miR-125b-2如何调控脑功能？

MicroRNAs（miRNAs）是一类小型非编码RNA，通过转录不稳定或翻译抑制在转录后调控基因表达。miRNAs在神经元中高表达，在神经元分化、突触发生和可塑性过程中发挥重要作用。此外，许多研究表明，miRNAs的功能障碍与各种神经和精神疾病有关。然而，目前对大脑印迹miRNAs的研究较少，它们在大脑中的功能作用尚不清楚。

miR-125是一种从线虫到人类都高度保守的miRNA，由三个同源物组成：miR-125a、miR-125b-1和miR-125b-214。miR-125b-2是lin-4的同源物，最早在秀丽隐杆线虫（C. elegans）中被发现，可调节发育时间。此外，miR-125b-2是小鼠和人类大脑中最丰富的miRNAs之一。此外，miR-125b-2可调节神经元分化、树突棘形态和突触成熟，其异常表达可诱发唐氏综合征、急性缺血性中风和阿尔茨海默病。然而， miR-125b-2如何调控脑功能和相关的脑疾病目前尚不清楚。

在此背景下，2023年3月14日，国立台湾大学医学院脑与心理科学研究所黃憲松课题组在Communications Biology发文揭示了miR-125b-2结合Grin2a3'UTR调节小鼠行为和海马功能。

首先，为了检测miR-125b-2在人脑中的印迹状态，课题组对不同年龄和疾病状态的人死后和手术切除的大脑，人诱导多能干细胞（hiPSCs）来源的皮质神经元和肾上腺及肿瘤组织中进行了Sanger测序，结果显示，miR-125b-2主要印迹在人脑和肾上腺中。

图1| miR-125b-2的印迹状态

随后，课题组研究了miR-125b-2在小鼠大脑中的印迹状态，q-PCR结果显示：miR-125b-2在小鼠大脑富集；其在小鼠出生后第0天（P0）表达水平最高，并在小鼠大脑发育过程中显著下降，且在P28时在皮质、纹状体、丘脑和下丘脑的表达水平最高。接下来，课题组构建了miR-125b-2常规敲除（KO）小鼠，发现该鼠脑重量较WT鼠更低。这些结果表明：miR-125b-2在小鼠大脑中没有印迹，但在新生小鼠大脑中高表达，并调节大脑大小。

图2|q-PCR结果

行为学结果显示：与WT组相比，miR-125b-2 m-/p-小鼠在奖励Y迷宫(rewarded Y-maze test)中表现出奖励交替率下降,在短期新物体识别测试中对陌生物体的探索时间下降，表现出短期认知记忆障碍；其在旷场中央和明暗箱穿梭实验中的亮箱内的停留时间减少，表现出焦虑表型。这些数据表明miR-125b-2 m−/p−小鼠表现出与海马体相关的行为的缺陷(学习、记忆和焦虑)。

图3|行为学测试结果 

为了研究miR-125b-2 m−/p−小鼠海马相关行为缺陷的神经元机制，课题组测量了miR-125b-2 m−/p−小鼠海马颗粒细胞的神经元兴奋性。膜片钳记录结果显示：与WT小鼠相比，miR-125b-2 m−/p−小鼠的平均诱发放电率增加，即miR-125b-2的缺失增加了海马颗粒细胞的神经元兴奋性。

图4|膜片钳-AP记录结果

进一步的电生理结果显示：与WT组相比，miR-125b-2 m−/p−小鼠的海马颗粒细胞mEPSCs的频率和振幅增加，而mIPSCs的频率和振幅下降，这表明miR-125b-2同时调节海马颗粒细胞的兴奋性和抑制性突触传递。

图5|膜片钳-mini电流记录结果

为了确定miR-125b-2的下游靶基因，课题组使用三个不同的生物信息学工具（miRDB, microT-CDS, and TargetScan）结合RNA-Seq对miR-125b-2 m−/p+小鼠脑进行分析。GO分析表明，miR-125b-2的假定靶基因参与了谷氨酸能突触、轴突和神经元投射的发育。RNA-Seq数据显示Grin2a、Grik2和Grm8三个谷氨酸受体的上调。

由于谷氨酸离子型2A亚基（Grin2a）是谷氨酸能突触和突触可塑性的关键调控因子，课题组因此重点研究了miR-125b-2 m−/p−小鼠海马中Grin2a的表达水平，并发现miR-125b-2 m−/p−小鼠海马中Grin2a的表达增加。

为了进一步研究miR-125b-2是否与Grin2a 3'UTR区域物理结合并导致RNA不稳定，课题组通过将荧光素酶构建物转染到含有Grin2a 3’UTR的HEK293T细胞中进行了荧光素酶分析。结果表明，过表达miR-125b-2结构后，未表达miR-125b-2结合位点的Grin2a3'UTR的相对发光率显著提高，与未转染miR-125b-2结构的阳性对照相当，表明miR-125b-2与Grin2a3'UTR的物理结合是导致Grin2a mRNA水平降低的原因。

最后，课题组测试了Grin2表达水平增加的功能后果，电生理结果显示，miR-125b-2 m−/p−小鼠海马脑区AMPAR和NMDAR介导的EPSC的峰值振幅均显著增加。

图6| miR-125b-2 m−/p−小鼠海马中Grin2a表达上调

总的来说，本文的研究结果表明，miR-125b-2介导了小鼠学习、记忆和焦虑，并调节海马颗粒细胞的兴奋性和突触传递，影响海马Grin2a的表达。该研究证明了人特异性印迹和在脑中富集的microRNA在分子、神经元、回路和行为水平上的功能作用，以及它对相关脑疾病的病因学的意义。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s42003-023-04655-y