MicroRNA-195與阿茲海默病

   ApoE蛋白是腦磷酸肌醇二磷酸(PIP2)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素，ApoE4亞型功能失調(diào)會導致AD的認知功能下降。synj1是PIP2降解酶，synj1的降低加速溶酶體降解途徑的清除，改善輕度創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)誘導的tau蛋白過度磷酸化，挽救ApoE4相關(guān)的認知障礙。大腦中synj1水平的增加部分是由于synj1 mRNA不能有效降解，miRNA主要通過結(jié)合mRNA 3'URT區(qū)域的miRNA結(jié)合元件來調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄后水平。那接下來這篇文章主要研究miR-195是否調(diào)節(jié)ApoE4相關(guān)的腦PIP2穩(wěn)態(tài)失衡，認知損傷和AD病理。

技術(shù)路線圖：

研究結(jié)果：
1.MiR-195是參與ApoE調(diào)控synj1表達的最佳候選miRNA
   首先比較了ROSMAP 數(shù)據(jù)庫中ApoE4?/?和ApoE4+/-兩種狀態(tài)中人miRNA譜，鑒定了16個顯著差異表達的miRNAs。ApoE3或ApoE4條件培養(yǎng)液(CM)處理的ApoE?/?海馬神經(jīng)元進行了miRNA陣列研究，30個差異表達的miRNAs。在這些miRNAs中，MiR-195是ApoE4+和ApoE4?條件下僅有表達差異的miRNA。數(shù)據(jù)庫預測與synj1 mRNA結(jié)合的miRNAs，MiR-195被預測為先選候選miRNA。在所有受試者和女性受試者中，ApoE3+/+攜帶者MiR-195與synj1 mRNA水平呈負相關(guān)。ApoE4+/-攜帶者中也存在負相關(guān)趨勢，但無統(tǒng)計學意義，表明ApoE4等位基因存在時MiR-195與synj1的網(wǎng)絡調(diào)控可能減弱。與MiR-195負相關(guān)的靶基因和基因的最高富集功能包括神經(jīng)元和突觸功能的調(diào)節(jié)、神經(jīng)發(fā)生和分化，而與MiR-195正相關(guān)的基因的功能在循環(huán)系統(tǒng)和血管發(fā)育中富集。總之，這些結(jié)果暗示MiR-195在調(diào)控ApoE-synj1-PIP2通路中是最佳候選miRNA。

 2.大腦MiR-195水平降低與ApoE4基因型、疾病進展和認知能力下降有關(guān)
   與ApoE4-/-的受試者相比，ApoE4+/-輕度認知障礙(MCI)和臨床癡呆評分(CDR)在0.5到1之間的早期AD受試者的頂葉皮層組織中MiR-195水平降低，觀察到MiR-195水平隨著疾病從正常衰老到MCI和早期AD的進展而降低，女性受試者MiR-195顯著低于男性受試者。在CDR（0.5-1）的ApoE4-/-攜帶者中，大腦MiR-195和PIP2水平呈正相關(guān)，在CDR（0-1）受試者中，無論ApoE基因型如何，均呈正相關(guān)趨勢。腦MiR-195與其他磷脂種類和變量，如PI和磷酸肌醇(PIP)，死后時間(PMI)，Aβ水平和年齡之間沒有相關(guān)性。ApoE4基因型MiR-195參與了早期疾病的發(fā)生和加速。
   大腦和腦脊液MiR-195水平的降低與AD早期發(fā)展過程中的ApoE4基因型、認知能力下降和tau病理學相關(guān)。

3. ApoE4小鼠腦和培養(yǎng)神經(jīng)元中，MiR-195表達降低
   在小鼠模型和原代神經(jīng)元中驗證。與ApoE3+/+小鼠相比，ApoE4+/+小鼠大腦中的MiR-195水平更低。ApoE-/-腦中MiR-195表達降低。在ApoE-/-海馬神經(jīng)元中，ApoE4條件培養(yǎng)基（CM，來源星形細胞）處理之后MiR-195水平始終低于ApoE3-CM處理。
   在ApoE3-CM處理的條件下，RAP（ApoE受體相關(guān)蛋白，是ApoE受體的抑制劑）處理導致MiR-195水平降低。而在ApoE4-CM處理的條件下，MiR-195水平在基線時低得多，在RAP處理后呈上升趨勢。這些結(jié)果表明，星形細胞來源的ApoE可能與神經(jīng)元上的ApoE受體結(jié)合，導致神經(jīng)元MiR-195的改變，而ApoE4對神經(jīng)元MiR-195的表達表現(xiàn)出功能缺失的影響。然后我們確定MiR-195的上調(diào)是否調(diào)節(jié)預測靶基因synj1的表達水平。過表達MiR-195可顯著降低ApoE4-CM處理的ApoE?/?神經(jīng)元中synj1蛋白水平。提示MiR-195對synj1表達的特異性作用。同樣,在ApoE3+/+或ApoE4+/+神經(jīng)元中過表達MiR-195，導致synj1 mRNA和蛋白表達下降。

4.在ApoE4小鼠模型中，過表達MiR-195挽救了認知缺陷并改善AD相關(guān)的病理
   在ApoE4+/+KI小鼠的雙側(cè)海馬區(qū)轉(zhuǎn)染攜帶MiR-195的慢病毒，ApoE4+/+KI小鼠的識別行為受損完全被MiR-195的過表達挽救。過表達MiR-195也降低了ApoE4小鼠大腦中的p-Tau水平，synj1 mRNA水平和蛋白水平均降低。在過表達MiR-195的ApoE4+/+FAD小鼠中觀察到p-Tau，低聚物Aβ42和淀粉樣斑塊均降低。
   GSEA研究表明被MiR-195過表達干擾的最佳通路是線粒體相關(guān)通路（研究表明線粒體動力學失衡介導的海馬神經(jīng)元損傷是AD的重要病理機制）。結(jié)果表明，在正?；蛘逜D背景的ApoE4小鼠模型中，升高MiR-195水平可以挽救ApoE4和AD相關(guān)的認知缺陷和病理改變。

5.ApoE4 AD患者人誘導多能干細胞(hiPSCs)來源腦細胞中，升高MiR-195水平可以挽救溶酶體缺陷
   ApoE4+/+神經(jīng)元中MiR-195的過表達導致溶酶體大小顯著減少，p-Tau蛋白水平降低。與ApoE3+/+正常衰老iPSC衍生星形膠質(zhì)細胞相比，ApoE4+/+AD中培養(yǎng)的iPSC衍生星形膠質(zhì)細胞中MiR-195水平也較低。在人類iPSC衍生的ApoE4+/+AD腦細胞中，升高MiR-195水平可以挽救溶酶體缺陷，而抑制MiR-195可能加劇這些表型。
   過表達MiR-195后，synj1+/+神經(jīng)元的溶酶體大小從101.5μm2減小到75.8μm2。這表明MiR-195通過靶基因synj1發(fā)揮作用，挽救了與受體相關(guān)的溶酶體缺陷。這些結(jié)果表明，在人類iPSC衍生的ApoE4+/+AD腦細胞中，升高MiR-195水平可以挽救溶酶體缺陷，而抑制MiR-195可能加劇這些表型。

總結(jié)：
   本研究提供了ApoE4基因型特異性的腦MiR-195表達改變與AD相關(guān)表型(包括腦磷脂失調(diào)、認知缺陷、溶酶體缺陷和tau病理學)之間的聯(lián)系。這些研究可能揭示在AD中，針對特定miRNA MiR-195的新的治療策略。