不同種類RNA與腦出血關(guān)系的研究

范亞男 張敬軍

腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)是神經(jīng)科常見病，死亡率及致殘率高，病死率高達(dá)50%以上，生存病人中約40%的患者遺留嚴(yán)重殘疾，7%的患者存在永久性的神經(jīng)功能損傷。我國自發(fā)性腦出血是威脅中老年人健康的主要疾病之一，近年來發(fā)病呈年輕化趨勢。本文探討不同種類RNA的研究現(xiàn)狀及其與腦出血的關(guān)系。

一、mRNA與腦出血

mRNA是由DNA的一條鏈作為模板轉(zhuǎn)錄、攜帶遺傳信息的能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的一類單鏈核糖核酸，它在核糖體上作為蛋白質(zhì)合成模板，決定肽鏈氨基酸排列順序。mRNA存在于原核生物和真核生物的細(xì)胞質(zhì)及真核生物的某些細(xì)胞器(如線粒體和葉綠體)中。RNA病毒和RNA噬菌體中的RNA既是遺傳信息載體又具有mRNA功能。生物體mRNA種類的多少與生物進(jìn)化水平有關(guān)，高等生物所含的遺傳信息多，mRNA種類也多。

Wnt通路又稱為Wnt/β-catenin通路，研究發(fā)現(xiàn)大鼠腦出血后Wnt-1 mRNA水平降低，GSK-3β mRNA水平升高，β-catenin蛋白表達(dá)升高；經(jīng)siDkk-1干預(yù)后，Wnt-1激活，GSK-3β被抑制，β-catenin進(jìn)一步升高，改善了腦出血大鼠的行為學(xué)表現(xiàn)。行為學(xué)表現(xiàn)的改善表明激活的Wnt通路在腦出血早期有腦保護(hù)作用。同時能夠減輕伊文藍(lán)外滲和腦組織含水量，說明Wnt通路的激活可以促進(jìn)受損BBB修復(fù)，發(fā)揮腦保護(hù)作用[1]。腦出血后血管基底膜破壞，MMP-9迅速被激活，被激活的MMP-9攻擊BBB毛細(xì)血管下基底膜，降解ECM的膠原成分、層黏蛋白、彈性蛋白及纖維連接蛋白，使其結(jié)構(gòu)性的完整性遭受破壞，BBB通透性增加，形成血管源性腦水腫及炎細(xì)胞浸潤，進(jìn)一步釋放炎癥因子，從而促發(fā)腦水腫形成以及繼發(fā)性腦出血和腦損傷[2]。NRH2能夠增加 proNGF、sortilin、p75NTR表達(dá)水平,這三種上調(diào)因子可形成復(fù)合體使Bax/Bcl-2比值升高，誘導(dǎo)腦出血后血腫周圍腦組織細(xì)胞凋亡[3]。P38MAPK通過一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在腦出血發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，參與腦組織損害，同時激活I(lǐng)L-6/8等炎癥因子的釋放，加重腦出血后炎癥反應(yīng)[4]。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外Prx1激活TLR4 / NF-κB途徑,可能與腦出血后腦細(xì)胞的神經(jīng)炎性損傷有關(guān)，因此阻止Prx1-TLR4信號通路可能會為延長腦出血中風(fēng)的治療窗提供新的思路[5]。TIM-3水平在腦出血發(fā)病后逐漸升高，至 24～72 h 升高至頂峰后逐漸下降，提示 TIM-3 可能和腦出血后炎癥反應(yīng)有關(guān)[6]。這些基因位點(diǎn)均為腦出血的防治提供了新靶點(diǎn)。

二、非編碼RNA與腦出血

非編碼RNA(Non-coding，RNA)，是一類具有多功能而不翻譯蛋白質(zhì)的RNA，它除了rRNA及tRNA等多種已知功能RNA外，還包括microRNA、lncRNA等。這些RNA的共同點(diǎn)是都能從基因組上轉(zhuǎn)錄而來，在RNA水平上就能行使各自生物學(xué)功能。非編碼RNA從長度上可以分為3類：小于50 nt，包括siRNA、piRNA及microRNA；50 nt至500 nt，包括slRNA、snoRNA、rRNA、tRNA及snRNA等；大于500 nt，包括長的不帶polyA尾巴的非編碼RNA，長的mRNA-like非編碼RNA等。目前對于非編碼RNA研究較多，非編碼RNA均參與血管平滑肌細(xì)胞行為及調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞，在動態(tài)調(diào)節(jié)血管損傷和重塑過程中發(fā)揮重要作用。而血管功能失衡易導(dǎo)致腦出血發(fā)生。隨著在腦出血中非編碼RNA研究的不斷深入，將對腦出血的防治起到重要意義。

1．microRNA與腦出血：微小RNA(microRNA,miRNA)是一類長度為21～25個核苷酸的內(nèi)源性非編碼小RNA分子，普遍存于病毒及動植物中，甚至單細(xì)胞有機(jī)體、衣藻及綠藻等體內(nèi)參與基因調(diào)控。在果蠅、線蟲和人類中具有高度保守區(qū)間，并且在表達(dá)上有顯著的時空特異性。miRNA被稱為轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)器，在真核生物體內(nèi)通過與靶mRNA特異性結(jié)合，影響mRNA表達(dá)，從而引發(fā)腦出血。在哺乳動物中，miRNA調(diào)控大約30%的蛋白編碼基因，通過調(diào)節(jié)多個信號通路而影響生物體內(nèi)細(xì)胞增殖與凋亡、生長發(fā)育、代謝活化、DNA修復(fù)及遷移等一系列生物學(xué)過程[7]。目前miRNA參與腦出血發(fā)生發(fā)展的方式主要有4種：(1)由于變異、失活及轉(zhuǎn)錄下調(diào)等導(dǎo)致miRNA表達(dá)下調(diào)或缺失，引起靶mRNA過表達(dá)。(2)由于基因擴(kuò)增或在啟動區(qū)變異miRNA過表達(dá)，導(dǎo)致靶mRNA過表達(dá)。(3)在一個mRNA3′-UTR變異可能影響一個miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致靶mRNA表達(dá)不穩(wěn)定。(4)在一個基因的3′-UTR變異產(chǎn)生一個新的miRNA結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致額外mRNA失活或降解。在人的體液中，包括血液、腦脊液、胸水、腹水、腹水及尿液等，均可以檢測到 miRNA。血漿或血清中 miRNA可作為臨床早期診斷的生物標(biāo)記物和其在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用，為腦出血標(biāo)準(zhǔn)化防治開辟了新的研究領(lǐng)域[8]。

miRNA-16 可抑制VEGF-A、VEGFR2和FGFR-1基因表達(dá)，降低ECs增殖、遷移及血管再生能力，使血管壁修復(fù)能力受損，導(dǎo)致腦出血發(fā)生；miR-223與IGF-1R基因特異性結(jié)合，阻斷其下游PI3K/Akt/mTOR/p70S6K信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，抑制ECs增殖，減弱血管壁損傷的修復(fù)能力，易誘發(fā)腦出血發(fā)生。miR-124可通過抑制下游靶基因RhoGDIA，抑制血管平滑肌和內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移能力，使血管壁修復(fù)能力受損，易導(dǎo)致腦出血發(fā)生[9]。腦水腫導(dǎo)致繼發(fā)性腦損傷，加重腦出血患者的細(xì)胞損傷，研究人員通過使用LNA陣列測定ICH患者和健康者的miRNA，并使用逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)驗證，結(jié)果表明ICH患者似乎有一種特異的miRNA表達(dá)譜。和正常人相比，miR-126、miR-146a、mir-let-7a、miR-26a在腦出血患者中表達(dá)均降低，但是只有miR-126的低表達(dá)與腦出血后腦水腫相關(guān)[10]。NLRP3炎性體，是一種多聚體蛋白復(fù)合物，可以通過參與IL-1β的表達(dá)，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)。在腦出血患者中，NLRP3和miR-223表達(dá)成負(fù)相關(guān)。編碼NLRP3的mRNA中包含miR-223的結(jié)合位點(diǎn)3'UTR。MiR-223可直接與3′UTR位點(diǎn)結(jié)合調(diào)節(jié)NLRP3表達(dá)。miR-223可以通過下調(diào)NLRP3的表達(dá)，從而抑制炎癥反應(yīng)，減輕腦水腫，改善神經(jīng)功能[11]。目前miRNA表達(dá)在腦出血發(fā)病過程中的作用機(jī)制尚未闡明，大部分停留在動物實(shí)驗階段，如何將基礎(chǔ)研究成果向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化是目前研究的內(nèi)容之一。

2.lncRNA與腦出血：長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一類長度大于200nt的非編碼RNA，廣泛存在于真核生物的細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。可分為基因間lncRNA(intergenic lncRNA)，內(nèi)含子lncRNA(intronic lncRNA)，正義lncRNA(sense lncRNA)，和反義lncRNA(antisense lncRNA)。也可分為5類即正義、反義、雙向、基因內(nèi)及基因間lncRNA 。它是由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，同時被蓋帽與加尾而形成小分子RNA[12]。具有RNA 樣結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)部具有特定而復(fù)雜的二級及三級空間結(jié)構(gòu)，能提供與蛋白質(zhì)結(jié)合的多個位點(diǎn)，也可與DNA、RNA之間通過堿基互補(bǔ)配對原則發(fā)生特異性、動態(tài)性相互作用，形成由lncRNA參與的復(fù)雜、精確而微妙的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[13]。lncRNA 具有組織、細(xì)胞、發(fā)育階段、時空及疾病特異性[14]，不僅在調(diào)控真核生物表達(dá)，參與轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾、染色體修飾、基因組印記、X染色體沉默、功能性蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)以及核內(nèi)運(yùn)輸?shù)榷喾N生命過程中發(fā)揮重要作用，而且與心血管疾病密切相關(guān)[15]。lncRNA數(shù)量巨大，種類繁多，調(diào)節(jié)遺傳信息流的方式及調(diào)控基因表達(dá)的模式也多樣。lncRNA通過反義調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白編碼基因的表達(dá)。lncRNA調(diào)節(jié)改變，則一系列相關(guān)蛋白的作用模式會變化，最終導(dǎo)致疾病的發(fā)生。lncRNA可在轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控及表觀遺傳學(xué)等多個層面調(diào)控基因表達(dá)。

lncRNA與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)，如腦出血、阿爾茨海默病及孤獨(dú)癥等。研究發(fā)現(xiàn)染色體9p21區(qū)域的位點(diǎn)變化與動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[16]。lncRNA ANRIL位于染色體9p21區(qū)域，是一個來自于INK/ARF位點(diǎn)的長鏈非編碼RNA。ANRIL的表達(dá)增加與動脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，易誘發(fā)腦出血[17]。INK4b-ARF-INK4a位點(diǎn)在細(xì)胞周期的控制、細(xì)胞衰老、干細(xì)胞的自我更新和凋亡中具有重要作用。P15INK-4b是一種周期依賴性激酶抑制劑，其通過抑制增殖激酶CDK4，阻礙血管平滑肌細(xì)胞由G期進(jìn)入S期，防止血管內(nèi)膜增生，延遲動脈粥樣硬化形成。lncRNA ANRIL能夠招募PcG復(fù)合物定位到P15 INK-4b基因位點(diǎn)，抑制其表達(dá)，降低腦血管的保護(hù)作用，從而導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞增殖，易導(dǎo)致腦出血發(fā)生[18]。lncrna-rncr3在內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)可加重高脂血癥及炎癥因子釋放，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖，加速動脈粥樣硬化進(jìn)程。研究發(fā)現(xiàn)lncrna-rncr3具有抗動脈粥樣硬化作用，因此抑制其表達(dá)可間接預(yù)防腦出血的發(fā)生[19]。

3.circRNA與腦出血：環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)與其他非編碼RNA不同，它不具有5'末端帽子和3'末端polyA分子，而是通過外顯子或內(nèi)含子環(huán)化以共價鍵形式將3'和5'末端連接起來形成完整環(huán)形結(jié)構(gòu)[20]，可以抵抗核酸外切酶消化作用，因而比線性RNA更穩(wěn)定，更具有保守性及多樣化[21]。研究證明circRNA廣泛存在多種真核生物細(xì)胞質(zhì)，目前常在人類細(xì)胞、組織、果蠅及海馬魚中對circRNA進(jìn)行研究。并且在同一個真核生物體不同組織中也是廣泛存在，circRNA在腦、肝、肺、腎、胃及睪丸中存在，且具有高度保守性。根據(jù)序列構(gòu)成不同，circRNA可分為兩大類：外顯子來源的環(huán)形RNA(exonic circRNA)[21-23]和內(nèi)含子來源的環(huán)形RNA(intronic circRNA)[24,25]。近年來Salzman及Li等[26,27]在實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)了新型circRNA命名為保留內(nèi)含子來源的環(huán)形RNA(retained-intron circRNA)及外顯子-內(nèi)含子circRNA(exon-intron circular RNA，ElcircRNA)。circRNA具有多種生物學(xué)功能如circRNA充當(dāng)miRNA海綿、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、與RNA結(jié)合蛋白之間相互作用、參與蛋白質(zhì)翻譯[28,29]。

研究報道circRNA可以影響動脈粥樣硬化性腦血管病(atherosclerotic vascular disease，ASVD)。circRNA的表達(dá)與人類9p21位點(diǎn)有關(guān)。circANRIL通過與PES1結(jié)合，抑制血管平滑肌細(xì)胞及巨噬細(xì)胞中rRNA前體加工，然后誘導(dǎo)p53活化，抑制細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。對cANRIL表達(dá)進(jìn)一步研究有望用于防治動脈粥樣硬化[30]。circRNA與多種疾病密切相關(guān)，在疾病發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用，因此有望在未來成為一種高效能的臨床診斷標(biāo)志物，對多種疾病的診斷都將有所幫助，同時也為腦出血的靶向治療提供了新思路。

三、展望

腦出血發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣， mRNA、miRNA、IncRNA及circRNA 四種RNA與腦出血密切相關(guān)，進(jìn)一步探討不同性質(zhì)RNA與腦出血的關(guān)系，尋找特異性的RNA標(biāo)記物，為腦出血患者防治提供精準(zhǔn)依據(jù)，也為開發(fā)特異性及靶向性制劑提供理論依據(jù)，對提高腦出血精準(zhǔn)防治具有重要價值。