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图1. 该研究的示意图
心脏病和认知功能障碍之间的联系从20世纪70年代后期提出的“心源性痴呆”的概念开始被接受。然而其分子机制尚未阐明。近日，来自哈尔滨医科大学艾静、班涛课题组的研究人员发现心脏中miR-1的过表达通过外泌体运输参与SNAP-25转录调节减弱了海马中突触小泡胞吐作用，这将有助于理解心血管疾病与脑功能障碍之间的关系。这项研究发表于Cell Communication and Signaling杂志上（IF 5.324）。
微小RNA（miRNA）的主要功能是通过与其mRNA识别序列结合来调节靶蛋白转录后表达。然而，随着miRNA研究的逐步深入，miRNA被发现在各种体液（即血清、血浆、唾液、尿液、母乳和泪液）中都是稳定的，并且显示出作为各种疾病的生物标志物的潜力。更令人兴奋的是，在这些分子从供体细胞分泌到间质空间并被受体细胞接受后，受体细胞的功能也会被调节，因此miRNA也介导不同细胞类型之间的反式调节。miRNA甚至也介导从脂肪到肝脏的长距离代谢调节和肿瘤转移调节。然而，miRNA是否可以介导长距离心-脑交流并作为心脏病和脑功能障碍之间的联系，这在很大程度上是未知并且非常有趣。
MicroRNA-1（miR-1）是一种在肌肉中富含的miRNA，其在脑中的水平比在心脏中低100倍。有趣的是，通过生物信息学分析，研究人员发现作为富集于肌肉的microRNA，57％的miR-1靶标却分布在大脑中，只有5％的靶标分布在成年小鼠的心脏中（图2） 。之前的研究证实了心脏特异性microRNA-1-2（miR-1-2）过表达转基因（Tg）小鼠模型的行为异常，这与海马中BDNF表达的下调有关。此外，最近的一项研究表明，心脏中miR-1的过度表达可能诱导神经元微管损伤。这些研究揭示了心脏起源的miRNA调节脑功能的潜力，由miRNA介导的心脑通信的潜在生物学意义将提供与预防脑功能障碍相关联的新见解。
突触病理改变是阿尔茨海默病（AD）或血管性痴呆（VaD）的突出特征之一。考虑到心血管疾病与脑功能障碍之间的关系，研究人员假设心脏中miR-1的过表达可能与心脏病引起的异常突触可塑性有关。在本研究中，使用的两种动物模型是microRNA-1-2转基因（Tg）小鼠的心脏特异性过表达和左冠状动脉结扎（LCA）诱导心肌梗塞小鼠模型。首先，使用原位杂交和透射电子显微镜（TEM）观察海马中的microRNA-1（miR-1）水平和突触小泡（SV）分布，并通过蛋白质印迹评估囊泡胞吐相关蛋白的表达。其次，使用双荧光素酶报告基因测定来鉴定miR-1对Snap25基因的转录后调节作用。第三，FM1-43染色以研究miR-1对突触小泡胞吐作用的影响。最后，使用GW4869抑制外泌体的生物发生和分泌，以确定外泌体对miR-1从心脏到大脑的转运效果的影响。
结果发现，与年龄匹配的WT小鼠中的水平相比，Tg小鼠的心脏和海马中的miR-1水平增加，伴随着SV的重新分布和SV胞吐作用相关蛋白SNAP-25表达的减少。体外研究显示，SNAP-25蛋白表达分别通过miR-1过表达或抑制而下调或上调，然而，通过miRNA结合Snap25基因的3'UTR却没有改变。通过miR-1过表达抑制SV胞吐作用，这可以通过与抗miR-1寡核苷酸片段（AMO-1）的共转染而拮抗。通过携带AMO-1的慢病毒载体（lenti-pre-AMO-1）进行海马立体定向注射敲除miR-1，会使SNAP-25表达上调并抑制Tg小鼠海马突触中的SV浓度。GW4869显著逆转血液和海马中增加的miR-1水平以及降低Tg和LCA小鼠的海马中的SNAP-25蛋白水平。该研究提供的证据揭示了心脏与大脑连接的分子机制的新见解，并揭示心脏病与脑疾病之间的潜在沟通。
图2. 不同组织中miR-1靶基因的分布
参考文献：Duan MJ, Yan ML, Wang Q, Mao M, Su D, Sun LL, Li KX, Qu Y, Sun Q, Zhang XY, Huang SY, Ma JC, Ban T, Ai J. Overexpression of miR-1 in the heart attenuates hippocampal synaptic vesicle exocytosis by the posttranscriptional regulation of SNAP-25 through the transportation of exosomes. Cell Commun Signal. 2018 Nov 29;16(1):91.
