《Neurobiology of Disease》：MicroRNAs in polyglutamine diseases: Mechanistic insights, circulating biomarkers, and emerging microRNA-based therapeutic strategies
微小RNA（miRNAs）已成为多聚谷氨酰胺（PolyQ）疾病发病机制中的关键调控因子——这是一组由CAG重复扩增引起的致命性神经退行性疾病，包括亨廷顿病、脊髓小脑性共济失调、齿状核红核苍白球路易体萎缩症以及脊髓延髓肌萎缩症。本综述综合了所有九种PolyQ疾病中miRNA失调的最新研究进展，重点关注2019年以来发表的研究。研究人员检视了特定miRNA如何调节核心致病级联反应——包括突变蛋白聚集、转录失调、线粒体功能障碍和细胞凋亡——并将这些分子事件与疾病相关的运动、认知和精神表型联系起来。综述强调了治疗进展，包括腺相关病毒（AAV）递送的人工miRNA的临床前疗效，以及新兴的靶向突变转录本（如HTT、ATXN1、ATXN3和ATXN7）的外泌体平台。AAV5-miHTT已推进至亨廷顿病的首次人体试验（NCT04120493）——这是临床转化中的一个关键里程碑。血浆和脑脊液中的循环miRNA显示出作为微创、分期特异性生物标志物的诊断潜力，但在标准化、跨生物体液一致性及临床验证方面仍存在挑战。尽管取得了实质性进展，转化障碍依然存在——包括脱靶效应、递送优化、免疫原性和患者异质性。克服这些障碍需要整合单细胞转录组学、工程化递送系统、机器学习和纵向表型临床队列的综合方法。本综述整合了机制见解、生物标志物发现和治疗开发，以推动基于miRNA的策略走向PolyQ疾病的疾病修饰干预。
- 1.
引言
多聚谷氨酰胺（PolyQ）疾病是一组由特定基因中CAG三核苷酸重复的不稳定扩增引起的遗传性神经退行性疾病。该组疾病包括亨廷顿病（HD）、脊髓小脑性共济失调亚型（SCA1、SCA2、SCA3、SCA6、SCA7和SCA17）、脊髓延髓肌萎缩症（SBMA）和齿状核红核苍白球路易体萎缩症（DRPLA）。这些疾病以进行性且破坏性的运动不协调、认知衰退和精神障碍为特征，反映了不同神经元群体的选择性易损性。其发病机制涉及毒性蛋白聚集、转录失调、线粒体功能障碍和细胞清除机制受损之间复杂的相互作用。越来越多的证据表明微小RNA（miRNA）失调参与这些致病级联反应，使miRNA成为诊断生物标志物和治疗靶点的有前景的候选分子。然而，对miRNA网络如何与PolyQ介导的毒性相互作用的理解仍不完整——这一知识空白限制了转化进展。
miRNA是高度保守的小型非编码RNA，作为关键转录后调控因子发挥作用。首个miRNA lin-4和let-7在秀丽隐杆线虫中的发现确立了小RNA作为发育时序关键调控因子的地位，这一范式随后扩展到哺乳动物的基因调控。它们通常结合靶mRNA的3'非翻译区（3' UTR）以抑制翻译或诱导降解，从而控制包括发育、分化和应激反应在内的多种生物学过程。鉴于这种广泛的调控能力，失调的miRNA与神经退行性通路密切相关，这推动了基于miRNA的RNA干扰策略在PolyQ疾病中的发展。专门数据库的建立和先进计算模型的发展加速了疾病相关miRNA特征的发现。miRNA参与神经退行性发病机制的认识起源于阿尔茨海默病和帕金森病的研究，其中特定miRNA被发现调控淀粉样前体蛋白和多巴胺能神经元功能等关键致病蛋白。这些发现确立了miRNA失调不仅是神经退行性变的后果，而且可以主动驱动致病过程。在此基础上，PolyQ疾病研究始于HD中的候选miRNA方法，并逐渐扩展到所有九种疾病的基因组规模分析。
- 2.
文献检索策略
本叙述性综述基于主要在PubMed中进行的文献检索，辅以对检索文章参考文献列表的人工筛选。检索强调2019年以来发表的研究，与综述关注近期进展的重点一致，同时纳入对历史背景至关重要的早期里程碑式出版物。检索词包括"microRNA"或"miRNA"与每种疾病名称的组合，以及相关关键词和基因特异性术语。典型检索策略将疾病特异性术语与miRNA或miRNA相关关键词结合以识别合格研究，并对检索文章的参考文献列表进行人工筛选以获取额外相关出版物。检索识别出数百篇潜在相关记录，从中根据相关性、机制见解和证据质量选择了130篇同行评审文章。最终检索于2026年5月完成。鉴于综述的叙述性范围，未应用正式排除标准，仅排除会议摘要和预印本。未进行正式质量评估或荟萃分析。
尽管先前综述提供了PolyQ疾病中miRNA生物发生和脑特异性miRNA的基础性概述，但若干关键空白仍然存在。该综述发表于七年前，此后该领域已取得实质性进展——特别是在高通量miRNA分析、外泌体递送平台的出现以及AAV疗法进入临床试验方面。自2019年以来，关于循环miRNA作为分期特异性生物标志物的研究数量大幅增长，但这些最新发现尚未在PolyQ疾病背景下得到全面综述。更重要的是，目前尚无任何PolyQ疾病获得批准的疾病修饰疗法，这一未满足的临床需求凸显了理解miRNA介导的致病机制及其转化潜力的紧迫性。
本综述在几个方面不同于先前工作。首先，它提供了所有九种PolyQ疾病中miRNA失调的最新综合，逐一涵盖每种疾病，同时强调共享和疾病特异性机制主题。其次，它涵盖了两个领先的治疗平台——AAV递送的人工miRNA和外泌体递送系统——并讨论了每种方法的现状、优势和局限性。第三，它对循环miRNA作为微创、分期特异性生物标志物进行了详细评估，纳入了2019年以来发表的最新验证研究。
- 3.
MiRNAs与PolyQ疾病
失调的miRNA在PolyQ疾病中作为调控节点发挥作用，调节蛋白聚集、转录失调和线粒体损伤等核心致病过程。单个miRNA通常影响多条通路，而不同的miRNA可以汇聚调节单一致病级联反应，凸显其作为治疗靶点的潜力。在疾病特异性章节中，区分了来自人类样本、哺乳动物动物模型、细胞系、果蝇模型和计算分析的发现，以阐明支持每项观察的证据水平。
3.1. MiRNAs与HD
HD由HTT基因中的CAG重复扩增引起，导致突变亨廷顿蛋白（mHtt）的产生。该疾病临床特征为运动功能障碍、精神障碍和认知衰退的三联征，源于miRNA失调驱动的进行性神经退行性变。
3.1.1. MiRNAs与mHtt聚集
突变亨廷顿蛋白（mHtt）的聚集是HD的核心致病事件，由miRNA网络调节。在细胞模型中，恢复miR-27a可减少mHtt聚集体，该效应与其上调多药耐药蛋白1（MDR-1）有关。miR-302通过增强胰岛素信号促进自噬清除来减轻细胞毒性，而miR-22通过非经典通路抑制纹状体神经元中包涵体的形成。miR-196a发挥保护作用，至少部分通过直接靶向RANBP10实现，该效应与聚集减少和神经元形态改善相关。成年zQ175 HD小鼠中miR-132/212簇的基因消融产生了矛盾性神经保护效应：改善亨廷顿蛋白失调、减少mHtt聚集并保留神经元完整性。
3.1.2. MiRNAs与转录失调
转录失调是HD发病机制的一个标志，由突变亨廷顿蛋白与基因表达机制核心组件的异常相互作用驱动。一个关键机制涉及mHtt聚集体对转录抑制因子REST的隔离，这破坏了REST介导的正常基因沉默。这种破坏反映在HD模型和患者大脑中特征性的miRNA表达变化中，如miR-29a和miR-330的上调以及miR-132/212簇的下调。miRNA构成调节这一功能失调转录网络的临界反馈层。在HD皮层中，下调的miR-9和miR-9*直接靶向REST及其共抑制因子CoREST，其缺失加剧了REST通路过度活跃。类似地，miR-124和miR-22水平的降低也导致这种失调。外泌体介导的miR-124递送至HD小鼠纹状体可有效降低REST表达，而miR-22下调解除其对REST共抑制因子Rcor1的抑制控制，进一步抑制神经元基因程序。除REST轴外，miRNA紊乱还影响其他重要转录调控因子，包括Sirtuin 1（SIRT1）、SOX9和cAMP反应元件结合蛋白（CREB）。
3.1.3. MiRNAs、线粒体功能障碍与氧化应激
线粒体功能障碍和氧化应激是HD中核心且相互关联的病理特征，形成自我延续的损伤循环。miRNA是这些过程交汇处的关键调节因子，调节线粒体稳态、抗氧化防御和应激反应转录程序。miR-196a的多方面作用体现了这种调控能力。在转基因HD猴模型中，其过表达通过上调关键调节因子CREB和PGC-1α改善了线粒体形态和活性。在单独的细胞和体内研究中，miR-196a通过激活USP15/Nrf2抗氧化通路减轻了升高的活性氧（ROS）水平和神经元死亡。miR-302也在HD模型中支持线粒体功能，上调SIRT1/AMPK/PGC-1α轴以促进线粒体完整性。特定miRNA的下调加剧应激。例如，R6/2 HD小鼠脑中miR-34a-5p的减少破坏了p53/miR-34a/SIRT1级联反应，导致SIRT1和p53蛋白水平升高并促进线粒体功能障碍。
3.1.4. MiRNAs与遗传修饰
虽然HTT CAG三核苷酸扩增是HD的主要遗传决定因素，但疾病发病和进展受细胞DNA修复机制修饰。其中，错配修复蛋白FAN1发挥关键作用，其功能直接影响CAG重复稳定性。最近一项研究描述了这种调节背后的miRNA介导机制。miR-124-3p在rs3512位点转录后沉默FAN1的参考等位基因，降低FAN1蛋白水平。替代rs3512等位基因产生的转录本对miR-124-3p靶向具有抗性，导致更高的FAN1表达、增强的CAG重复稳定性以及表型表现的延迟。这种等位基因特异性miRNA-SNP相互作用说明了非编码RNA如何促进HD进展的个体差异。
3.1.5. MiRNAs、神经元分化与存活
miRNA调节在HD中受损的神经发育和促存活通路。miR-196a通过抑制RANBP10促进神经保护，增强神经元形态复杂性并与微管稳定性增加相关。这与miR-124的保护作用一致，在HD小鼠中，miR-124通过上调PGC-1α和BDNF同时下调SOX9来支持纹状体神经元活力，从而增强分化能力。miR-132/212簇显示区域特异性下调梯度——纹状体最严重，小脑次之，皮层最轻——这与HD神经病理学的拓扑分布密切对应。
3.1.6. MiRNAs与细胞凋亡
凋亡性神经元丢失是HD发病机制的终末事件，miRNA网络协调这些细胞死亡决策。神经保护性miRNA miR-22通过双重靶向促凋亡效应因子MAPK14/p38和Trp53inp1直接对抗HD相关凋亡级联反应。类似地，miR-432和miR-146a的下调与HD细胞模型中凋亡增加相关。该网络中的核心调节因子是miR-34a-5p。其在R6/2小鼠和人类HD组织中的缺乏触发涉及钙稳态失调、持续性内质网应激和过量ROS产生的汇聚性致病级联反应。
3.1.7. 其他失调的miRNA与治疗进展
除上述miRNA外，分析研究已在HD中识别出许多额外失调的miRNA。在动物模型和患者组织中，miR-9/9*、miR-29b、miR-124、miR-132、miR-139、miR-128和miR-181等在易损脑区下调，而miR-448等可能上调。在果蝇HD模型中的功能验证显示，调节32个失调miRNA中的特定候选者，如miR-10、miR-137和miR-1010，可改善mHtt诱导的表型。最先进的策略集中于沉默突变HTT基因本身。AAV递送的miRNA已在多种模型中显示临床前疗效。例如，AAV介导的miR-132补充通过靶向MeCP2改善了R6/2小鼠的运动功能，而AAV9递送靶向HTT的人工miRNA在转基因绵羊模型中减少了mHTT。数据支持AAV5-miHTT，一种表达针对人HTT的人工miRNA的载体。在多种小鼠模型（包括R6/2、Q175和人源化Hu128/21小鼠）中颅内递送AAV5-miHTT实现了HTT mRNA和蛋白的持续降低、聚集减少，并在运动协调和存活方面带来益处。该方法已推进至首次人体试验（NCT04120493），其中纹状体内递送AAV5-miHTT可降解mHTT并调节疾病微环境。
3.2. MiRNAs与SCAs
本节聚焦由CAG重复扩增引起的常染色体显性脊髓小脑性共济失调（SCAs），统称为PolyQ SCAs，包括SCA1、SCA2、SCA3（马查多-约瑟夫病）、SCA6、SCA7、SCA17和DRPLA。这些疾病主要表现为进行性步态共济失调、构音障碍和眼球运动缺陷，反映小脑及其连接的易损性。
3.2.1. SCA1中的MiRNAs
SCA1由ATXN1基因外显子8中的CAG重复扩增引起。对SCA1小鼠模型小脑组织的分析揭示了众多差异表达miRNA。在上调物种中，miR-150可能通过抑制Rgs8和Vegfa调节浦肯野神经元病理生理。miR-144活性在SCA1患者老化小脑中升高，其抑制增加ATXN1水平，提示保护性代偿作用。miR-760通过结合ATXN1 5'非翻译区（5' UTR）的保守位点作为直接负调节因子，促进转录本降解并降低蛋白水平；其过表达改善了小鼠模型的运动缺陷。递送AAV编码的靶向ATXN1的人工miRNA（AAV.miSCA1）至深部小脑核改善了SCA1敲入小鼠的步态和转录调节，证明了等位基因特异性沉默的概念验证。随后在非人灵长类中的给药显示小脑毒性，凸显了SCA1中基于miRNA的基因沉默转化的挑战。
3.2.2. SCA2中的MiRNAs
SCA2由ATXN2基因中的CAG扩增引起。对miRNA失调的研究揭示了小鼠模型中跨疾病阶段的动态变化。在症状前期（3周龄）SCA2小鼠中，小脑组织中有16个miRNA下调。症状期（16周龄）小鼠的更广泛分析显示81个差异表达miRNA，其中miR-455-5p和miR-217-5p下调，miR-380-5p和miR-487b-3p上调。与SCA1小鼠模型数据集的比较分析确定了11个重叠的失调miRNA。其中五个——miR-376b、miR-376a、miR-335、miR-379和miR-31——在两种疾病中均上调。
3.2.3. SCA3（马查多-约瑟夫病）中的MiRNAs
SCA3由ATXN3基因外显子10中的CAG重复扩增引起，是全球最常见的常染色体显性小脑性共济失调。在哺乳动物系统中，内源性miRNA的缺失促进发病。在SCA3小鼠中，miR-9、miR-181a和miR-494水平降低，恢复其表达可减少ATXN3水平、聚集形成和神经元功能障碍。上调的miR-370和miR-543通过下调与突变ATXN3聚集体共定位的共伴侣蛋白DNAJB1增强患者来源细胞的毒性。miR-25和miR-181家族成员协同降低ATXN3表达并减少患者淋巴母细胞样细胞的细胞毒性。miR-409-3p直接靶向ATXN3的3' UTR并减少多聚谷氨酰胺扩增的突变ATXN3聚集和凋亡。纹状体内递送AAV5编码的靶向ATXN3的人工miRNA（AAV5-miATXN3）减少了小鼠模型中的聚集和病变。最近一项研究证明，修饰的外泌体递送miR-25和miR-181a可抑制突变ATXN3表达、减少凋亡并改善SCA3小鼠的运动功能而不引发神经炎症。同一研究组最近显示，狂犬病病毒糖蛋白（RVG）修饰的外泌体递送miR-370抑制剂在全身给药后有效到达SCA3小鼠大脑。机制上，miR-370抑制上调DNAJB1表达，促进突变ATXN3清除，导致ATXN3聚集减少、神经元存活改善和运动协调恢复。值得注意的是，将miR-370抑制剂与直接靶向ATXN3 mRNA的miR-25联合使用产生协同效应。
3.2.4. SCA6中的MiRNAs
SCA6由CACNA1A基因中的CAG重复扩增引起，该基因编码含多聚谷氨酰胺束的α1ACT转录因子。α1ACT的致病性表达由其编码区内的内部核糖体进入位点（IRES）驱动。miRNA miR-3191-5p直接调节该IRES；其外源补充减弱α1ACT表达并减轻SCA6小鼠模型的疾病表型。α1ACT本身协调调节小脑发育和存活的下游miRNA网络。它转录抑制miR-99、miR-143和miR-146等miRNA，从而促进神经发生和突触发育。α1ACT诱导miR-181a-5p、miR-125和miR-708的表达，这些miRNA通过靶向Ask1和Atf4等基因抑制MAPK信号和细胞死亡通路。
3.2.5. SCA7中的MiRNAs
SCA7由ATXN7基因中的CAG重复扩增引起，以进行性小脑共济失调伴视网膜变性为特征。内源性调节回路涉及miR-124，其抑制ATXN7 mRNA的翻译。该作用是与长链非编码RNA lnc-SCA7负反馈回路的一部分，其中miR-124同时抑制lnc-SCA7和ATXN7表达。研究人员开发了靶向ATXN7的人工miRNA。在临床前模型中递送这些工程化miRNA已被证明有效，降低ATXN7 mRNA和蛋白水平，并改善SCA7小鼠的共济失调表型。最近一项分析SCA7患者血浆样本的研究确定了九个上调的miRNA，其中hsa-miR-342-5p在患者血浆和SCA7胶质细胞模型中均显示一致上调。值得注意的是，大多数这些miRNA在早发患者中过表达更强，提示与疾病严重程度相关。
3.2.6. SCA17中的MiRNAs
SCA17由TATA盒结合蛋白（TBP）中的多聚谷氨酰胺扩增引起。细胞模型研究已确定调节SCA17凋亡通路的特定miRNA。miR-29a/b的下调通过上调β-位点淀粉样前体蛋白切割酶1（BACE1）促进神经元凋亡。该凋亡级联反应被miR-322的上调放大，后者增强caspase-3活性和细胞色素c释放。
3.2.7. DRPLA中的MiRNAs
DRPLA由ATN1基因中的CAG重复扩增引起。在DRPLA果蝇模型中的研究提供了其miRNA介导调节的见解。保守的miRNA miR-8直接靶向ATN1 mRNA。miR-8的基因缺失导致ATN1蛋白水平升高，导致神经退行性变和运动障碍。人类miRNA miR-200b和miR-429与miR-8共享相同的种子序列，预测可结合人类ATN1的3'非翻译区（UTR），提示患者中可能存在保守的调节机制。
- 4.
常见与疾病特异性特征
尽管遗传原因不同，所综述的七种SCA亚型中出现若干共同主题。首先，某些miRNA在多种疾病中反复失调：miR-9、miR-181和miR-376家族成员以及miR-124在SCA1、SCA2和SCA3中持续改变，提示这些miRNA可能代表小脑神经退行性变的通用介导因子而非疾病特异性参与者。其次，小脑似乎特别易受miRNA失调影响，许多已识别的miRNA改变定位于浦肯野神经元。除神经元外，近期证据也指向胶质细胞参与miRNA失调。第三，尽管存在共同点，也有重要差异：在SCA6中，致病转录本本身编码直接调节miRNA表达的转录因子，建立了其他SCA中未观察到的双向调节回路。
4.1. MiRNAs与SBMA
脊髓延髓肌萎缩症（SBMA）是由雄激素受体（AR）基因中的多聚谷氨酰胺扩增引起的X连锁疾病。研究表明miR-206在SBMA动物模型的症状期升高。SBMA患者血清中也出现类似趋势，但未达到统计学显著性。miR-196a在SBMA小鼠中上调，通过沉默CUGBP和CELF2促进发病，后者升高突变AR mRNA水平。使用AAV介导的miR-196a递送进行早期治疗干预改善了疾病表型。miR-298通过靶向其3'非翻译区作为AR表达的直接负调节因子。静脉递送AAV9-miR-298在小鼠模型中实现了肌肉和脊髓的转导，减轻了关键疾病表型。
4.2. 循环miRNAs作为诊断和预后生物标志物
循环miRNA是在血浆、血清和脑脊液（CSF）等生物体液中稳定可检测的非编码RNA物种。其对RNA酶活性的抗性和与疾病状态的相关性使其成为监测PolyQ疾病进展的有吸引力的非侵入性生物标志物。早期研究依赖基于微阵列的平台，灵敏度有限且只能检测已知miRNA序列。向下一代测序和小RNA测序的转变克服了这些限制。在HD中，一项血浆分析研究确定了症状患者中13个上调的miRNA。其中，miR-122-5p水平与运动严重程度呈负相关，而miR-100-5p和miR-330-3p与功能衰退相关。后续验证研究确认hsa-miR-98在HD患者中下调，hsa-miR-323b-3p上调。Hsa-miR-323b-3p在症状前突变携带者中已升高，提示其作为早期检测生物标志物的用途。一项使用PREDICT-HD队列的研究分析了15名确诊HD患者、30名前驱基因扩增携带者和15名健康对照的CSF样本，确定了六个miRNA——miR-520f-3p、miR-135b-3p、miR-4317、miR-3928-5p、miR-8082和miR-140-5p——在确诊HD中相对于对照升高。这六个miRNA表现出从对照经前驱携带者到完全表现的HD患者的渐进性阶梯式增加。尽管取得了进展，循环miRNA诊断的临床转化面临若干挑战。关键挑战是缺乏标准化的标准化策略，以及配对血浆和CSF miRNA谱之间的一致性有限。microRNA质量控制（miRQC）研究使用标准化参考样本系统比较了miRNA表达平台，为跨平台可比性提供了基础。然而，目前不存在PolyQ疾病特异性指南。
4.3. 基于miRNA的RNA干扰策略的优势与挑战
PolyQ疾病缺乏疾病修饰疗法，这加剧了将机制见解转化为治疗的努力。基于miRNA的RNA干扰已成为一个有前景的治疗平台。人工miRNA可被工程化以选择性靶向特定致病转录本。在临床前模型中，miRNA介导的沉默已减少毒性蛋白聚集、改善转录失调并改善行为结果，包括运动协调、步态表现和存活。尽管取得了这些进展，若干挑战阻碍临床转化。主要关注点是脱靶效应的风险。由于单个miRNA调节多个下游转录本，其强制表达或抑制可在细胞类型和区域特异性方式下扰动基因网络。这种多效性需要miRNA-靶标相互作用的分析、剂量优化和组织特异性安全评估，如非人灵长类SCA1研究中AAV递送的RNAi构建体后观察到的的小脑毒性所示。
