科学学会神经影像学分会2023学术年会（2023年5月19-21日，广州）【5】学术会议预告︱Novel Insights into Glia Function & Dysfunction（2023年4月24-28日，日本）【6】会议通知︱第六届中国神经科学学会神经退行性疾病分会年会会议通知（2023年4月7-9日，湖南长沙）【7】会议通知更新︱小胶质细胞生理与病理功能专题国际研讨会（2023年3月30-4月1日，深圳）          
参考文献1. Wang M, Qin L, Tang B. MicroRNAs in Alzheimer's Disease. Frontiers in genetics. 2019;10:153.2. Guo T, Zhang D, Zeng Y, Huang TY, Xu H, Zhao Y. Molecular and cellular mechanisms underlying the pathogenesis of Alzheimer's disease. Mol Neurodegener. 2020;15(1):40

编辑︱王思珍
本文完