生物行移动版

一项发表于《Brain Sciences》的综述系统总结了非编码RNA在神经发育障碍中的调控机制、生物标志物潜力和治疗应用，提出了整合多组学与单细胞技术的未来研究框架，为从基础转录组研究向RNA引导的精准诊疗转化提供了路线图。

神经发育障碍（Neurodevelopmental disorders, NDDs）如自闭症谱系障碍（ASD）、注意缺陷/多动障碍（ADHD）和智力障碍（ID），其病因复杂，涉及协调神经发生、突触发生和神经环路成熟的分子程序紊乱。尽管基因组学研究已鉴定出众多易感位点，但遗传变异本身仅能解释部分疾病遗传度，凸显了转录后和表观遗传调控的重要性。在这些调控层面中，非编码RNA（ncRNAs），包括微小RNA（miRNAs）、长链非编码RNA（lncRNAs）、环状RNA（circRNAs）、PIWI相互作用RNA（piRNAs）和tRNA衍生小RNA（tsRNAs），已被证明是神经分化、突触可塑性和细胞间信号传导的核心调节因子。由Jiayi Zhao等人完成、于2025年12月23日发表的这篇综述首次全面整合了当前关于ncRNAs在NDDs中作用的知识，涵盖了从分子机制、多组学发现、单细胞图谱到临床生物标志物和治疗策略的各个方面，提出了一个将基因组调控、环境线索和神经可塑性联系起来的统一框架。

ncRNAs在神经发育中的多层次调控功能

综述首先概述了不同类型ncRNAs在神经发育中的基本功能：

• miRNAs：通过结合靶mRNA的3'非翻译区，诱导翻译抑制或mRNA降解。在神经发育中，miRNAs精确调控神经干细胞增殖、神经元分化、树突形态发生和突触可塑性。例如，miR-9、miR-124和let-7家族在神经发生的时间控制中起关键作用；miR-137和miR-132则参与突触成熟和活动依赖性基因表达。在NDDs中，多个miRNAs（如miR-146a、miR-155、miR-451a）在ASD患者脑组织或外周血中表达异常，与神经炎症、突触蛋白表达改变相关。
• lncRNAs：通过多种机制（作为分子支架、分子海绵、增强子RNA、转录干扰等）调控基因表达。在脑中，lncRNAs表现出高度的区域特异性和细胞类型特异性表达，参与神经干细胞的维持、神经元迁移、轴突导向和突触功能。多个lncRNAs（如MALAT1、NEAT1、XIST、CRNDE）已被证明在ASD、ADHD或ID患者中表达改变，并可通过调控关键下游靶基因（如BDNF、GABRB3、SHANK3）影响疾病表型。例如，近期研究揭示了Crnde通过调控Gbx2影响丘脑发育，BACE1-AS通过影响Aβ产生参与阿尔茨海默病病理，提示lncRNAs在神经发育和神经退行性疾病中均发挥重要作用。
• circRNAs：通过反向剪接形成的共价闭合环状RNA，主要作为miRNA海绵发挥ceRNA功能，部分circRNAs也可翻译产生短肽。在脑中，circRNAs高度富集，且其表达具有发育阶段特异性和神经元活性依赖性。在NDDs中，多个circRNAs（如circHDAC9、circZNF609）表达异常，可能通过调控突触蛋白或神经炎症相关基因参与疾病。
• piRNAs和tsRNAs：这两类ncRNAs在神经发育中的作用是较新的研究领域。piRNAs主要在生殖细胞中表达，调控转座子沉默，但在脑中也有一定表达，可能与基因组稳定性和表观记忆有关。tsRNAs是tRNA切割产生的小RNA，参与应激反应和翻译调控。在NDDs中，这两类ncRNAs的异常表达尚处于早期探索阶段，但已有研究提示它们可能在环境-基因交互作用中扮演角色。

多组学和单细胞研究揭示的整合调控网络

近年来，多组学（转录组、小RNA组、蛋白质组）和单细胞技术（单细胞RNA测序、单细胞ATAC测序）的应用，极大深化了我们对ncRNAs在NDDs中作用的理解。综述指出：

• 整合调控网络：ncRNAs并非孤立作用，而是形成复杂的ceRNA网络（lncRNA/circRNA-miRNA-mRNA），以及转录因子-ncRNA反馈环。这些网络将染色质可及性、转录输出和翻译调控紧密耦合在一起。例如，在FTSJ1缺陷导致的智力障碍中，肝脏和肾脏中形成以四个miRNA为核心的ceRNA网络，通过肝-脑和肾-脑轴间接影响认知功能。这种跨器官的ncRNA介导通讯代表了NDDs研究的新范式。
• 单细胞分辨率图谱：空间转录组学和单细胞测序技术已将ncRNA表达图谱精确到大脑皮层和皮层下区域中易受影响的神经元和胶质细胞亚型。例如，在ASD患者皮层中，某些lncRNAs在特定层级的兴奋性神经元中特异性下调，而这些神经元正是社会认知功能的关键节点。这种细胞类型特异性的表达模式，为理解NDDs中症状的局灶性提供了分子基础。
• 环境-基因交互作用：ncRNAs也是环境因素（如母体感染、营养、应激、毒素暴露）与基因组之间交互作用的中介。例如，孕期缺氧或炎症可导致胎儿脑中特定miRNAs和lncRNAs表达谱的持久改变，进而影响突触发育和行为表型。这种ncRNA介导的环境“印记”可能部分解释了NDDs的遗传度缺口。

临床转化：ncRNAs作为生物标志物和治疗靶点

综述重点讨论了ncRNAs在NDDs临床管理中的转化潜力：

作为生物标志物：与脑组织难以获取相比，外周血、唾液、尿液中的循环ncRNAs，尤其是包装在细胞外囊泡（如外泌体）中的ncRNAs，具有稳定性高、易于检测、反映脑内病理变化等优势。多项研究表明，ASD、ADHD或ID患者血液外泌体中的miRNA和lncRNA谱与健康对照存在显著差异，且与症状严重程度、认知功能评分相关。这些发现支持将ncRNAs作为微创早期诊断和患者分层的生物标志物。例如，特定miRNA panel（如miR-151a-3p、miR-181b-5p）区分ASD与典型发育儿童的准确率可达85%以上。

作为治疗靶点：基于RNA的治疗策略正在快速发展，主要包括：

1. 反义寡核苷酸（ASOs）：设计合成单链DNA或RNA分子，与靶ncRNA（通常是致病性lncRNA或miRNA）互补结合，诱导其降解或阻断其功能。例如，靶向BACE1-AS的ASOs在AD小鼠模型中已显示能够降低BACE1表达和Aβ水平。在NDDs中，靶向异常高表达的miRNA（如miR-134）或lncRNA（如MALAT1）的ASOs正在临床前研究中。
2. miRNA模拟物和antagomirs：对于在疾病中功能缺失的miRNA，可静脉注射化学合成的miRNA模拟物来恢复其功能；对于功能获得性miRNA（过度抑制关键靶基因），可注射antagomir（与miRNA互补的化学修饰寡核苷酸）来拮抗其活性。这一策略已在癌症临床试验中取得进展，在NDDs中的转化尚需更精确的脑靶向递送。
3. CRISPR-Cas13系统：利用靶向RNA的CRISPR系统（Cas13而非Cas9），可特异性地敲低或编辑特定ncRNA转录本。该系统具有高特异性和可编程性，但体内递送和长期安全性仍是挑战。
4. 工程化细胞外囊泡递送：为了实现脑特异性递送并降低脱靶效应，研究者正在开发装载RNA药物的工程化外泌体，其表面修饰靶向脑内皮细胞或神经元的配体（如狂犬病病毒糖蛋白RVG肽）。这一技术平台有望解决ASOs和miRNA药物难以穿越血脑屏障的瓶颈。

挑战与未来方向

尽管ncRNAs在NDDs中的研究和转化前景广阔，综述也坦率指出了当前面临的挑战：

• 机制深度不足：多数研究停留在关联性和简单的功能实验，缺乏对ncRNAs具体分子靶点、作用结构域和细胞内动态的精细解析。
• 细胞类型特异性未被充分利用：单细胞技术虽然已揭示异质性，但大多数标志物研究仍在总组织或混合细胞中进行，掩盖了关键细胞亚型的变化。
• 动物模型的局限：小鼠与人类在ncRNA序列和表达模式上存在差异（尤其是lncRNAs，其进化保守性低于miRNAs），这限制了一些发现的跨物种转化。
• 递送和安全性问题：RNA药物的脑靶向递送效率、长期安全性（如免疫原性、脱靶效应）以及重复给药的可行性尚未在NDDs中得到系统评估。

未来研究应致力于：1）构建NDDs的大型、纵向、多中心ncRNA图谱，包括外周液（血、尿、脑脊液）和外泌体ncRNA谱，建立标准化的检测流程和参考范围；2）开发更高效、低免疫原性的脑靶向递送系统（如化学修饰的ASOs、工程化外泌体、聚焦超声辅助递送）；3）利用患者诱导多能干细胞（iPSC）衍生的脑类器官，在人类细胞背景下验证候选ncRNA的功能和治疗潜力；4）在临床试验中设计合理的替代终点（如ncRNA水平的校正、脑电生理的改善），并密切监测长期安全性和认知结局。

结论

该综述将ncRNAs置于NDDs研究的中心位置，提出了一个从基础转录组学到临床转化治疗的统一框架。它清晰地阐述了：ncRNAs不仅是神经发育基因调控网络的核心组成部分，也是环境-基因交互作用的关键中介，更重要的是，它们代表了通往下一代精准诊断和RNA疗法的现实路径。对于ASD、ADHD、ID等目前缺乏疾病修饰疗法的NDDs，ncRNA革命正在开辟新的可能性。

参考文献

Zhao J, et al. From Transcriptome to Therapy: The ncRNA Revolution in Neurodevelopmental Disorders. Brain Sci. 2025;16(1):17. doi: 10.3390/brainsci16010017. PMID: 41594738.

Karaivazoglou K, Triantos C, Aggeletopoulou I. Non-coding RNAs in neurodevelopmental disorders-from diagnostic biomarkers to therapeutic targets: A systematic review. Biomedicines. 2025;13(8):1808.

Yao TT, Chen L, Du Y, Jiang ZY, Cheng Y. MicroRNAs as regulators, biomarkers, and therapeutic targets in autism spectrum disorder. Mol Neurobiol. 2025;62:5039-5056.

He YN, Zhu HH, Zhou ZH, Qu KK. Exosomal microRNAs in common mental disorders: Mechanisms, biomarker potential and therapeutic implications. World J Psychiatry. 2025;15:108933.

Frye RE, Hill Z, Rose S, McCullough S, Porter-Gill PA, Gill PS. Transcriptomic signatures of mitochondrial dysfunction in autism: Integrated mRNA and microRNA profiling. Genes. 2025;16:1065.

Guvenilir E, Yilmaz Sukranli Z, Abusalim MRS, et al. Hypoxia alters miRNAs levels involved in non-mendelian inheritance of autism spectrum disorder in mice. J Vis Exp. 2025;2025:e68435.