微RNA在動脈粥樣硬化中的研究新進(jìn)展

李晶晶(綜述)，樊光輝，何亞雄(審校)

(廣州軍區(qū)武漢總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,武漢 430000)

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)的高致死率及其對其他疾病預(yù)后的影響，使攻克冠心病成為一個重要的醫(yī)學(xué)課題，與冠心病最直接關(guān)聯(lián)的便是動脈粥樣硬化(atherosclerosis,As)。關(guān)于As的發(fā)病機(jī)制有多種學(xué)說，目前學(xué)者們多支持“內(nèi)皮損傷反應(yīng)學(xué)說”，認(rèn)為As是以內(nèi)皮損傷為前驅(qū)因素，具有慢性炎性反應(yīng)特征的病理過程。當(dāng)血管內(nèi)膜損傷后，激活的炎性細(xì)胞分泌活性氧和氧化脂蛋白誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞形成和血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，脂質(zhì)沉積及結(jié)締組織纖維化堆積，導(dǎo)致出現(xiàn)以斑塊生長、侵蝕、破裂等為主要特征的病理變化[1]。近年來對微RNA(microRNA,miRNA)的研究表明，細(xì)胞特異性的miRNA在心血管疾病中發(fā)揮著重要的作用，并對As相關(guān)因子的表達(dá)起重要的調(diào)節(jié)作用，現(xiàn)就相關(guān)問題予以綜述。

1 miRNA

1.1miRNA的歷史研究 最初，miRNA被認(rèn)為僅參與蠕蟲的發(fā)育階段。10年前，miRNA仍被認(rèn)為是大型哺乳類動物進(jìn)化中的一種保守的非編碼小分子RNA，近年來相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)miRNA亦參與人類生物學(xué)，并在蛋白質(zhì)翻譯水平上影響基因的表達(dá)，進(jìn)而參與到廣泛的生物過程，已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)證實(shí)miRNA在癌癥演變中扮演重要角色，至此miRNA得到更進(jìn)一步的認(rèn)識，并在更廣泛的領(lǐng)域得到重視及研究。2005年起，有研究者開始了miRNA對心臟生物學(xué)意義的研究觀察，發(fā)現(xiàn)miRNA在心血管生理病理過程中扮演重要角色，其可作用于多種心血管疾病的遺傳調(diào)節(jié)，如心肌重構(gòu)、心功能不全、心律失常、心肌缺血、心肌纖維化、動脈粥樣硬化過程等[2-3]。

1.2miRNA的組成與作用機(jī)制 miRNA是內(nèi)源性RNA序列，由19～25個核苷酸(平均22個核苷酸)序列組成，其編碼基因存在于蛋白和非蛋白基因的內(nèi)含子區(qū)及非編碼蛋白基因轉(zhuǎn)錄而成的RNA外顯子區(qū)。在細(xì)胞核內(nèi)miRNA在自身的啟動子和調(diào)節(jié)元件作用下，以編碼miRNA的DNA為模版，轉(zhuǎn)錄出長約1 kb的初級轉(zhuǎn)錄前體，初級轉(zhuǎn)錄前體具有5′帽子結(jié)構(gòu)、莖環(huán)結(jié)構(gòu)和3′多聚腺苷酸尾，并在RNA聚合酶的作用下形成70～100堿基對的發(fā)夾結(jié)構(gòu)的前體miRNA，前體miRNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中，經(jīng)切割后成為19～23個核苷酸的成熟的miRNA雙鏈。雙鏈中的一條單鏈miRNA可選擇性結(jié)合到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體，引導(dǎo)RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體到特定的靶信使RNA(messenger RNA，mRNA)，與靶基因mRNA的3′-非編碼區(qū)結(jié)合后，破壞或阻止mRNA的翻譯，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)蛋白質(zhì)的調(diào)整。另一條單鏈miRNA以胞外體和微泡等形式從細(xì)胞中釋放，與結(jié)合蛋白結(jié)合，形成蛋白復(fù)合物，作為壞死細(xì)胞產(chǎn)物或活性成分參與體內(nèi)相關(guān)反應(yīng)[4-5]。

2 miRNA在As中的作用機(jī)制

miRNA對As的影響主要表現(xiàn)在，異常表達(dá)的miRNA被細(xì)胞釋放，被血管細(xì)胞攝取，通過調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的功能，參與As和心血管疾病病理生理過程[6]。

2.1miRNA與炎癥 炎癥在血管病變中起著至關(guān)重要的作用，并貫穿于As的全程，識別炎癥信號通路的負(fù)調(diào)控相關(guān)的miRNA可能為心血管疾病治療提供新的治療靶點(diǎn)。

2.1.1miRNA與趨化因子 趨化因子是激活炎癥的始動因子，通過細(xì)胞內(nèi)的信號途徑激活炎性細(xì)胞，進(jìn)而引起與As相關(guān)的炎性反應(yīng)。巨噬細(xì)胞中的磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)被氧化低密度脂蛋白、炎癥趨化因子和血管緊張素Ⅱ所激活，在缺乏PI3K的p110γ巨噬細(xì)胞中，炎性細(xì)胞的激活顯著減弱或者消失[7]。miR-19a通過影響PI3K的表達(dá)，從而調(diào)控趨化因子，實(shí)驗(yàn)證明，兩者間具有正相關(guān)性，并同時存在反饋環(huán)[8]。

2.1.2miRNA與炎性細(xì)胞 細(xì)胞炎性反應(yīng)是As的主要事件。Zhu等[9]研究顯示，在缺失載脂蛋白E基因造模的動脈硬化小鼠和冠心病患者血清中的miR-155水平較對照組顯著上升，其可能與miR-155參與炎性反應(yīng)和絲裂原激活蛋白激酶信號通路相關(guān)，miR-155通過靶向絲裂原激活蛋白激酶10的表達(dá)，抑制缺失載脂蛋白E小鼠炎性因子的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，減緩炎性反應(yīng)，有助于預(yù)防As的發(fā)生和發(fā)展。相反，巨噬細(xì)胞源性的miR-342-5p通過抑制蛋白激酶B1酶的介導(dǎo)，抑制miR-155的表達(dá)，增強(qiáng)炎性刺激巨噬細(xì)胞的表達(dá)，最終加速As的發(fā)展。其他參與炎癥重要階段、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞炎性反應(yīng)的miRNA還有miR-21、miR-31、miR-155、miR-17-3P、miR-221、miR-222、miR-146a、miR-147、miR-99b、miR-152、miR-126和miR-10a等。

2.2miRNA與血管重構(gòu) 循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境在高血壓、高血脂、高血糖等危險因素長期作用下，血流動力學(xué)發(fā)生改變，在不同部位血管壁接受的壓力不同，血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)、分化狀態(tài)、排列等產(chǎn)生了適應(yīng)性改變，終致血管重構(gòu)、內(nèi)皮損傷。有體外功能研究發(fā)現(xiàn)，miRNA是內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)和實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵。miR-34a、miR-217、miR-200、miR-146C、miR-181a、miR-130a、miR-210、miR-424、miR-221和miR-222分別具有調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)激、促血管生成、抗血管生成的作用[10]。

2.2.1miRNA與內(nèi)皮細(xì)胞 髓系特異性miR-223的表達(dá)可促進(jìn)祖細(xì)胞的增殖、粒細(xì)胞的分化及活化，miR-146的表達(dá)可在炎癥前水平抑制核轉(zhuǎn)錄因子κβ因子的表達(dá)[11]，其共同作用下，誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞從骨髓動員、歸巢于動脈血管內(nèi)膜病變部位，修復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞功能，增殖、分化后轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)皮細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)病變處的再內(nèi)皮化，促進(jìn)血管新生。相反，miR-221可靶向p21小GTP酶活化激酶1，調(diào)節(jié)MEK/ERK信號通路，影響細(xì)胞骨架重構(gòu)、細(xì)胞遷移、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞轉(zhuǎn)化等過程，抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖，達(dá)到抑制As發(fā)生、發(fā)展的作用[12]。

2.2.2miRNA與血管平滑肌 血管平滑肌細(xì)胞中的miRNA參與調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖、分化、遷移、凋亡等過程，從而影響As病灶的轉(zhuǎn)歸。研究結(jié)果示，miR-638主要通過調(diào)節(jié)孤核受體1/D型周期蛋白途徑中的關(guān)鍵分子，下調(diào)孤核受體1，抑制血小板衍生生長因子誘導(dǎo)D1型周期蛋白的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)人體的異常血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移[13]。亦有載脂蛋白E基因通過影響miR-221/222的表達(dá)，抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖及調(diào)節(jié)p27蛋白的分泌[14]，從而減緩或阻止As的發(fā)展。

2.3miRNA與脂質(zhì)沉積 機(jī)體通過復(fù)雜的機(jī)制保持膽固醇水平，其合成、吸收、分泌異常可致血漿中膽固醇過量，導(dǎo)致其堆積于動脈壁，影響As形成及發(fā)展。具有調(diào)控脂質(zhì)代謝作用的miRNA有miR-467b、miR-27B、miR-106、miR-33、miR-122、miR-613、miR-663、miR-302A和miR-168等[15]。

2.3.1miRNA與載脂蛋白 載脂蛋白是脂質(zhì)運(yùn)輸過程中的重要載體，載脂蛋白水平的異常是As的危險因素之一。紐約大學(xué)進(jìn)行了初級肝X核受體配體刺激的小鼠腹腔巨噬細(xì)胞的miRNA表達(dá)譜芯片分析。報告顯示，初級肝X核受體配體增加巨噬細(xì)胞和小鼠肝臟中的miR-144的表達(dá)。過度表達(dá)的miR-144能降低巨噬細(xì)胞中腺苷三磷酸結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1表達(dá)，可減弱載脂蛋白A1運(yùn)載膽固醇外流。相反，抑制小鼠體內(nèi)miR-144的表達(dá)，增加腺苷三磷酸結(jié)合和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1和血漿高密度脂蛋白水平。因此，miR-144有雙向調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的膽固醇流出和高密度脂蛋白在肝臟的生物合成的作用[16]。

2.3.2miRNA與脂蛋白 血清脂蛋白是診斷心血管疾病患者脂代謝的重要指標(biāo)之一。其中高密度脂蛋白具有抗As作用，對載脂蛋白E基因缺失小鼠的實(shí)驗(yàn)研究顯示，miR-33缺陷可提高高密度脂蛋白水平，影響膽固醇從巨噬細(xì)胞流出，防止As的發(fā)展[17]。由此可見，miR-33可控制細(xì)胞內(nèi)膽固醇排出和脂肪酸的降解，而反miR-33寡核苷酸治療，可提高高密度脂蛋白水平，促進(jìn)膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)和As的消退[18]。

2.3.3miRNA參與脂質(zhì)氧化 氧自由基帶來的脂質(zhì)過氧化，嚴(yán)重影響細(xì)胞的功能，促進(jìn)As斑塊形成，在As病灶中含有高濃度的氧化磷脂，刺激單核細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞上，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞炎性基因、血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)，促進(jìn)血管生成反應(yīng)，可能造成As斑塊的發(fā)展和斑塊不穩(wěn)定。miR-663在參與調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)及脂質(zhì)氧化的相關(guān)因子中扮演重要角色，通過上調(diào)激活轉(zhuǎn)錄因子4的表達(dá)，達(dá)到減少As病灶中氧化磷脂的水平，減緩As程度的目的[19-20]。

2.4miRNA與結(jié)締組織纖維化 內(nèi)皮損傷，反復(fù)炎性反應(yīng)后，促進(jìn)細(xì)胞合成、分泌膠原蛋白、彈性蛋白和蛋白多糖，形成纖維基質(zhì)，漸致As。調(diào)控這一過程，將大大減低纖維化致As的程度，相關(guān)miRNA主要有miR-145、miR-199B。其中血管平滑肌細(xì)胞特異性過表達(dá)的miR-145可限制As斑塊的形態(tài)和細(xì)胞組成，減少纖維帽區(qū)中壞死核心區(qū)域，顯著增加斑塊膠原蛋白的含量，改變斑塊穩(wěn)定性與斑塊破裂之間的平衡[21]。而miR-199B則與其作用相反，可促進(jìn)纖維化，減緩As的消退[22]。

2.5其他相關(guān)作用 miRNA在黏附因子、血小板聚集、維持斑塊穩(wěn)定、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡等As相關(guān)因素中也有著重要作用，如miR-217和miR-34a可調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的衰老[23]；基質(zhì)金屬蛋白酶可降解細(xì)胞外基質(zhì)，影響粥樣斑塊的穩(wěn)定性[24]。

3 展 望

在全球范圍內(nèi)心血管疾病發(fā)病率越來越高的今天，風(fēng)險預(yù)測有十分重要的研究與應(yīng)用前景。面對已發(fā)現(xiàn)的100種不同的冠狀動脈粥樣硬化易患性位點(diǎn)，使基因檢測識別無癥狀個體患病風(fēng)險成為可能，并可為提早預(yù)防提供依據(jù)。隨著核糖核酸化學(xué)的快速發(fā)展，通過檢測血液中miRNA的表達(dá)譜，可提供對As疾病的診斷及預(yù)后的相關(guān)信息，亦可使用改進(jìn)的RNA堿基和合成人工的反義miRNA或抗體對其進(jìn)行操縱，成為未來控制心血管疾病中新的治療工具；也將在心血管疾病一級和二級預(yù)防中起到至關(guān)重要的作用，給人類As風(fēng)險預(yù)測及個體化治療帶來福音。

[1] Hulsmans M,De Keyzer D,Holvoet P.MicroRNAs regulating oxidative stress and inflammation in relation to obesity and atherosclerosis[J].FASEB J,2011,25(8):2515-2527.

[2] 張意軍，屈良鵠.非編碼RNA與哺乳動物基因組印記的起源[J].中國科學(xué):C輯,2009,39(1)：3-12.

[3] Santovito D,Mezzetti A,Cipollone F.MicroRNAs and atherosclerosis:new actors for an old movie[J].Nutr Metab Cardiovasc Dis,2012,22(11):937-943.

[4] Ramirez CM,Goedeke L,Fernandez-Hernando C."Micromanaging" metabolic syndrome[J].Cell Cycle,2011,10(19):3249-3252.

[5] Creemers EE,Tijsen AJ,Pinto YM.Circulating microRNAs:novel biomarkers and extracellular communicators in cardiovascular disease?[J].Circ Res,2012,110(3):483-495.

[6] Chen KC,Juo SH.MicroRNAs in atherosclerosis[J].Kaohsiung J Med Sci,2012,28(12):631-640.

[7] 宋麗,王玉玲,蘇琦,等.PI3K與動脈粥樣硬化的關(guān)系[J].中國老年學(xué)雜志,2012，32(3):651-653.

[8] He J,Li Y,Yang X,etal.The feedback regulation of PI3K-miR-19a,and MAPK-miR-23b/27b in endothelial cells under shear stress[J].Molecules,2012,18(1):1-13.

[9] Zhu J,Chen T,Yang L,etal.Regulation of microRNA-155 in atherosclerotic inflammatory responses by targeting MAP3K10[J].PLoS One,2012,7(11):e46551.

[10] Staszel T,Zapala B,Polus A,etal.Role of microRNAs in endothelial cell pathophysiology[J].Pol Arch Med Wewn,2011,121(10):361-366.

[11] Kin K,Miyagawa S,Fukushima S,etal.Tissue-and plasma-specific mcroiRNA signatures for atherosclerotic abdominal aortic aneurysm[J].J Am Heart Assoc,2012,1(5):e000745.

[12] Zhang X,Mao H,Chen JY,etal.Increased expression of microRNA-221 inhibits PAK1 in endothelial progenitor cells and impairs its function via c-Raf/MEK/ERK pathway[J].Biochem Biophys Res Commun,2013,431(3):404-408.

[13] Li P,Liu Y,Yi B,etal.MicroRNA-638 is highly expressed in human vascular smooth muscle cells and inhibits PDGF-BB-induced cell proliferation and migration through targeting orphan nuclear receptor NOR1[J].Cardiovasc Res,2013,99(1):185-193.

[14] Kothapalli D,Castagnino P,Rader DJ,etal.Apolipoprotein E-mediated cell cycle arrest linked to p27 and the Cox2-dependent repression of miR221/222[J].Atherosclerosis,2013,227(1):65-71.

[15] Sacco J,Adeli K.MicroRNAs:emerging roles in lipid and lipoprotein metabolism[J].Curr Opin Lipidol,2012,23(3):220-225.

[16] Ramirez CM,Rotllan N,Vlassov AV,etal.Control of cholesterol metabolism and plasma high-density lipoprotein levels by microRNA-144[J].Circ Res,2013,112(12):1592-1601.

[17] Horie T,Baba O,Kuwabara Y,etal.MicroRNA-33 deficiency reduces the progression of atherosclerotic plaque in ApoE-/-mice[J].J Am Heart Assoc,2012,1(6):e003376.

[18] Frosteg?rd J.Immunity,atherosclerosis and cardiovascular disease[J].BMC Med，2013，11:117-130.

[19] Rayner KJ,Sheedy FJ,Esau CC,etal.Antagonism of miR-33 in mice promotes reverse cholesterol transport and regression of atherosclerosis[J].J Clin Invest,2011,121(7):2921-2931.

[20] Afonyushkin T,Oskolkova OV,Bochkov VN.Permissive role of miR-663 in induction of VEGF and activation of the ATF4 branch of unfolded protein response in endothelial cells by oxidized phospholipids[J].Atherosclerosis,2012,225(1):50-55.

[21] Lovren F,Pan Y,Quan A,etal.MicroRNA-145 targeted therapy reduces atherosclerosis[J].Circulation,2012,126(11):S81-S90.

[22] Thum T.MicroRNA therapeutics in cardiovascular medicine[J].EMBO Mol Med,2012,4(1):3-14.

[23] Qin B,Yang H,Xiao B.Role of microRNAs in endothelial inflammation and senescence[J].Mol Biol Rep,2012,39(4):4509-4518.

[24] 趙京山,溫進(jìn)坤,韓梅.MMP-2基因啟動子區(qū)-735C→T多態(tài)性與冠狀A(yù)S的相關(guān)性研究[J].中國病理生理雜志,2011,27(11):2136-2139.