腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷發(fā)生過程中microRNAs調(diào)控作用機(jī)制的研究進(jìn)展

曹洪濤，鄒偉，于學(xué)平

1黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，哈爾濱150040；2黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷是腦出血后常見的并發(fā)癥之一，腦出血幸存者中，約有75%患者伴有繼發(fā)性神經(jīng)損傷，出現(xiàn)不同程度的運(yùn)動(dòng)、感覺、語言等繼發(fā)性神經(jīng)功能障礙［1-2］。腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，多與腦出血發(fā)病早期血腫占位效應(yīng)和潛在血腫擴(kuò)張等原發(fā)性腦損傷及血腦屏障破壞、炎癥、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激等繼發(fā)性腦損傷有關(guān)。

miRNAs是神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)展中神經(jīng)損傷的重要轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，其通過與多個(gè)靶標(biāo)mRNA的3'非翻譯區(qū)（UTR）結(jié)合，負(fù)向調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，通過特定的RNA降解或整合來調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理過程（包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、代謝等）［3-5］。近年研究發(fā)現(xiàn)，外源性microRNAs（miR?NAs）可幫助患者減輕腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷，減輕神經(jīng)功能障礙程度［5］。深入研究miRNAs在腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷發(fā)生過程中的調(diào)控機(jī)制有助于該病的早期診斷及治療，早日改善臨床神經(jīng)功能缺損癥狀。文獻(xiàn)報(bào)道顯示，miRNAs在腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷發(fā)生過程中，具有維護(hù)血腦屏障完整性、減輕炎癥、減少細(xì)胞凋亡及抗氧化應(yīng)激等作用［2］。現(xiàn)就miRNAs的上述調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1 保護(hù)血腦屏障

血腦屏障是血液和大腦之間的物理和生理屏障，可防止神經(jīng)毒性血漿成分、血細(xì)胞及病原體進(jìn)入大腦，是一種多細(xì)胞神經(jīng)血管復(fù)合體。其完整性主要由腦內(nèi)皮細(xì)胞（血腦屏障的基本單位）決定，腦內(nèi)皮細(xì)胞之間緊密連接的改變和這些細(xì)胞的胞吞作用對血腦屏障的完整性有顯著影響［6］。此外，內(nèi)皮細(xì)胞和形成神經(jīng)血管單元的支持細(xì)胞（如星形膠質(zhì)細(xì)胞、免疫細(xì)胞、血管周細(xì)胞和大腦中的其他細(xì)胞）之間的相互作用也有助于維持血腦屏障的完整性［7］。miRNAs通過多種途徑參與調(diào)節(jié)血腦屏障，但大多數(shù)miRNAs通過靶向腦內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮連接分子，直接或間接影響血腦屏障的緊密連接，參與血腦屏障完整性的改變［8］。miRNAs作為表觀基因修飾的重要組成部分，在腦出血后因血腦屏障損傷繼而導(dǎo)致神經(jīng)損傷的發(fā)生過程中起重要的調(diào)控作用。

1.1 miR-126-3p miR-126-3p是一種與血管完整性、血管生成和血管炎癥有關(guān)的微小RNA，miR-126-3p在腦出血患者受損腦組織中表達(dá)水平較低且向血液中的釋放含量明顯減少［9-10］。miR-126-3p能夠通過下調(diào)出血區(qū)域血管細(xì)胞黏附因子-1，增加內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子A的水平和降低Cas?pase-3的水平，減輕顱內(nèi)出血誘導(dǎo)的血腦屏障破壞［9］。miRNAs在維持血管生理結(jié)構(gòu)的完整性和內(nèi)皮細(xì)胞的正常屏障功能方面起重要作用。通過調(diào)節(jié)血腦屏障結(jié)構(gòu)的滲透性，減少有害物質(zhì)向血液中的釋放水平，減輕顱內(nèi)出血對血腦屏障的破壞，減少發(fā)生神經(jīng)損傷概率［11］。

1.2 miR-27a-3p miR-27a-3p是一種與內(nèi)皮細(xì)胞高度相關(guān)的miRNAs，在內(nèi)皮細(xì)胞中高度表達(dá)，屬于腦出血患者血清中下調(diào)miRNA之一，同時(shí)在腦出血大鼠模型的血腫周圍、血腫塊和血清中均顯著下降；具有保護(hù)血腦屏障，減輕神經(jīng)損傷的潛在功能［10，12］。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，miR-27a-3p可通過靶向內(nèi)皮水通道蛋白11保護(hù)血腦屏障；同時(shí)可減少與血腫相鄰的垂死神經(jīng)元的數(shù)量，降低血腫周圍組織的凋亡率，防止腦出血后血腦屏障破壞，進(jìn)而減輕繼發(fā)性神經(jīng)損傷［13］。

2 抑制炎癥反應(yīng)

炎癥是一種復(fù)雜的損傷后免疫反應(yīng)，尤其是神經(jīng)炎癥更成為影響腦出血預(yù)后的關(guān)鍵因素。在正常情況下，炎癥有助于清除壞死細(xì)胞或組織，并啟動(dòng)組織修復(fù)過程；然而，過度激活免疫反應(yīng)會(huì)對機(jī)體造成嚴(yán)重?fù)p害。小膠質(zhì)細(xì)胞被認(rèn)為是腦出血后最先做出反應(yīng)的炎性免疫細(xì)胞，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞，可以動(dòng)態(tài)和暫時(shí)改變其表型，從而分化成兩種表型，M1（釋放促炎因子，加重炎性反應(yīng)，如IL-1β、TNF-α等）和M2（幫助機(jī)體吞噬血腫，其釋放的抗炎因子，對抗炎癥反應(yīng)，如IL-10、TGF-β等）；與此同時(shí)，腦出血會(huì)觸發(fā)炎癥因子及生物活性因子的釋放，如IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α等，并通過細(xì)胞形態(tài)及生理變化繼而造成腦出血后的炎癥反應(yīng)的發(fā)生與發(fā)展，損傷神經(jīng)功能［14］。miRNA能夠靶向參與調(diào)控炎癥反應(yīng)及小膠質(zhì)細(xì)胞極化，在腦出血后具有抗炎作用，減輕神經(jīng)損傷。

2.1 miR-223 miR-223是miRNA家族的重要成員之一，于2003年由定量聚合酶鏈反應(yīng)首次鑒定［15］。它的基因位于人類、老鼠和牛的X染色體上。miR-223可以結(jié)合特定的靶基因來抑制各類細(xì)胞（如粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞）中的促炎細(xì)胞因子或炎癥信號，調(diào)節(jié)促炎或抗炎巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘再生［16］。miR-223已被證明是腦出血后小膠質(zhì)細(xì)胞激活，炎癥和神經(jīng)元損傷的重要調(diào)節(jié)劑［17］。在腦出血 動(dòng)物模型中，miR-223通過IL-1β與caspase-1，促進(jìn)NLRP3下調(diào)，進(jìn)而調(diào)控炎癥反應(yīng)，減輕腦水腫及神經(jīng)功能缺損癥狀［18］。

2.2 miR-21 miR-21參與脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞促炎特性，其過表達(dá)可有效促進(jìn)促炎細(xì)胞因子上調(diào)，將細(xì)胞推向促炎表型，在炎性免疫反應(yīng)到其消退的轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要作用［19-21］。在腦出血?jiǎng)游锬Ｐ椭校琺iR-21可以調(diào)節(jié)Akt和（或）ERK/MAPK通路，及負(fù)調(diào)節(jié)Toll樣4受體的表達(dá)來減輕炎癥反應(yīng)［22-23］。此外，miR-21的過表達(dá)可以減輕NF-κB途徑的激活（NF-κB［24］是一種轉(zhuǎn)錄因子，能夠誘導(dǎo)促炎基因的的表達(dá)，調(diào)節(jié)先天免疫細(xì)胞和炎性T細(xì)胞的存活、活化和分化，介導(dǎo)炎性反應(yīng)，是與炎癥有關(guān)的中心通路），通過外泌體從間充質(zhì)干細(xì)胞運(yùn)到神經(jīng)元，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞的成活率，有效降低了間充質(zhì)干細(xì)胞的凋亡率和凋亡相關(guān)蛋白表達(dá)，減輕神經(jīng)損傷［25］。

2.3 miR-146a miR-146a是位于5號染色體長臂上的miR-146家族成員，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起關(guān)鍵作用，在腦出血患者血清中表達(dá)水平較低。miR-146a的過表達(dá)能夠降低腦出血后炎癥介質(zhì)（如IL-1β、IL-6、IL-8）和生物活性因子的釋放，能夠負(fù)向調(diào)節(jié)腦出血后誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞炎性反應(yīng)并減少腦出血后的細(xì)胞死亡，具有預(yù)防腦損傷及繼發(fā)性神經(jīng)損傷的作用［26］。YUAN等［27］研究證明，miR-146a可通過靶向白介素1受體相關(guān)激酶1和TNF受體相關(guān)因子6（TRAF6）的3'UTR，抑制NF-κB通路，降低腦出血大鼠促炎性細(xì)胞因子（MMP-9，TNF-α和IL-1β）的產(chǎn)生，可有效預(yù)防炎性細(xì)胞浸潤造成的神經(jīng)損傷。

2.4 miR-155 miR-155由位于21號染色體上的B細(xì)胞整合基因編碼，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，是一種關(guān)鍵的促炎miRNA，在炎性疾病中具有重要作用［28］。同時(shí)，在中樞系統(tǒng)疾病中，敲除miR-155能夠提高神經(jīng)元的內(nèi)在生長能力、促進(jìn)軸突生長和可塑性［29］。在腦出血大鼠模型急性發(fā)作期，大鼠頂葉皮層部miR-155表達(dá)水平及IL-1β、IL-6和TNF-α含量均升高；經(jīng)側(cè)腦室注入miR-155抑制劑后，IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎因子水平均降低，改良的神經(jīng)嚴(yán)重程度評分也隨之降低，表明miR-155信號參與腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷過程，阻斷miR-155通路能夠通過減少促炎因子釋放，降低神經(jīng)功能損傷程度，進(jìn)而改善大鼠腦出血后神經(jīng)功能缺損癥狀［30］。

3 減少細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是一種以能量依賴和程序性細(xì)胞死亡為特征的細(xì)胞死亡，被認(rèn)為是導(dǎo)致腦出血后細(xì)胞損傷的主要機(jī)制。它通過清除老化或受損細(xì)胞維持止血機(jī)制，并且通過去除有缺陷的和過度的細(xì)胞調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)［31］。簡而言之，細(xì)胞凋亡的過程，最初由內(nèi)在或外在途徑觸發(fā)。內(nèi)源性途徑與線粒體信號傳導(dǎo)途徑相關(guān)；外源性途徑是通過細(xì)胞表面死亡受體，包括腫瘤壞死因子TNF-α以及TNF相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體受體活化進(jìn)行的［32-33］。腦卒中后誘導(dǎo)大量Ca2+流入細(xì)胞，導(dǎo)致線粒體細(xì)胞色素c（Cytc）或凋亡誘導(dǎo)因子釋放［34］。釋放的Cytc與凋亡蛋白酶激活因子1和procaspase-9結(jié)合形成凋亡體，激活caspase-9及caspase-3，導(dǎo)致nDNA損傷并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡，損傷神經(jīng)功能，繼而出現(xiàn)如肢體偏癱、麻木等一系列神經(jīng)功能缺損癥狀。據(jù)報(bào)道，miRNA的表達(dá)可以通過調(diào)節(jié)靶基因的水平、旁分泌信號傳導(dǎo)，介導(dǎo)血管生成和保護(hù)神經(jīng)活性，調(diào)節(jié)腦卒中后神經(jīng)元存活，預(yù)防神經(jīng)損傷，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［35-37］。

3.1 miR-132 miR-132是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最多的miRNA之一。通過其靶基因甲基CpG結(jié)合蛋白2和Rho GTPase激活劑p250GAP調(diào)節(jié)樹突形態(tài)和突觸功能，在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)元活動(dòng)的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用［38］。miR-132的過表達(dá)，能夠顯著下調(diào)腦組織中Bax、Cytc和caspase-9的表達(dá)，上調(diào)BCl-2的表達(dá)，并降低Caspase-3活性，抑制細(xì)胞凋亡［39］。在靶向蛋白方面，miR-132能夠靶向SIRT1 3'UTR（一種組蛋白脫乙酰酶）并降低其活性，從而導(dǎo)致p53（一種凋亡誘導(dǎo)劑）乙?；黾?，最終導(dǎo)致Puma和Noxa等其他促凋亡基因的過度表達(dá)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡［40］?，F(xiàn)有研究表明，促進(jìn)miR-132過表達(dá)能夠減少腦出血小鼠細(xì)胞凋亡，減輕腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷，降低小鼠患神經(jīng)功能障礙的概率［41］。

3.2 miR-181c miR-181c在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中皮質(zhì)區(qū)域廣泛表達(dá)［42］，其表達(dá)動(dòng)態(tài)變化可能與特定的神經(jīng)發(fā)育階段有關(guān)，能夠控制發(fā)育中的皮質(zhì)神經(jīng)元中神經(jīng)突和樹突棘的生長［43-44］。miR-181c通過直接靶向調(diào)節(jié)TNF-α，最終誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［45］。在腦出血大鼠模型中，miR-181c通過靶向PTENPI3K/Akt通路及Bcl-2/Bax比值直接介導(dǎo)和調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，且其表達(dá)水平的高低與神經(jīng)嚴(yán)重程度評分高度相關(guān)，表明miR-181c可通過調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，在腦出血后發(fā)揮保護(hù)神經(jīng)作用，減輕神經(jīng)損傷［46］。

4 抗氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激主要由促氧化劑（ROS/RNS）的過度平衡和（或）細(xì)胞中抗氧化系統(tǒng)的缺乏引起。腦出血期間自由基和ROS的形成涉及多種機(jī)制，包括對N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受體的高刺激、Ca2+超載、線粒體功能障礙和神經(jīng)元一氧化氮合酶激活［31］。氧化損傷是腦出血后腦損傷進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)損傷的基本機(jī)制。氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，相當(dāng)于大腦所處環(huán)境具有高度氧化的特性、低水平的抗氧化劑含量和極高的鐵含量，此時(shí)大腦的神經(jīng)功能極易受損［47］。目前廣泛研究出可維持大腦氧化還原穩(wěn)態(tài)的幾種抗氧化酶和解毒酶包括谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽還原酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶。與此同時(shí)，Nrf2作為重要的氧化和異生物質(zhì)應(yīng)激反應(yīng)的主轉(zhuǎn)錄因子，成為抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分，減輕腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷，保護(hù)神經(jīng)功能［48］。在miRNAs家族中，有85種miRNA可 以 調(diào) 節(jié)Nrf2 mRNA的 水 平［49］。XU等［50］表 明，miR-27b可以直接靶向Nrf2 mRNA來調(diào)節(jié)Nrf2表達(dá)，抑制miR-27b能夠減輕腦出血后腦損傷，并通過Nrf2/ARE通路上調(diào)腦出血后Nrf2、Hmox1、SOD1和Nqo1的表達(dá)，減輕神經(jīng)損傷，避免發(fā)生神經(jīng)功能缺損。該基因可能是治療腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的潛在治療靶點(diǎn)。但截至目前miRNAs在腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷中的抗氧化作用的研究較少，應(yīng)進(jìn)一步探索miRNAs在腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷中抗氧化應(yīng)激方面的作用。

綜上所述，miRNAs通過參與腦出血的病理過程發(fā)揮作用，是調(diào)節(jié)腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的重要環(huán)節(jié)，為干預(yù)腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷提供了多重靶點(diǎn)。雖然目前有關(guān)miRANs治療腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的研究仍處于初級階段，且多數(shù)研究僅限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，臨床研究仍處于較低水平；但基于miRNAs減輕腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的作用機(jī)制及其多重作用，進(jìn)一步探討腦出血患者miRNAs的表達(dá)變化、探尋腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷的相關(guān)miRNAs分子靶點(diǎn)及其作用機(jī)制、以及如何安全有效地利用miRNAs防治腦出血后繼發(fā)性神經(jīng)損傷具有長遠(yuǎn)的臨床意義。