5 小分子RNA
小分子RNA简介
人体基因组只有不足2%左右的基因会编码蛋白，这些得以表达的蛋白中又只有极少部分与精神疾病有关。其余98%的不能表达蛋白的转录产物与精神疾病之间的关系也许具有一定的研究价值，这部分基因即为非编码RNA。小分子非编码RNA（microRNA，miRNA）对转录后基因的表达及蛋白的合成具有重要的调控作用。miRNA是一类由内源基因编码长度约为22 个核苷酸的非编码单链RNA分子。
miRNA的不同时期存在多种形式，它并不是由基因直接转录形成的。miRNA转录后的最初长度约为300—1000个碱基，被称为Pri⁃miRNA。Pri⁃miRNA在细胞核中被Drosha加工成不成熟的长度大约为70—90个碱基的前体miRNA（Pre⁃miRNA）。这些Pre⁃miRNA通过输出蛋白5（Exportin 5，Exp 5）被运送到细胞质，进一步被Dicer切割成长约22个核苷酸的成熟miRNA（Mature miRNA）。成熟的miRNA与RNA诱导的沉默复合体（RNA⁃induced Silencing Complex，RISC）结合，通过和靶基因mRNA的3’非翻译区（3'UTR）的不完全互补序列结合，从而促进其靶基因mRNA的降解或抑制mRNA的翻译，起到对靶基因表达的转录后调控，在转录后水平上达到诱导基因沉默的效果。（Ambros， 2004； Russo & Giordano， 2009）
自从lin⁃4和let⁃7在线虫中首次发现后，miRNA的功能已经被广泛研究。现已发现，miRNA参与了生命过程中一系列的重要进程，如早期发育（Reinhart et al.， 2000）、细胞增殖与凋亡（Brennecke et al.， 2003）和细胞分化（Kawasaki & H， 2004）。每个miRNA可以调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某一个基因的表达（Bartel， 2009）。目前已证实，miRNA对动物体内约三分之一的编码基因均有调控作用（Bushati & Cohen， 2007）。
到目前为止，对miRNA的研究大多集中于肿瘤相关领域，它已被发现参与多种癌症的病理过程（Brian et al.， 2015； Spizzo et al.， 2009）。占人体基因组98%的非编码RNA与精神疾病之间存在怎样的关系呢？自1993年发现第一个miRNA lin⁃4后，对miRNA在神经系统中作用的研究非常缺乏，但自2000年以来，miRNA对神经系统功能与精神疾病的影响越来越受到研究者的关注。
小分子RNA对精神疾病的影响
在哺乳动物的神经系统中，有多种miRNA是脑内特异且高度保守的，它们既可以影响神经可塑性相关基因的表达，也可以影响神经递质受体相关基因的水平，且多种miRNA均参与了树突棘形态学改变和神经可塑性改变，影响学习和记忆过程（Aksoy⁃Aksel et al.， 2014； Bredy et al.， 2011； Griggs et al.， 2013； Q. Lin et al.， 2011）。
大量研究表明，miRNA的特异性表达会影响神经系统的生理过程，进而影响中枢神经系统的高级神经活动，如学习记忆等。也会导致神经退行性疾病，如阿尔兹海默症（Alzheimer's Disease，AD）、帕金森（Parkinson's Disease，PD）等（Baghi et al.， 2021； Lu et al.， 2021）。已有研究发现，在阿尔兹海默症中，miR⁃9、miR⁃15a、miR⁃19b以及miR⁃29b⁃1可以调控与AD密切相关的蛋白BACE1，而且miR⁃15a、miR⁃101以及miR⁃106b在淀粉样前体蛋白（APP）基因的3’UTR也存在结合位点（Samadian et al.， 2021），说明miRNA可以通过调控下游靶基因的表达，参与阿尔兹海默症的形成和发展。在帕金森疾病的研究中发现miR⁃7，miR⁃153通过负向调控α-突触核蛋白的表达参与PD的发生及发展，这些研究都说明了miRNA参与神经退行性疾病的发生发展。研究者还深入探索了miRNA在神经退行性疾病中的作用机制及功能，为以后进一步研究神经退行性疾病的发病机制提供了新的分子机制和新的研究方法。
小分子RNA对恐惧记忆的调控(https://www.daowen.com)
小分子RNA与PTSD的关系还鲜有发现，但其对条件化恐惧记忆的影响已逐渐被关注。大部分的非编码RNA在脑中均有表达，对小鼠的miRNA组织特异性研究发现了大约20种miRNA具有脑部特异性（Lagos⁃Quintana et al.， 2002； Sempere et al.， 2004），其中多种miRNA与学习记忆相关（Mercer et al.， 2008）。如miRNA能够调控与突触可塑性相关特定基因的表达（Ye et al.， 2016）。突触可塑性与新蛋白合成是长时记忆形成的关键生理学基础（Schroeder & Shinnick⁃Gallagher， 2005； Sutton & Schuman， 2006），调控新蛋白的合成是miRNA的主要作用，因此可以推测，miRNA必然参与了学习记忆过程。
目前已发现，条件化恐惧学习能够导致恐惧相关脑区多种miRNA水平的改变（Dias et al.， 2014），且调控特定miRNA的功能也能够影响恐惧记忆的获得、巩固及消退（Konopka et al.， 2010； Q. Lin et al.， 2011； Zovkic et al.， 2013）。如过表达miR⁃34c能够显著地破坏动物空间记忆的获得，还能够降低海马神经元的树突长度、树突分支数量及树突棘密度（Y. C. Kao et al.， 2018）。而miR⁃34a不但参与大脑老龄化（Kou et al.， 2016）及神经发育（Bavamian et al.， 2015）过程，还通过Notch信号通路调控条件化恐惧记忆的巩固（Dias et al.， 2014）。
除miR⁃34a外，miR⁃132/212、miR⁃138、miR⁃151、miR⁃181a、miR⁃31a、miR⁃144、miR⁃153、miR⁃92、miR⁃182及miR⁃128b均被发现能够影响条件化恐惧记忆的获得、表达或消退（Griggs et al.， 2013； D. W. Li et al.， 2018； Malan⁃Müller et al.， 2017； Mathew et al.， 2016； Murphy et al.， 2017； Thangaleela et al.， 2018； Vetere et al.， 2014； R. Y. Wang et al.， 2013； Xu et al.， 2018， 2019）。例如，miR⁃144受应激的调控，与抑郁、大脑老龄化、阿尔兹海默症及记忆障碍等之间均存在显著相关（Cheng et al.， 2013； Persengiev et al.， 2011）。比如，条件化恐惧记忆的消退能够显著增加杏仁核miR⁃144⁃3p的水平；相应地，在杏仁核过表达miR⁃144⁃3p能够有效地促进恐惧记忆的消退（Murphy et al.， 2017）。精神障碍治疗也能够改变miR⁃144的水平（X. Wang et al.， 2015），如抗惊厥药能够显著上调海马内miR⁃144的水平（R. Zhou et al.， 2009）。
著者的相关研究也发现miR⁃144/451基因敲除小鼠的场景条件化恐惧记忆获得过程受损。为了探索miR⁃144对条件化恐惧记忆的影响，著者利用miRanda、miRDB及TargetScan三个数据库对miR⁃144的靶基因进行了预测并求其合集，最终经实验验证发现miR⁃144的预测靶基因分拣蛋白相关的VPS10域包含受体3（Sortilin Related VPS10 Domain Containing Receptor 3，SORCS3）可能作为miR⁃144的下游靶基因参与了miR⁃144/451对恐惧记忆的调控，二者结合的基因序列见表7-1。著者发现，敲除miR⁃144/451的小鼠不但难以获得场景条件化恐惧记忆，其海马部位SORCS3的mRNA与蛋白水平也显著升高。并且，条件化恐惧记忆获得后，小鼠海马部位的SORCS3蛋白水平显著下降。因此，miR⁃144可能会通过作用于SORCS3影响场景条件化恐惧记忆获得的。
表7-1 miR⁃144与其预测靶基因SORCS3的3’UTR端的结合序列
SORCS3是一个130kDa的神经元孤儿受体，其表达基本集中于神经系统，在海马和皮层有丰富表达（Oetjen et al.， 2014），其表达受神经元活动的调节（Hermey et al.， 2004）。SORCS3能调控脑源性神经营养因子（BDNF）信号通路的功能，SORCS1/SORCS3缺陷小鼠的BDNF通路功能显著增强（Subkhangulova et al.， 2018）。BDNF对神经元的生长与分化以及维持神经元的基本生理功能均有重要作用（张萌等，2013），对条件化恐惧记忆也有调控作用（Chou et al.， 2014）。因此，miR⁃144⁃SORCS3⁃BDNF通路可能是调控条件化恐惧记忆的重要机制，但需要进一步实验证实。