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'中国科技论文在线http://www.paper.edu.cnMicroRNA在其他类型细胞转分化为神经#元中的作用11,2**孟必成，刘海亮5（1.同济大学医学院再生医学系干细胞研究中心，上海200092；2.同济大学附属同济医院干细胞临床转化中心，上海200092）摘要：细胞转分化指的是一种已分化细胞呈现出另一种已分化细胞特征的过程，不仅是转录因子，microRNA也可以实现细胞的转分化。目前有关的研究主要集中于成纤维细胞和间充质干细胞在microRNA的作用下转分化为神经元，这种作用可以是促进性的，也可以是抑制10性的。由于神经损伤产生的胶质疤痕区域被大量星形胶质细胞占据，研究microRNA在星形胶质细胞转分化为神经元中的作用，将为神经损伤的临床治疗带来曙光。关键词：细胞生物学；microRNA；转分化；神经元中图分类号：R393TheroleofMicroRNAinthedifferentiationofothercells15intoneurons11,2MENGBicheng,LIUHailiang(1.StemCellResearchCenter,DepartmentofRegenerativeMedicine,TongjiUniversitySchoolofMedicine,Shanghai200092;2.TranslationalStemCellResearchCenter,TongjiHospital,TongjiUniversitySchoolof20Medicine,Shanghai200092)Abstract:Celltransdifferentiationreflectsaprocessinwhichadifferentiatedcellexhibitstheidentityofanotherdifferentiatedcell,notonlytranscriptionfactor,butmicroRNAcanachievethisprocess.ThecurrentstudyfocusedontheroleofmicroRNAsduringdifferentiationfromfibroblastsormesenchymalstemcellstoneurons,thiseffectcanbepromoted,orinhibited.Becausetheglialscarareaproducedby25nerveinjuryisoccupiedbyalargenumberofastrocytes,theroleofmicroRNAsinthedifferentiationofastrocytesintoneuronswillbethedawnofclinicaltreatmentofnerveinjury.Keywords:CellBiology;MicroRNA;Transdifferentiation;Neuron0引言再生医学领域中，细胞的转分化正引起越来越多的重视，成为基础研究和临床应用的30新热点。细胞的转分化指的是在一定的条件下，一种已分化细胞呈现出另一种已分化细胞特［1］［2］征的过程。1987年，Davis等发现转录因子MyoD可以将成纤维细胞转分化为骨骼肌［3］细胞，开启了人工控制细胞转分化的新纪元。Vierbuchen等则通过成纤维细胞在Ascl1、Brn2和Myt1l的作用下转分化为神经元的实验证明，中胚层的细胞可以转分化为外胚层的细胞。转分化有不同的类型，既有经过一中间状态的间接转分化，也有不存在任何去分化状基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20130072120025）作者简介：孟必成（1992-），男，硕士研究生，干细胞的表观遗传学通信联系人：刘海亮（1979-），男，副教授，博导，干细胞表观遗传学与衰老.E-mail:hailiang_1111@tongji.edu.cn-1- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn［3］［4］35态的直接转分化，如成纤维细胞直接转分化为神经元、肝细胞样细胞等。作为基因表达的重要影响者，microRNA指细胞中不编码蛋白质的一类长度约22nt的RNA小分子，一［5］［6］般认为它可以结合到目标转录产物的3’-UTR区域以抑制靶基因的翻译和表达。Lim等发现将miR-124或miR-1分别转染到海拉细胞可以让其呈现出脑部或肌肉的转录组学特征，揭示了microRNA在细胞转分化中的重大潜力。此后，有关microRNA与转分化的研究40多围绕神经元展开。1MicroRNA在不同谱系细胞转分化为神经元中的作用神经系统主要有神经元和神经胶质细胞两种细胞类型，神经胶质细胞指周边神经系统的［7］施旺细胞和中枢神经系统的星形胶质细胞与少突胶质细胞。虽然有关其他细胞转分化为神经元和胶质细胞的报道层出不穷，但大多使用的是各种转录因子的组合，有关microRNA45的研究还比较少，且转分化的目标都是神经元。目前的研究主要集中在成纤维细胞和间充质干细胞在microRNA的作用下转分化为神经元。1.1成纤维细胞［8］Yoo等用慢病毒载体包装miR-9/9*和miR-124前体并感染人成纤维细胞，发现这些细胞显示出神经元的形态特征并表达神经元特异性分子标志MAP2。电生理学研究显示，这50些细胞能被激发产生动作电位，并且其钠离子、钙离子等离子通道具有正常活性。两种microRNA在实现转分化过程中有着明显的协同效应，并且转分化效率会在NEUROD2,ASCL1和MYT1L(DAM)等转录因子的共同作用下大幅提升。基因表达的单细胞水平分析显示，大多数诱导性细胞会表达皮质层的基因，并且不均一地表达兴奋性和抑制性神经元的细胞标记物。研究不仅揭示了miR-9/9*和miR-124的协同作用，也进一步探索了细胞转分55化过程中microRNA（miR-9/9*、miR-124）和转录因子（NEUROD2,ASCL1和MYT1L）［9］相互促进、相辅相成的关系。后续研究中，Victor等将miR-9/9*、miR-124与发育中的纹状体中高表达的四种转录因子BCL11B、DLX1、DLX2和MYT1L在人成纤维细胞中共表达，发现诱导细胞呈现出类似于脑部纹状体中型多棘神经元（MSNs）的特征，并且移植到小鼠脑部后也表现出与天然MSNs相同的膜电位特征和功能，由此证明microRNA与转录因60子可以诱导细胞转分化产生特定生理区域、特定类型的神经元。即使没有miR-9，在脑部高［10］表达的miR-124与其他的转录因子同样能使细胞向神经元转分化。Ambasudhan等用已知的与决定神经元细胞谱系相关的11种转录因子和1种microRNA（miR-124）排列组合再转染人的成纤维细胞，最终确认了BRN2、MYT1L和miR-124的组合可以有效将其转分化为神经元。转染病毒载体后第15天，细胞呈现出明显的神经元外形，并表达成熟神经元特65异性分子标志MAP2和NeuN。这些细胞也表现出成熟神经元的电生理学特性，包括自发性动作电位等，并且大多数为谷氨酸能神经元。该研究也提供了一个转录因子和microRNA的组合，并且在没有其他类型细胞共存的培养条件下成功实现了人成纤维细胞转分化为神经元。-2- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn［11］Xue等则发现一种在脑部发育过程中产生的RNA结合蛋白PTB可以与miR-124竞争位于REST元件之一SCP1的3’UTR结合位点，通过调节REST复合物的活性抑制成纤维细胞70向神经元的转分化，由此可知，通过其他物质调节microRNA或其靶基因的活性间接促进转分化也不失为一种研究思路。1.2间充质干细胞［12］［12］MicroRNA在骨髓间充质干细胞转分化为神经元的过程中扮演着重要角色。Jing等用慢病毒载体将microRNA-9-1转染到骨髓间充质干细胞，发现神经元特异性分子标志［13］75MAP-2的表达明显升高。Zhang等发现，在转染携带microRNA-9的慢病毒载体并用β-巯基乙醇诱导6天，大多数骨髓间充质干细胞显示出典型的神经元形态学特征，并且神经元特异性分子标志NSE和MAP-2的表达量显著升高。除了直接促进细胞的转分化，microRNA［14］也可以通过作用于靶基因对转分化的过程进行调节。Duan等发现用DMSO和BHA作用的骨髓间充质干细胞被诱导转分化为神经元的过程中基因REST显著下调，而miR－29a80的表达上升。双荧光酶报告基因分析显示miR-29a可以作用于REST并抑制其活性，随后的miR-29a的基因敲除和过表达实验也证实了其对于REST的抑制和神经元特异性分子标志NSE、Tau表达的促进，说明了miR-29通过作用于靶基因REST调节骨髓间充质干细胞转［15］分化为神经元。Zou等在骨髓间充质干细胞中过表达miR-124，6天后发现细胞中β-3tubulin和MAP-2的表达量很高，细胞也出现典型的神经突起。将miR-124诱导的细胞移植85到脊髓损伤的大鼠体内，发现移植处表达神经元分子标记NF-200的细胞数目远多于对照组；BBB运动评分显示，脊髓损伤后14天，接受了miR-124诱导性细胞移植的大鼠后肢恢复显著增强。这个研究将microRNA与细胞转分化应用到脊髓损伤恢复中，为临床研究提供了新［16］的思路。Wang等发现敲除miR-124的脂肪间充质干细胞在转分化为神经元和胶质细胞时NSE、Tuj-1和GFP的mRNA表达明显降低，三者为阳性的细胞比例分别下降了18.6%、9022.1%和25.4%；同时，这种microRNA也会影响转分化细胞的电生理学活性，膜片钳技术［17］显示，miR-124敲除的转分化细胞在膜电位上显著降低。Wu等在大鼠骨髓间充质干细胞中转入miR-125bmimic或inhibitor，并用β-巯基乙醇处理，6天后，miR-125bmimic组mRNA和蛋白水平的神经细胞特异性分子标志β3-tubulin、MAP-2、NF、NSE、GFAP和Nestin显著升高，形态上也呈现出更明显的神经元样特征，而inhibitor组的结果与其相反。值得注［18］95意的是，microRNA对于转分化的作用也可以是抑制性的。Wu等发现miR-128的过表达能明显抑制大鼠骨髓间充质干细胞表达6种神经细胞特异性分子，并且与对照组相比，诱导性细胞呈现出神经元外形特征并不明显，且数量很少。2展望-microRNA与神经损伤修复与传统的转录因子诱导相比，由于microRNA在自然状态下便可稳定存在于细胞内并可100在细胞之间转移，故用microRNA做为转分化的诱导物不仅可以规避DNA整合到细胞基因-3- 中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn［19］组的风险，同时其成熟体进入细胞也不会引发天然免疫反应。除成纤维细胞和间充质干细胞，其他类型的细胞在microRNA作用下转分化为神经元有待于进一步探索，特别是同属神经系统的星形胶质细胞。胶质疤痕是神经损伤（包括脑损伤和脊髓损伤）病理过程中的普遍性结果，神经系统损伤区的坏死产物被吞噬细胞清除后，坏死区边缘将被大量星形胶质细［20］105胞占据。如果能将胶质疤痕中的大量星形胶质细胞转分化成为有功能的神经元，不仅可以排除胶质疤痕带来的神经胶质阻碍，而且更能有效地促进神经系统功能重建。在体内，［21］Liu等已经成功地通过单个转录因子Ascl1将小鼠中脑星形胶质细胞转分化为有功能的神经元，为神经损伤的治疗带来了曙光。而基于前文所述的免疫学和基因组上的安全性，microRNA在星形胶质细胞转分化为神经元和神经损伤康复中扮演的角色应当引起更多的关110注。通过星形胶质细胞和神经元中高表达基因预测可能对它们产生调节的microRNA，并通过类似于转录因子研究中的“鸡尾酒”疗法寻找出最优的组合，这或许是今后研究的一个可行思路。[参考文献](References)115[1]MasipM,VeigaA,BelmonteJCI,etal.Reprogrammingwithdefinedfactors:Frominducedpluripotencytoinducedtransdifferentiation[J].MolecularHumanReproduction,2010,16(11):856-68.[2]Lassar.ExpressionofasingletransfectedcDNAconvertsfibroblaststomyoblasts[J].Cell,1987,51(6):987-1000.[3]VierbuchenT,OstermeierA,PangZP,etal.Directconversionoffibroblaststofunctionalneuronsbydefined120factors.[J].Nature,2010,463(7284):1035-1041(25February2010)|doi:10.1038/nature08797.[4]SimeonovKP,UppalH.DirectReprogrammingofHumanFibroblaststoHepatocyte-LikeCellsbySyntheticModifiedmRNAs[J].PlosOne,2014,9(6):e100134.[5]BingL,LiJ,CairnsMJ.IdentifyingmiRNAs,targetsandfunctions.[J].BriefingsinBioinformatics,2014,15(1):1-19.125[6]LimLP;LauNC;Garrett-EngeleP;GrimsonA;SchelterJM;CastleJ;BartelDP;LinsleyPS;JohnsonJM.MicroarrayanalysisshowsthatsomemicroRNAsdownregulatelargenumbersoftargetmRNAs.[J].Nature,2005,433(7027):769-773.[7]TianL,PrabhakaranMP,RamakrishnaS.Strategiesforregenerationofcomponentsofnervoussystem:scaffolds,cellsandbiomolecules[J].RegenerativeBiomaterials,2015:31-45.130[8]YooAS,SunAX,LiL,etal.MicroRNA-mediatedconversionofhumanfibroblaststoneurons[J].Nature,2011,476(7359):228-31.[9]VictorM,RichnerM,HermanstyneT,etal.GenerationofHumanStriatalNeuronsbyMicroRNA-DependentDirectConversionofFibroblasts[J].Neuron,2014,84(2):311-23.[10]AmbasudhanR,TalantovaM,ColemanR,etal.Directreprogrammingofadulthumanfibroblaststo135functionalneuronsunderdefinedconditions.[J].CellStemCell,2011,9(2):113-118.[11]XueY,OuyangK,JieH,etal.DirectconversionoffibroblaststoneuronsbyreprogrammingPTB-regulatedmicroRNAcircuits.[J].Cell,2013,152(1-2):82-96.[12]LijunJ,YonglinJ,JingjingL,etal.MicroRNA-9promotesdifferentiationofmousebonemesenchymalstemcellsintoneuronsbyNotchsignaling[J].Neuroreport,2011,22(5):206-11.140[13]ZhangGY,WangJ,JiaYJ,etal.MicroRNA-9promotestheneuronaldifferentiationofratbonemarrowmesenchymalstemcellsbyactivatingautophagy[J].NeuralRegenerationResearch,2015,2(02):314-320.[14]DuanP,SunS,LiB,etal.miR-29aModulatesNeuronalDifferentiationthroughTargetingRESTinMesenchymalStemCells[J].PlosOne,2014,9(5):e97684.[15]ZouD,YiC,HanY,etal.OverexpressionofmicroRNA-124promotestheneuronaldifferentiationofbone145marrow-derivedmesenchymalstemcells.[J].NeuralRegenerationResearch,2014,9(12):1241-1248.[16]WangY,WangD,GuoD.MiR-124PromoteNeurogenicTransdifferentiationofAdiposeDerivedMesenchymalStromalCellsPartlythroughRhoA/ROCK1,butNotROCK2SignalingPathway.[J].PlosOne,2016,11(1).[17]RuiW,NaW,MinL,etal.ExperimentalstudyonthefacilitativeeffectsofmiR-125bonthedifferentiation150ofratbonemarrowmesenchymalstemcellsintoneuron-likecells.[J].CellBiologyInternational,2013,37(8):812-819.[18]WuR,TangY,ZangW,etal.MicroRNA-128regulatesthedifferentiationofratbonemesenchymalstemcellsintoneuron-likecellsbyWntsignaling.[J].Molecular&CellularBiochemistry,2014,387(1-2):151-158.-4- 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