MicroRNA(miRNA)是一类进化上高度保守的非编码RNA，长约17~22个核苷酸(nt)。miRNA的表达通过其启动子区调控，且单个miRNA可被多个转录因子调控。miRNA在成熟过程中经历了多种形式，最初始的是pri-miRNA，由细胞核DNA转录，长度约300~1 000 nt。在细胞核内，pri-miRNA经裂解酶的作用，形成一种长度约70~120 nt的茎环结构，称为pre-miRNA即miRNA前体。pre-miRNA继而被转运至胞质，进一步裂解为成熟miRNA^[1]。经过20余年的研究与发展，miRNA在调节基因表达方面的普遍性和重要性越来越明晰。诸多miRNA对肌细胞的生长代谢有显著影响，通过与mRNA的3′末端非翻译区特异性结合，在转录后水平负性调控肌肉相关基因的表达，进而影响蛋白质的合成与降解，从而导致肌肉疾病^{[2, 3, 4, 5, 6]}。因此，以miRNA为靶点调控肌肉代谢，以此制成的药物制剂可能为治疗肌肉代谢疾病提供新方法。

肌肉萎缩可分为原发性肌肉疾病、继发性肌肉疾病和老龄化肌肉衰减症。许多miRNA影响这些疾病与进程，从而导致肌肉萎缩。

原发性肌肉疾病是指由肌肉病变直接引起的肌肉萎缩，如假肥大性肌营养不良(DMD)。研究发现，在10种人类主要的肌肉疾病(包括DMD、Becker型肌营养不良、面肩肱型肌营养不良、肢带型肌营养不良症2A和2B型、三好氏肌肉病变、杆状体肌病、多发性肌炎、皮肌炎及包涵体肌炎)中，有185种miRNA的表达发生明显变化^[2]。其中有5种miRNA(miR-146、miR-221、miR-155、miR-214和miR-222)在几乎所有疾病样本中表达，可能参与了这些疾病的共同发病机制的调控^[2]。11种miRNA在DMD患者与DMD小鼠中的表达有变化，可分为3类：(1)再生miRNA，包括miR-31、miR-34c、miR-206、miR-335、miR-449和miR-494，其中miR-206、miR-34c与miR-335随着成肌细胞分化表达上调；(2)退行miRNA，包括miR-1、miR-29c和miR-135a，它们的表达下调；(3)炎症相关miRNA，包括miR-222和miR-223，它们在肌肉的受损部位表达，且与炎症细胞的浸润有一定的相关性^[3]。这些研究皆表明miRNA在病理生理学途径中起重要作用，可导致原发性肌肉萎缩。另有研究发现，在DMD患者中，miR-1、miR-133a、miR-133b和miR-206的表达上调^[4]，约为健康人群的100倍，可作为诊断DMD的血清标记物^[5]。

继发性肌肉疾病由其他疾病所继发，包括糖尿病、慢性肾病(CKD)、癌症、心脏衰竭等。废用性肌肉萎缩亦属此类，如手术、制动或失重等因素所致的肌肉废用。

各疾病所致的继发性肌肉萎缩被诸实验室广泛研究。CKD患者的死亡率与肌肉质量的丢失相关性显著^[6]。研究表明，CKD小鼠的肌肉中，肌生成-抑制转录因子YingYang-1表达增加。miR-29有一段序列与YingYang-1的mRNA 3′端非翻译区互补。故而CKD抑制了肌肉中的miR-29，导致转录因子YingYang-1的高表达，从而抑制肌肉发育^[7]。此为CKD导致肌肉萎缩的可能机制。肌肉萎缩在慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者中提示预后不良。Donaldson等^[8]对31例COPD患者与14例对照组行肺、股四头肌与日常活动的评估。经皮股四头肌活检发现miR-1的表达较对照组降低2.5倍，且miR-1的表达与吸烟史、肺功能、 无脂肪质量指数和1型纤维百分比相关，miR-133和miR-206与机体日常活动负相关。IGF-1的mRNA水平在COPD患者中升高，且miR-1与Akt的磷酸化水平负相关。此外患者中另一miR-1的靶点HDAC4的含量增高，推测miR-1、miR-133与miR-206在COPD导致肌肉萎缩的发病机制中起关键作用。另有研究发现在COPD患者的股四头肌中，心肌素相关转录因子(SRF的活化剂)和miR-1(SRF的靶点之一)的表达减少^[9]。故而SRF/miR-1轴可能是COPD相关肌肉萎缩的促进因素。高脂饮食诱导的胰岛素抵抗的2型糖尿病小鼠中，发现有8种miRNA(miR-125a-3p、miR-144、miR-301a、miR-369-3p、miR-551b、miR-143、miR-106b、miR-15b)表达上调，22种miRNA(miR-190、miR-99a、miR-133a、miR-133b、miR-10a、miR-152、miR-128、miR-206、miR-130a、miR-374、miR-208a、miR-199a-5p、miR-196a、miR-331-3p、miR-126-5p、miR-1、miR-10b、miR-378、miR-15a、miR-100、miR-24、miR-23b)表达下调，且MAPK信号通路在此过程中发挥作用^[10]，表明miRNA与骨骼肌胰岛素抵抗有密切联系。

废用性肌肉萎缩在近年的研究中也得到一定的进展。航天飞行可影响到骨骼肌，包括萎缩以及快肌纤维的移位。对小鼠模拟航天飞行后，有272种miRNA的水平有变化。其中有些miRNA与肌肉生长相关，包括PI3K调节亚基p85α、胰岛素反应底物1、FoxO1转录因子和MAFbx/atrogin-1。肌肉生长抑制素的miRNA表达有增加的趋势，而肌肉生长抑制素抑制剂FSTL3水平呈下降趋势，miR-206的水平明显下降^[11]，以上皆导致了肌肉质量的丢失。此外，卧床休息能使骨骼肌中miR-1和miR-133a的量降低约10%^[12]。另外，miR-206在肌萎缩侧索硬化(ALS)中起到关键作用，可延缓ALS的进展，促进神经肌肉突触的代偿再生^[13]。各种继发性肌肉萎缩中miRNA的变化详见表 1。

表 1 (Table 1)

表 1 继发性肌肉萎缩与microRNA的表达变化 Tab 1 Secondary muscle atrophy and expression of microRNA Disease MicroRNA expression CKD miR-29↓ COPD miR-1，miR-133，miR-206↓ T2DM miR-125a-3p，miR-144，miR-301a，miR-369-3p，miR-551b，miR-143，miR-106b，miR-15b↑；miR-190，miR-99a，miR-133a，miR-133b，miR-10a，miR-152，miR-128，miR-206，miR-130a，miR-374，miR-208a，miR-199a-5p，miR-196a，miR-331-3p，miR-126-5p，miR-1，miR-10b，miR-378，miR-15a，miR-100，miR-24，miR-23b↓ Disuse atrophy miR-206,miR-1，miR-133a↓ CKD: Chronic kidney disease; COPD: Chronic obstructive pulmonary disease; T2DM: Type 2 diabetes mellitus

表 1 继发性肌肉萎缩与microRNA的表达变化 Tab 1 Secondary muscle atrophy and expression of microRNA

老龄化肌肉衰减症是指随着年龄增长，肌肉重量和肌肉质量的逐步下降。年龄相关性肌肉损失与肌肉衰减症中年龄相关性基因表达的改变密切相关。参与mRNA更新与翻译的RNA结合蛋白(RBPs)与miRNA的转录后调控是肌肉萎缩的关键参与者。转录后调控也与肌卫星细胞的老化相关，是老龄化肌肉衰减症病情进展的关键因素^[14]。 在老年人骨骼肌中，有18种miRNA呈现差异表达。Let-7家族成员Let-7b和Let-7e的表达显著升高，且在老年受试者中被进一步证实。Let-7s的基因靶点与一些分子网络相关，这些分子网络参与细胞周期调控，如细胞的增殖和分化等^[15]。该研究还发现，与年轻的受试者相比，细胞周期调控因子CDK6、CDC25A和CDC34的mRNA在老年受试者中的表达下调。此外，PAX7 mRNA的表达在老年受试者中降低。该实验表明，老龄化的特征在于高表达的Let-7家族成员可能下调细胞增殖相关的基因。故而Let-7家族的高表达可能是老龄化肌肉衰减症的指标之一^[15]。Hu等^[16]研究指出，miR-29在老化肌肉中通过多条信号通路介导细胞衰老。该研究发现老年小鼠肌肉中的miR-29显著上调。随着年龄的增长，肌肉中p85α、IGF-1和B-myb基因含量均较低，而某些细胞阻滞蛋白(p53、p16和pRb)的表达增加。当miR-29表达于肌肉祖细胞(MPC)可使其增殖受损，而SA-betagal表达增加则标志着衰老的进展。受损MPC的增殖导致miR-29与p85α、IGF-1、B-myb的3′端相互作用，从而抑制这些成肌细胞增殖介质的翻译。将miR-29导入年轻小鼠的肌肉则可抑制其增生，并提高细胞阻滞蛋白的水平，促进肌肉的衰老反应^[16]。

骨骼肌的生长和功能是由蛋白质的合成与分解决定的。蛋白质的分解代谢增加或合成代谢减少都会引起肌肉萎缩^[17]。肌肉萎缩的特征是肌肉质量、蛋白质含量或纤维数量的降低，还包括了肌肉强度的减弱。CKD、癌症、糖尿病、HIV、老龄化等皆可引起肌肉萎缩。MiRNA通过连接靶向mRNA的3′端非翻译区，以1种序列特异的方式调节基因表达，在转录后水平产生翻译抑制或mRNA切割。研究发现，地塞米松处理后的C2C12萎缩肌管细胞中有11种miRNA(miR-133a^*、miR-155、miR-192、miR-1、miR-322、miR-351、miR-466f、miR-466j、miR-503^*、miR-503和miR-872)表达显著上调，6种miRNA(miR-1192、miR-147、miR-466c-3p、miR-467a^*、miR-70与miR-7a)表达下降^[18]，体现了miRNA与肌肉萎缩的紧密关联。

肌肉萎缩的机制十分复杂，涉及多条信号通路。目前认为ATP依赖的泛素-蛋白酶体途径(UPP)起 主要作用。泛素蛋白酶体途径主要机制为Caspase-3 和泛素-蛋白酶体系统(UPS)激活，从而使肌肉蛋白降解。Caspase-3最初裂解肌组织中复杂的蛋白结构，得到的片段为UPS降解的底物。UPS具有显著的特异性蛋白质降解作用，是细胞内主要的蛋白水解系统。这种特异性依赖于特定的E3泛素连接酶对蛋白底物的识别。在肌肉中，这种特定的连接酶是atrogin-1和MuRF-1，可作为肌肉蛋白水解的生物标记物^[19]。

在萎缩的肌肉中atrogin-1/MAFbx和MuRF-1表达升高^[20]，miR-23a表达降低^[21]。miR-23a可抑制E3泛素连接酶、atrogin-1/MAFbx和MuRF-1的翻译，由此抑制糖皮质激素诱导的骨骼肌萎缩^[22]。 另有研究发现，线粒体分裂与肌肉萎缩有关^[23]，过度分裂造成线粒体内膜去极化，从而使ATP产生减少、ROS产物增多，触发氧化应激反应^[24]。可能的机制是线粒体功能紊乱激活了AMPK，从而抑制 mTOR信号通路，减少蛋白质合成并刺激atrogin-1 /MuRF-1表达，最终导致肌肉萎缩^[25]。

如前所述，许多miRNA在肌细胞的萎缩及肌肉重量调控方面作用重大。那么以miRNA为靶点，以此调控肌肉的药物制剂可成为治疗肌肉萎缩的新手段。

DMD患者中，miR-199a-5p的表达水平被SRF依赖性调节，抑制SRF信号可降低miR-199a-5p的转录水平^[26]。miR-199a-5p的过表达导致肌纤维破坏，细胞膜分离，细胞水肿和损坏。其靶点是Wnt信号通路中多个肌细胞增殖分化调节因子，包括FZD4、JAG1和WNT2。因此，miR-199a-5p是肌肉生成的潜在调节剂，通过抑制Wnt信号因子平衡肌细胞增殖和分化^[26]。受伤的MEF2A基因敲除小鼠表现为广泛的肌肉坏死和受损的肌纤维形成。MEF2A通过直接调控Gtl2-Dio3控制这个过程。Gtl2-Dio3 miRNAs可抑制sFRP(Wnt信号通路抑制剂)。此外，MEF2A缺陷的成肌细胞分化受miR-410和miR-433(从属于Gtl2-Dio3，可抑制sFRP2)过表达改善，也可通过重组Wnt3A和Wnt5A治疗。因此通过miRNA介导，MEF2A对Wnt信号的调节是肌肉再生的必要步骤^[27]。另有研究发现，miR-31抑制抗肌萎缩蛋白的表达，由此推测干扰miR-31可有效恢复抗肌萎缩蛋白的活性^[28]。miR-206可促进骨骼肌再生，延缓小鼠DMD的进展^[29]。miR-486改变再生肌纤维细胞周期动力学，使受损肌肉再生，可影响DMD的治疗，该疾病小鼠模型表现出受损肌肉再生，同时miR-486在体内过表达^[30]。

营养摄入不足、全身性炎症、肾清除率降低所致的食欲调控激素紊乱、神经肽信号转导异常、胰岛素和IGF抵抗、代谢性酸中毒等是发生CKD所致肌肉萎缩的关键因素。FoxO是一类转录因子，其基础水平在调节卫星细胞激活和肌肉生长方面发挥着重要的生理作用^[31]。将miR-486转染至原代培养的成肌细胞可使FoxO1下调，导致其翻译减慢。体内实验表明，以电穿孔的方式将miR-486 导入肌组织可减缓Atrogin-1和MuRF-1的上调，防止CKD小鼠肌萎缩^[32]。

年龄相关肌肉质量的丢失和肌肉衰减症直接加速老年人体质弱化，加剧跌倒和骨折风险。老龄化小鼠骨骼肌中有57种miRNA表达改变，包括miR-221。对老年小鼠行瘦素治疗可显著增加后肢肌肉质量和伸趾长肌纤维的大小，且有37种miRNA的表达在治疗后改变。其中与再生修复相关的miR-31和miR-223也在此列。因此，营养素相关激素(如瘦素)可改善肌萎缩，改变衰老骨骼肌萎缩相关miRNA的表达^[33]。

近年来miRNA的功能研究逐步深入，但仅有一小部分miRNA的生物学功能及分子机制得到阐明，对其认知依然有局限性。在发现miRNA参与骨骼肌调控的关联性之后，对它们分子机制的研究还有很大的拓展空间。以此为基础，建立在miRNA上的生物学标记物有望被研发，继而用于肌肉疾病的诊断和治疗。