microRNAs調(diào)控平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化及其在心血管疾病中的作用*

閆學(xué)科， 宋自芳

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院肝膽外科，武漢 430022

成熟的血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)并不是終末分化的細(xì)胞，其具有一定的可塑性[1]。成熟的VSMCs處于分化靜止?fàn)顟B(tài)，保持著收縮表型，呈典型的紡錘狀，含豐富的肌纖維，在調(diào)節(jié)血管張力和保持血管壁的完整性中起著重要的作用[2]。內(nèi)皮受損后，處于血管壁中層的平滑肌細(xì)胞得以與血液中刺激因子以及細(xì)胞外因子接觸，從而觸發(fā)血管平滑肌細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化，由分化狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿シ只癄顟B(tài)，合成表型代替收縮表型，以標(biāo)志基因平滑肌α-肌動(dòng)球蛋白(smooth muscle α-actin，α-SMA)、h1-鈣調(diào)蛋白(calponin)、平滑肌肌球蛋白重鏈(smooth muscle myosin heavy chain，SM-MHC)和平滑肌22α(smooth muscle 22α，SM22α)表達(dá)下降，增殖、遷移能力增強(qiáng)，蛋白質(zhì)合成分泌水平提升為特征，從而引起一系列的血管疾病[3]。

microRNAs(miRNAs)是一類由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度約為22 bp核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，其在細(xì)胞內(nèi)具有多種重要的調(diào)節(jié)作用[4]。miRNAs主要在基因的轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用，一方面抑制mRNA的翻譯；另一方面誘導(dǎo)mRNA的降解[5](圖1)。研究表明，miRNAs參與大量的細(xì)胞生理和病理過(guò)程，調(diào)控細(xì)胞的增殖、遷移、凋亡、周期過(guò)程等等，與血管平滑肌細(xì)胞的生長(zhǎng)調(diào)控以及心血管疾病的發(fā)生密不可分[6]。因此，更好地了解miRNAs在血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化中的調(diào)節(jié)作用對(duì)有效地治療心血管疾病至關(guān)重要。

圖1 miRNAs調(diào)控平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化模式圖Fig.1 Pattern of miRNAs regulating the phenotypic modulation in smooth muscle cells

1 miRNAs對(duì)VSMCs表型轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)

1.1 miRNAs調(diào)控VSMCs增殖、遷移能力

血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移能力增強(qiáng)是血管損傷后新內(nèi)膜形成的重要病理過(guò)程，多種miRNAs分子，細(xì)胞因子以及信號(hào)通路參與其發(fā)生發(fā)展。骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(bone morphogenetic protein 4，BMP4)通過(guò)激活miR-21，進(jìn)而下調(diào)胞質(zhì)分裂作用因子(dedicator of cytokinesis，DOCK)蛋白家族的表達(dá)，從而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞收縮性，抑制細(xì)胞遷移[7]；血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet derived growth factor，PDGF)刺激誘導(dǎo)VSMCs增強(qiáng)的增殖遷移能力可被miR-21和miR-663所逆轉(zhuǎn)[8-9]；miR-24有助于新內(nèi)膜病變的形成[10]；核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)p65激活誘導(dǎo)表達(dá)增加的miR-17靶向抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，RB)蛋白進(jìn)而促進(jìn)VSMCs的增殖[11]；受細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)上調(diào)的miR-31靶向大腫瘤抑制同源物2(large tumor suppressor homolog 2，LATS2)促進(jìn)VSMCs增殖能力[12]，而上調(diào)的miR-133靶向抑制轉(zhuǎn)錄因子Sp1表達(dá)從而抑制VSMCs的增殖遷移能力[13]；Jagged-1/Notch通路：miR-143/145簇是血管平滑肌細(xì)胞中Jagged-1/Notch信號(hào)傳導(dǎo)的新轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，通過(guò)Jagged-1激活Notch受體導(dǎo)致miR-143/145上調(diào)，表現(xiàn)為VSMCs收縮蛋白表達(dá)增加和增殖能力降低[14]；轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transform growth factor-β，TGF-β)/Smad通路：抑制miR-26a通過(guò)增強(qiáng)Smad信號(hào)，抑制SMC的增殖遷移能力[15]。

1.2 miRNAs調(diào)控VSMCs凋亡

平滑肌細(xì)胞的凋亡在表型轉(zhuǎn)化過(guò)程中也發(fā)揮重要的作用。受到不同的細(xì)胞外刺激，相應(yīng)的miRNA發(fā)揮不同的作用，從而調(diào)控新內(nèi)膜增生。在過(guò)氧化氫(H2O2)誘導(dǎo)下，miR-21作用其下游程序性細(xì)胞死亡蛋白4(programmed cell death 4，PDCD4)以保護(hù)細(xì)胞避免凋亡和死亡[16-17]。沉默miR-155-5p靶向Fos促癌蛋白(Fos proto-oncogene，F(xiàn)OS)和鋅指蛋白(zinc finger protein，ZIC)減緩細(xì)胞凋亡從而抑制腹主動(dòng)脈瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)的形成[18]。過(guò)表達(dá)miR-26a通過(guò)靶向PTEN/AKT/mTOR通路減緩細(xì)胞凋亡[19]。此外，如miR-17-5p、miR-138和miR-210分別靶向調(diào)控信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)[20]、巨噬細(xì)胞刺激因子1(macrophage stimulating 1，MST1)[21]以及E2F轉(zhuǎn)錄因子(E2F transcription factor 3，E2F3)[22]介導(dǎo)細(xì)胞抗凋亡作用；在氧化低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)刺激的VSMCs中，敲低miR-148b，而過(guò)表達(dá)miR-155可抑制細(xì)胞凋亡[23-24]；在血管緊張素Ⅱ(Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)的作用下，過(guò)表達(dá)miR-96-5p靶向活化T細(xì)胞核因子5蛋白(nuclear factor of activated T cells 5，NFAT5)促進(jìn)細(xì)胞凋亡[25]；在腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)刺激的小鼠VSMCs中，miR-494通過(guò)靶向B細(xì)胞淋巴瘤2樣蛋白11(B-cell lymphoma 2-like 11，BCL2L11)促進(jìn)細(xì)胞凋亡[26]；在PDGF-BB刺激的VSMCs中，miR-149-5p靶向神經(jīng)纖維蛋白2(neuropilin 2，NRP2)促進(jìn)細(xì)胞凋亡[27]。在小鼠動(dòng)脈夾層模型中，miR-22，miR-26b可以抑制細(xì)胞凋亡[28-29]，而下調(diào)miR-145，miR-17誘導(dǎo)VSMC凋亡[30-31]。

1.3 miRNAs調(diào)控VSMCs周期進(jìn)程

血管平滑肌細(xì)胞的周期進(jìn)程與增殖密切相關(guān)，與新內(nèi)膜增生密切相關(guān)。PDGF-BB刺激促進(jìn)的細(xì)胞周期可被過(guò)表達(dá)的miR-612所抑制[32]。AngⅡ誘導(dǎo)加快的細(xì)胞周期受miR-155阻滯[33]。在高血壓模型中，miR-155靶向抑制p27表達(dá)促進(jìn)周期進(jìn)展[34]，而miR-208靶向p21促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展[35]。過(guò)表達(dá)miR-96-5p靶向NFAT5提高G1/G2期，減少S期細(xì)胞比例[25]。miR-379誘導(dǎo)VSMC在G0/G1期阻滯[36]。miR-362-3p靶向血小板反應(yīng)蛋白解整合素金屬肽酶1(A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin 1，ADAMTS1)將細(xì)胞周期阻滯在G1/S期[37]。miR-142-5p靶向B細(xì)胞轉(zhuǎn)位基因3(B-cell translocation gene 3，BTG3)抑制細(xì)胞周期進(jìn)展[38]。miR-365靶向細(xì)胞周期蛋白D1(Cyclin D1)阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程[39-40]。miR-146b-3p靶向磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸3-激酶催化亞基(phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit gamma，PIK3CG)抑制細(xì)胞周期進(jìn)程[41]。miR-377-3p靶向NRP2抑制細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)[42]。

1.4 miRNAs調(diào)控VSMCs從干細(xì)胞的分化

研究表明，參與新內(nèi)膜增生的平滑肌細(xì)胞由不同細(xì)胞分化而來(lái)。miRNAs調(diào)節(jié)胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell，ESC)分化為SMCs：①蛋白水平，miR-10靶向抑制組蛋白去乙酰化酶4(histone deacetylase 4，HDAC4)[43]，miR-34a上調(diào)去乙酰化酶(sirtuin，SIRT1)[44]促進(jìn)分化過(guò)程；②轉(zhuǎn)錄組水平,miR-214靶向抑制RNA結(jié)合蛋白QKI促進(jìn)VSMC從ESCs的分化[45]；③基因水平，miR-22通過(guò)靶向甲基CpG結(jié)合蛋白2(methyl CpG binding protein 2，MeCP2)[46]，miR-29a靶向抑制轉(zhuǎn)錄因子YY1促進(jìn)ESCs分化為VSMCs[47]。此外，miRNAs也能調(diào)節(jié)外膜祖細(xì)胞分化為SMCs，如miR-30c-5p靶向骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)調(diào)節(jié)表達(dá)干細(xì)胞抗原(stem cell antigen-1，Sca-1)的外膜祖細(xì)胞分化為SMCs[48]。

不同miRNAs在VSMCs中的作用見(jiàn)表1。

表1 不同miRNAs在VSMCs中的功能Table 1 Different known miRNAs and their functions in VSMCs

續(xù)表1

2 miRNAs在心血管疾病中的作用

2.1 肺動(dòng)脈高壓

肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是以血管壁細(xì)胞異常的增殖、遷移和凋亡為基礎(chǔ)，以肺血管重塑為特征的循環(huán)系統(tǒng)疾病[50]。研究表明，多種miRNAs分子參與此病理過(guò)程。在骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2型(bone morphogenetic protein receptor type 2，BMPR2)相關(guān)的PAH中，雌激素代謝產(chǎn)物16αOHE通過(guò)miR-29介導(dǎo)細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)加劇患者病情[51]，而敲除miR-145可以改善BMPR2突變患者的病情[52]。此外，miR-1介導(dǎo)超氧化物產(chǎn)生增加，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，在PAH中發(fā)揮重要作用[53]。在PAH患者的人肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中，表達(dá)下調(diào)的miR-204靶向蛋白酪氨酸磷酸酶2(SH2-containing protein tyrosine phos-phatase-2，SHP2)進(jìn)而激活NFAT，從而維持肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的增殖能力和凋亡抗性；而過(guò)表達(dá)miR-206靶向Notch-3抑制細(xì)胞增殖能力和誘導(dǎo)凋亡，改善病情[54-55]。

2.2 主動(dòng)脈瘤

主動(dòng)脈瘤(aortic aneurysm，AA)形成的細(xì)胞機(jī)制十分復(fù)雜，盡管胸、腹主動(dòng)脈瘤有著相似的解剖外觀，以及細(xì)胞外基質(zhì)的改變和平滑肌細(xì)胞的喪失，但它們是不同的疾病，以腹主動(dòng)脈瘤最常見(jiàn)[56]。在胸主動(dòng)脈中，miR-21敲除通過(guò)損傷TGF-β/Smad3信號(hào)通路加劇AngⅡ誘導(dǎo)的胸主動(dòng)脈瘤[57]；而在腹主動(dòng)脈瘤(AAA)中，表達(dá)增加的miR-21下調(diào)了人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表達(dá)，導(dǎo)致AKT的磷酸化和激活進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖并減少凋亡，對(duì)主動(dòng)脈瘤膨脹具有保護(hù)作用[49]。此外，作為AAA患者疾病進(jìn)展的血漿生物標(biāo)志物，miR-24[58]靶向殼多糖酶3樣蛋白1(chitinase-3-like protein 1，CHI3L1)促進(jìn)平滑肌細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子的表達(dá)改變動(dòng)物模型中的AAA進(jìn)展，而miR-195[59]則通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(如膠原蛋白、蛋白多糖、彈性蛋白和彈性微纖維相關(guān)蛋白)改善病情；同時(shí)，增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)合成的靶點(diǎn)分子還有miR-29[60]。

2.3 動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種常見(jiàn)的心腦血管病，其發(fā)生發(fā)展涉及內(nèi)皮細(xì)胞、單核/巨噬細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等。此外，非編碼RNA可以調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、焦亡、自噬、增殖和單核細(xì)胞遷移，參與動(dòng)脈粥樣硬化的形成過(guò)程[61]。在AS患者平滑肌細(xì)胞中，下調(diào)miR-17-5p靶向Ⅲ型組蛋白去乙?；?sirtuin 7，SIRT7)進(jìn)而誘導(dǎo)增殖并促進(jìn)凋亡，從而延緩動(dòng)脈硬化進(jìn)展[62]，miR-210靶向抑制激活蛋白C(activated protein C，APC)從而影響Wnt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)保護(hù)平滑肌細(xì)胞，穩(wěn)定斑塊[63]；而在巨噬細(xì)胞中，抑制miR-155[64]或miR-21[65]的表達(dá)分別靶向B細(xì)胞淋巴瘤6(B-cell lymphoma 6，Bcl6)和雙特異性磷酸酶(dual specificity phosphatase 8，Dusp-8)調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移、粘附，限制動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成；此外，拮抗miR-29作用于細(xì)胞外基質(zhì)靶基因膠原蛋白Ⅰ(collagen I，col1A)和膠原蛋白Ⅲ(collagen Ⅲ，col3A)促進(jìn)斑塊重塑[66]。

2.4 支架再狹窄

內(nèi)膜增生引起的支架再狹窄(instent restenosis，ISR)是冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)的主要局限之一[67]。研究發(fā)現(xiàn)，在ISR動(dòng)脈中，miR-21和miR-140-3p的表達(dá)顯著下調(diào)，針對(duì)miR-21的新型局部洗脫支架的應(yīng)用可以有效預(yù)防內(nèi)膜增生和活化炎癥細(xì)胞功能造成的ISR[68-69]；而拮抗miRNA-140-3p通過(guò)下調(diào)c-Myb促癌基因和Bcl-2減緩PDGF-BB誘導(dǎo)的細(xì)胞增殖[70]。

2.5 鈣化和成骨分化

血管鈣化(vascular calcification，VC)被定義為脈管系統(tǒng)中以磷酸鈣復(fù)合物形式的礦物沉積[71]。VSMCs鈣化以及向成骨樣細(xì)胞分化表現(xiàn)為堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性，骨鈣素分泌以及Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runt-related transcription factor 2，Runx2)表達(dá)下降。其中Runx2是間充質(zhì)細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞分化的必要條件。BMP2下調(diào)miR-30b/30c促進(jìn)血管鈣化[72]，而過(guò)表達(dá)miR-205則通過(guò)靶向Runx2抑制成骨樣分化[73]。

3 其他非編碼RNAs通過(guò)miRNAs調(diào)控平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化

非編碼RNA相互作用網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，彼此之間可以相互調(diào)控從而影響細(xì)胞生物學(xué)功能。在ox-LDL刺激的VSMCs中，沉默lncRNA TUG1靶向上調(diào)miR-148b的表達(dá)抑制細(xì)胞增殖而促進(jìn)凋亡[23]；此外，lncRNA CDKN2B-AS1一方面靶向下調(diào)miR-126-5p，進(jìn)而上調(diào)靶基因酪氨酸磷酸酶非受體7型(protein tyrosine phosphatase non-receptor type 7，PTPN7)的表達(dá)，一方面抑制PI3K/AKT信號(hào)通路，從而抑制細(xì)胞增殖加速凋亡[74]。在PDGF-BB刺激的VSMCs中，lncRNA GAS5表達(dá)下調(diào)，過(guò)表達(dá)后可靶向抑制miR-21上調(diào)PDCD4抑制增殖遷移[75]；而高表達(dá)的lncRNA XR007793靶向miR-23b進(jìn)而上調(diào)叉頭蛋白O4(forkhead box O4，F(xiàn)OXO4)的表達(dá)從而促進(jìn)細(xì)胞增殖遷移[76]。在動(dòng)脈瘤模型中，如AAA中，circ CBFB靶向抑制miR-28-5p抵抗凋亡[77]，lncRNA LBX2-AS1與miR-4685-5p/LBX2(ladybird homeobox 2，瓢蟲(chóng)同源盒2)軸形成正反饋環(huán)促進(jìn)細(xì)胞凋亡抵抗增殖[78]；在TAA中，表達(dá)上調(diào)的lncRNA H19和lncRNA HIF1A-AS1分別靶向miR-1-3p/ADAM10(a disintegrin and metalloproteinase 10，分解素和金屬蛋白酶10)軸和Let-7g/APAF1(apoptotic protease-activating factor 1，凋亡蛋白酶激活因子1)軸抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)凋亡[79-80]；而在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤(intracranial aneurysm，IA)中，lncRNA ANRIL靶向下調(diào)miR-7，從而上調(diào)堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor 2，F(xiàn)GF2)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖抑制凋亡[81]。此外，還有很多長(zhǎng)鏈和環(huán)狀非編碼RNA通過(guò)靶向不同的miRNAs調(diào)控平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化過(guò)程(表2)。

表2 不同lncRNAs和circRNAs通過(guò)miRNAs在VSMCs中的調(diào)控作用Table 2 Different known lncRNAs and circRNAs and their regulative functions in VSMCs via miRNAs

4 總結(jié)與展望

綜上所述，眾多的miRNAs通過(guò)不同途徑參與血管平滑肌細(xì)胞的生長(zhǎng)調(diào)控，并與一系列的心血管疾病發(fā)生相關(guān)。隨著用于識(shí)別復(fù)雜非編碼RNA分子及其靶標(biāo)新技術(shù)的出現(xiàn)，在新內(nèi)膜形成中鑒定獨(dú)特的控制VSMCs表型的分子信號(hào)途徑變得更容易，越來(lái)越多的miRNA轉(zhuǎn)錄本的發(fā)現(xiàn)，使得更多的miRNA被識(shí)別作為血管平滑肌細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)控的參與者。而且隨著針對(duì)平滑肌細(xì)胞表型調(diào)控機(jī)制研究的不斷完善，miRNA與心血管疾病之間隱秘聯(lián)系的揭露逐漸開(kāi)辟了新的診療領(lǐng)域，許多miRNA早已成為不同病理學(xué)過(guò)程的生物學(xué)標(biāo)志物或者治療靶點(diǎn)。更有研究證明miRNA在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮的生物學(xué)效應(yīng)不局限于它本身，而是多種非編碼RNA相互調(diào)控的過(guò)程。對(duì)該網(wǎng)絡(luò)體系機(jī)制的進(jìn)一步探索，在不久的將來(lái)會(huì)改善整個(gè)心血管疾病的診療過(guò)程。

但是靶向miRNA的治療仍存在一定的局限性，比如雖然在癌癥中針對(duì)非編碼RNA的治療已有了很大進(jìn)展，如專業(yè)納米技術(shù)和RNA引導(dǎo)精密藥的發(fā)展[88]，但由于其廣泛的重疊性和多靶點(diǎn)，在心血管疾病針對(duì)這些靶點(diǎn)的治療中，額外的致瘤風(fēng)險(xiǎn)不可避免。而且越來(lái)越多的證據(jù)表明miRNA的表達(dá)具有時(shí)序性和組織特異性。在不同組織、器官、細(xì)胞類型和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，miRNA的表達(dá)譜有很大差異，每種miRNA針對(duì)的數(shù)個(gè)甚至上百個(gè)潛在靶基因，在不同的細(xì)胞或同一細(xì)胞的不同狀態(tài)下發(fā)揮功能性靶標(biāo)的作用也有所不同。這些研究結(jié)果不但說(shuō)明miRNA及其靶標(biāo)具有時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的特性，而且也提示miRNA在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮作用的復(fù)雜性，這使得將miRNA作為治療靶點(diǎn)仍面臨許多困難[89]。