Cell Stem Cell 深度解读| RNA小小兵立大功！miRNA的“解”冻人生

视频1：本研究第一作者董盈岑博士的中文解说

视频2：本研究通讯作者陈俊安副研究员的英文解说

渐冻症（学名为肌萎缩侧索硬化，amyotrophic lateral sclerosis，ASL），是一种影响运动神经元的神经退化疾病。由于运动神经元在脊髓中负责控制肌肉收缩，渐冻症患者往往因感到肌肉无力而就医。由于患者初期手或脚无力占大多数，表示控制四肢肌肉的运动神经元在疾病前期已开始出问题。当渐冻症患者明显感觉全身体运动机能下降时，患者的其他运动神经元也已经开始迅速的退化，并会导致患者在短期内便无法行走或灵活使用双手，最后只能渐渐躺卧在轮椅中。渐冻症患者不仅在生活质量与经济上承受极大的压力与痛苦，他们亲属也因为照护患者而失去原本生活的步调。尽管医学发展突飞猛进，但直至今日渐冻人症的致病机制却还尚未明朗，更遑论寻找改善疾病的治疗方式。

近年来的研究显示，小RNA（microRNA，miRNA）在神经发育的过程中，会扮演基因转录后修饰的角色。miRNA属于非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）的一种。人转录组（transcriptome）里至少含有超过一半以上的ncRNAs，它们不像大家熟知的信使RNA（mRNA）会被转录成有功能性的蛋白质，而是直接以RNA的形式去执行任务。miRNA的作用机制，是辨认与其序列相对应的靶标mRNA，并与之结合，进而抑制靶标mRNA转录为蛋白质。目前在人类已发现1000 种以上的miRNA，而一种miRNA会有数十种以上的靶标mRNA，因此对基因调控的影响甚大。然而 miRNA在胚胎神经系统发育的角色，仍尚未被完整揭示。

台湾“中央研究院”陈俊安副研究员团队（The JAC Lab）曾发现，当小鼠失去Dicer酶时，控制四肢的运动神经元在发育时期就会大量死亡。为了找出关键的miRNA，研究人员将发育中小鼠的运动神经元分离出来，通过RNA-seq与杂交染色法，发现mir-17~92在控制四肢的运动神经元中表达量特别高；当敲除小鼠的mir-17~92时，发现控制四肢的运动神经元便会大量死亡。也就是说mir-17~92表达，对于这群特定运动神经元的生存十分重要。但是为什么mir-17~92能够特异性维持这些运动神经元的生存呢？

当进一步比较正常与敲除mir-17~92的小鼠运动神经元，研究人员发现mir-17~92的标靶mRNA–PTEN可能会影响四肢运动神经元的生存。PTEN其实早已在癌症病理学中颇负盛名，因为它的存在可促进癌细胞的死亡；而近年来的研究更发现，如果让PTEN进入癌细胞的细胞核中，则更加速癌细胞的凋亡【1】。但是PTEN 对于神经细胞的影响，目前并不像癌细胞领域有清楚定论。研究人员接着利用胚胎干细胞所诱导分化的运动神经元与动物实验同步证实，在控制四肢的运动神经元中，高量的mir17~92会抑制PTEN蛋白质的表达，并同时影响其他酶的表达，而阻止PTEN进入细胞核中。如此PTEN不能启动细胞凋亡机制，这些神经细胞就可以快乐地活下去。此外，研究人员也用小鼠模型验证，若在运动神经元失去mir-17~92时，把PTEN降低回正常的的表达量，那些理应退化的运动神经元便可以活下来。这些证据更加支持mir17~92与PTEN 的调节作用，是影响四肢运动神经元生死存亡的关键。该研究于发表在Cell Reports上。该工作由共同第一作者: 董盈岑博士与助理吕雅琳共同完成。值得一提的是，文章一作董盈岑博士的母亲-苏美玉女士，以其独树一帜的新岭南派画风描绘以小鼠为模式动物，研究运动神经元之发育与退化。母子联手创作巧妙融合中华艺术之美于现代科学之中，让这项研究荣登Cell Reports当期封面【2】。

延续的研究成果，研究人员进一步探讨mir-17~92是不是也在神经退化性疾病扮演关键角色。由于许多渐冻症患者，是因控制四肢肌肉的运动神经元首先退化而感到不适，于是JAC 实验室研究小组董盈岑博士与助理彭冠智进而着手调查mir-17~92在渐冻症中的的角色。研究团队最新的研究结果显示: 即是在成熟小鼠，mir-17~92仍然会继续高量表现。但渐冻症成鼠在发病前却会显著减少;而当提升渐冻症小鼠运动神经元内的mir-17~92量，可以显著地延缓病征。研究成果已于5月30日刊登于Cell Stem Cell期刊上【3】。

本研究最大的突破，在于陈俊安的研究小组采用多种生物模式系统做病理验证，包括小鸡胚胎、SOD1G93A渐冻症小鼠以及其干细胞分化之运动神经元，并辅以渐冻症患者的诱导性多功能干细胞所衍生之运动神经元（iPSC~MNs）做一系列致病机转的研究。这些系统一致显示: 原本应该大量表现于四肢运动神经元的mir-17~92，在发病（也就是四肢运动神经元死亡）前会显著减少，并伴随着PTEN累积在细胞核中，进而导致细胞退化死亡。令人振奋的是，当研究团队在渐冻症运动神经元中做基因治疗，大量表现mir-17~92后，不仅可以改善iPSC~MNs的存活率，也显著增进了渐冻症小鼠的运动能力，并平均延长百分之十四的寿命。由于渐冻症患者诊治后只能再多活二至五年的平均寿命，如果mir-17~92的基因治疗未来在人类病患上也有效果，可望会为病患带来新治疗方式的契机。

仅管目前的研究成果尚未完全破译渐冻症的致病原因，不过陈俊安研究小组的成果依旧为厘清渐冻症的致病机制向前推进了一步。此成果也是首次发现mir-17~92具有作为预测渐冻症发病的生物标记，以及作为基因治疗标靶药物之潜能。此实验结果已申请多国专利，有助于未来以基因治疗渐冻症标靶药物的研发。

原文链接：

/10.1016/j.stem..04.016

制版人：小娴子

参考文献

1. Song,M. S. et al. Nuclear PTEN regulatesthe APC-CDH1 tumor-suppressive complex in a phosphatase-independent manner. Cell 144, 187-199,doi:10.1016/j.cell..12.020 ().

2. Tung,Y. T. et al. Mir-17~92Governs Motor Neuron Subtype Survival by Mediating Nuclear PTEN. Cell reports 11, 1305-1318,doi:10.1016/j.celrep..04.050 ().

3. Tung, Y. T. et al. Mir-17~92Confers Motor Neuron SubtypeDifferential ResistancetoALS-Associated Degeneration. Cell Stem Cell