非編碼RNA參與腹主動脈瘤病理過程的研究進(jìn)展

沈廣輝，王海洋

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一臨床醫(yī)學(xué)院，哈爾濱150000)

除動脈粥樣硬化外,腹主動脈瘤發(fā)生與性別、年齡、結(jié)締組織疾病、高血壓病、高脂血癥、肥胖等多種因素有關(guān)[1]。腹主動脈瘤體破裂病情兇險(xiǎn)，病死率較高，手術(shù)是其主要治療方式。目前尚無限制腹主動脈瘤發(fā)展和破裂的有效藥物[2]。若能深入研究腹主動脈瘤形成發(fā)生的分子機(jī)制，研制出新的標(biāo)記物或有效靶向藥物用于控制腹主動脈瘤發(fā)展進(jìn)程十分必要。人類基因組計(jì)劃揭示，超過98%的人類基因不編碼蛋白質(zhì)，絕大多數(shù)基因?qū)⑥D(zhuǎn)錄成非編碼RNA，諸多證據(jù)表明非編碼RNA對多種疾病的發(fā)生發(fā)展具有調(diào)節(jié)作用[3]。以200個(gè)核苷酸長度為臨界點(diǎn)，將非編碼RNA分為短鏈非編碼RNA和長鏈非編碼RNA (lncRNA)。目前，微小RNA(miRNA)是一類轉(zhuǎn)錄本長度約22個(gè)核苷酸的內(nèi)源性短鏈RNA，其功能已被廣泛研究并取得較大進(jìn)展，而大于200個(gè)核苷酸長度的lncRNA功能研究資料較少[4]。本文就非編碼RNA參與腹主動脈瘤發(fā)生發(fā)展病理過程的相關(guān)進(jìn)展總結(jié)如下。

1 腹主動脈瘤發(fā)生的病理機(jī)制

主動脈血管壁由內(nèi)膜、中膜和外膜構(gòu)成。主動脈最內(nèi)層是由與血液直接接觸的內(nèi)皮細(xì)胞組成的內(nèi)膜，內(nèi)皮細(xì)胞可以通過產(chǎn)生活性氧促進(jìn)動脈瘤的形成。中膜包含細(xì)胞外結(jié)締組織成分和層狀分布的血管平滑肌細(xì)胞，構(gòu)成健康主動脈的主要承重結(jié)構(gòu)。在腹主動脈瘤的發(fā)病機(jī)制中, 中膜層是被顯著消耗的血管層，尤其在疾病的晚期,由于彈性蛋白的降解，主動脈的剛性和膠原蛋白負(fù)荷急劇增加，中膜層消耗程度劇增。當(dāng)中膜和外膜含有的殘留膠原纖維不能保持結(jié)構(gòu)完整性時(shí), 腹主動脈就會發(fā)生擴(kuò)張，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生血管破裂。外膜是由膠原蛋白、成纖維細(xì)胞、神經(jīng)纖維和血管組成，在維持動脈結(jié)構(gòu)穩(wěn)定上意義重大[1]。

腹主動脈瘤病理機(jī)制過程復(fù)雜，其發(fā)病機(jī)制目前尚未完全研究透徹。腹主動脈瘤病理特點(diǎn)可概括為血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激和功能障礙、中膜層和外膜層炎細(xì)胞浸潤、細(xì)胞外基質(zhì)降解以及平滑肌細(xì)胞表型的改變及凋亡。動物模型和人腹主動脈瘤的研究顯示單核巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞均參與腹主動脈瘤的局部炎癥，炎癥細(xì)胞分泌各種細(xì)胞因子和趨化因子，這些分子可以誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶(如MMP-2和MMP-9)活化，引起血管細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)降解和平滑肌細(xì)胞(SMC)凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致腹主動脈瘤形成甚至破裂[1，2]。其中細(xì)胞外基質(zhì)裂解消耗、血管平滑肌細(xì)胞的嚴(yán)重喪失以及炎癥浸潤是腹主動脈瘤發(fā)生至關(guān)重要的病理過程。

2 miRNA與腹主動脈瘤

2.1 miRNA的特點(diǎn) 非編碼RNA功能大致分為以下3類：基因表達(dá)調(diào)節(jié)、RNA成熟和蛋白質(zhì)合成[3]。miRNA一般通過結(jié)合信使RNA的3′非翻譯區(qū)抑制轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)。miRNA的成熟過程如下：miRNA基因轉(zhuǎn)錄形成pri-miRNA，經(jīng)核酸內(nèi)切酶剪切形成60～70個(gè)核苷酸長度的pre-miRNA，pre-miRNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)中，經(jīng)Dicer酶切形成miRNA。miRNA參與形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體，可直接使信使RNA降解或者抑制其翻譯成蛋白質(zhì)。miRNA在轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控中有著重要作用，參與各種生物學(xué)過程和疾病的發(fā)生發(fā)展[4]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)諸多微小RNA在腹主動脈瘤病理過程中扮演者重要角色。

2.2 miRNA與細(xì)胞外基質(zhì)降解 血管壁中膜層的SMC和ECM結(jié)構(gòu)蛋白尤其是膠原蛋白和彈性蛋白對于維持主動脈的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。腹主動脈瘤的特點(diǎn)之一是ECM 的降解,但目前該過程的機(jī)制并不完全清楚。研究發(fā)現(xiàn)AngⅡ灌注 APOE-/-小鼠后，其腹主動脈中的 miR-195 水平顯著增加。在人主動脈夾層中，也檢測到 miR-195水平升高?；诖耍芯空邔iR-195處理后的小鼠主動脈SMC進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析, 揭示miR-195 靶向作用于ECM蛋白, 抑制體內(nèi)miR-195導(dǎo)致主動脈彈性蛋白表達(dá)水平升高,同時(shí)伴MMP-2和MMP-9 表達(dá)增加。在人血漿中, miR-195 表達(dá)和主動脈直徑存在反比關(guān)系。上述數(shù)據(jù)表明, miR-195 可能通過 ECM 失調(diào)參與腹主動脈瘤的發(fā)病[5]。除miR-195,研究發(fā)現(xiàn)miR-29b在ECM穩(wěn)態(tài)和腹主動脈瘤發(fā)展中起關(guān)鍵作用。有研究稱miR-29家族的miRNA對參與纖維化反應(yīng)的各種ECM蛋白基因具有靶向調(diào)控作用。miR-29b是miR-29家族中唯一的在小鼠腹主動脈瘤發(fā)展過程中表達(dá)水平顯著降低的miRNA,抗miR-29b可以通過基因轉(zhuǎn)錄增加膠原蛋白和彈性蛋白的表達(dá), 限制動脈瘤擴(kuò)張。相反, 使用慢病毒載體過表達(dá)miR-29b導(dǎo)致腹主動脈瘤快速擴(kuò)張并增加主動脈破裂概率。此外，人腹主動脈瘤組織樣本顯示miR-29b表達(dá)減少會導(dǎo)致膠原蛋白基因表達(dá)增加[6]。由此發(fā)現(xiàn)，抑制miR-29b的生成可以阻遏腹主動脈瘤進(jìn)一步擴(kuò)張，為腹主動脈瘤靶向治療提供新的視角。

2.3 miRNA與SMC凋亡 腹主動脈壁中膜層SMC是主動脈的主要細(xì)胞并維持主動脈結(jié)構(gòu)和功能。SMC表型可以從收縮 (分化)轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣?去分化)狀態(tài),反之亦然,以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。分化表型表現(xiàn)為收縮基因高度表達(dá)、低水平增殖率、遷移和 ECM 合成，而去分化表型具有相反的特征。表型切換障礙和SMC凋亡導(dǎo)致了腹主動脈瘤的發(fā)生和進(jìn)展[7]。研究表明大量的miRNA調(diào)節(jié)SMC的穩(wěn)態(tài)。miR-26a 是SMC表型的重要調(diào)節(jié)者,降低miR-26a水平顯著增加了H2O2誘導(dǎo)的SMC凋亡，減少了SMC的增殖和遷移。miR-26a主要通過靶向作用TGF-β信號級聯(lián)成員SMAD1和SMAD4的表達(dá)從而影響腹主動脈瘤發(fā)展。此外,小鼠腹主動脈瘤建模過程中miR-26a表達(dá)逐漸被下調(diào),表明miR-26a是治療腹主動脈瘤的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)[8]。miR-221/222 在SMC和內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá), 似乎提示其對主動脈細(xì)胞有著獨(dú)特的效應(yīng)。研究分離杜勒雄性大鼠主動脈SMC和內(nèi)皮細(xì)胞,評估細(xì)胞對miR-221/222 的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這些miRNA在SMC中有促增殖遷移和抗凋亡效應(yīng), 但在內(nèi)皮細(xì)胞上作用完全相反。miR-221/222直接靶向下調(diào)p27、p57和c-Kit。而此三種蛋白質(zhì)參與細(xì)胞分化、增殖、遷移和凋亡的關(guān)鍵過程，且在SMC和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)也存在差異。研究發(fā)現(xiàn)miR-221通過下調(diào)p27和c-Kit對血小板衍生生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞增殖有至關(guān)重要的作用[9],提示miR-221可能參與了動脈瘤形成。研究顯示，miR-21 在SMC中高度表達(dá),并通過作用于PTEN、PDCD4和BCL2等基因參與調(diào)節(jié)SMC生物學(xué)功能。miR-21減少顯著抑制了新生內(nèi)膜形成,表明miR-21是新生內(nèi)膜增生的重要調(diào)控者。研究證實(shí)miR-21與SMC生長和凋亡相關(guān)的兩個(gè)重要的信號分子PTEN和BCL2存在靶向調(diào)控作用[10]。在人SMC中，miR-21調(diào)節(jié)TGF-β和BMP，誘導(dǎo)SMC收縮表型的開關(guān)。同時(shí),被miR21下調(diào)的 PDCD4負(fù)反饋調(diào)節(jié)平滑肌的收縮基因。用慢病毒載體過表達(dá)miR-21可限制腹主動脈瘤的生長,這與動脈壁中SMC高增殖、PTEN低表達(dá)和凋亡相關(guān)。相反，注射LNA修飾的miR-21拮抗物，降低了PTEN下調(diào)程度，導(dǎo)致腹主動脈瘤顯著的擴(kuò)張[11]。說明miR-21也是腹主動脈瘤靶向治療的方向之一。

2.4 miRNA與血管炎癥浸潤 有研究證實(shí)在主動脈內(nèi)皮細(xì)胞及中膜層中miR-712/205上調(diào)。miR-712恰好靶作用于兩個(gè)MMPs的抑制基因，進(jìn)而參與腹主動脈瘤形成。此外，miR-712/205也影響循環(huán)中白細(xì)胞的黏附，提示miR-712/205通路可作為潛在治療腹主動脈瘤的靶點(diǎn)[12]。近期研究發(fā)現(xiàn)，miR-29c靶向調(diào)控人血管內(nèi)皮細(xì)胞中一些與ECM合成和穩(wěn)定相關(guān)的基因，同時(shí)也在腹主動脈瘤患者血清中顯著升高[13]。在腹主動脈瘤血清和標(biāo)本中，具有促進(jìn)炎癥作用的miR-155表達(dá)水平明顯升高。miR-155不僅通過下調(diào)CTLA4加強(qiáng)T細(xì)胞增殖，還通過調(diào)節(jié)TGF-β信號通路阻滯SMAD2翻譯和蛋白合成，繼而導(dǎo)致腹主動脈瘤病理過程啟動[14]。同樣，miR-181b通過負(fù)向調(diào)節(jié)TIMP3、增加巨噬細(xì)胞增殖促進(jìn)腹主動脈瘤進(jìn)展[15]。miR-223可以抑制炎癥通路，增強(qiáng)抗炎應(yīng)答反應(yīng)，但在腹主動脈瘤主動脈組織中，其表達(dá)出現(xiàn)紊亂并與一些炎癥因子和黏附因子表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，提示miR-223可以抑制腹主動脈瘤炎癥過程。ADAM10是一種跨膜蛋白水解酶，近期有研究證實(shí)miR-103a可以靶向下調(diào)ADAM10轉(zhuǎn)錄后表達(dá)，從而抑制ADAM10蛋白水解作用并減輕腹主動脈壁炎癥反應(yīng)，限制腹主動脈瘤的形成和進(jìn)展，表明miR-103a 也是治療腹主動脈瘤的潛在靶點(diǎn)之一[16]。高度保守的miR-23b-24-27b基因簇參與心肌梗死后血管新生，且可以通過調(diào)節(jié)NF-κB通路參與炎癥調(diào)節(jié)。miR-23b-24-27b基因簇在鼠腹主動脈瘤模型中下調(diào)，miR-24下調(diào)最為顯著，且人腹主動脈瘤樣本研究也提示miR-24下調(diào)程度與腹主動脈瘤大小呈負(fù)相關(guān)。另外，在小鼠模型中過表達(dá)miR-24可顯著降低Chi3l1水平，抑制腹主動脈瘤發(fā)展，減少免疫反應(yīng)和細(xì)胞因子活化。相反，抑制miR-24會增加炎癥程度和凋亡相關(guān)反應(yīng)，加速腹主動脈瘤進(jìn)程[17]。

3 lncRNA與腹主動脈瘤

lncRNA的RNA轉(zhuǎn)錄本長度大于200個(gè)核苷酸，參與諸多生物學(xué)過程, 如通過支架蛋白發(fā)出信號、形成核結(jié)構(gòu)、印跡基因組位點(diǎn)和調(diào)節(jié)酶活性。lncRNA分子功能復(fù)雜多樣，目前已知lncRNA作用包括:充當(dāng)miRNA宿主轉(zhuǎn)錄體；為蛋白復(fù)合體(核糖核蛋白和染色質(zhì)重塑復(fù)合物)充當(dāng)分子支架；調(diào)節(jié)信使RNA的穩(wěn)定性；與miRNA靶向作用的信使RNA相互競爭；作為基因表達(dá)的cis調(diào)控[4]。目前，在心血管疾病中，被研究的lncRNA極少。與正常組織相比，腹主動脈瘤中有多種lncRNA存在差異表達(dá)，說明lncRNA在腹主動脈瘤形成過程中有著重要作用。

在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，利用LNA-GapmeRs抑制lncRNA H19可顯著抑制腹主動脈瘤的擴(kuò)張。上調(diào)lncRNA H19可導(dǎo)致動脈壁中SMC凋亡。這種現(xiàn)象可以同時(shí)在人腹主動脈瘤和小豬動脈瘤模型觀測到。體外敲除H19可顯著降低人動脈SMC凋亡，過表達(dá)H19則有著相反作用。miR-126是嵌入在H19基因的第1個(gè)外顯子miRNA，但H19導(dǎo)致SMC凋亡的機(jī)制不依賴miR-126，而主要是依賴HIF1D。SMC凋亡增加與 H19 和HIF1D相互作用以及后續(xù)p53穩(wěn)定有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)在腹主動脈瘤發(fā)生發(fā)展過程中，lncRNA H19是一個(gè)新型的SMC調(diào)控者，抑制H19表達(dá)可能成為主動脈瘤新的分子治療靶點(diǎn)[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)中高水平IL-6表達(dá)與腹主動脈瘤形成相關(guān)，NOX過度活化促進(jìn)腹主動脈瘤發(fā)展。lncRNA MALAT1參與腹主動脈瘤內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙形成機(jī)制。IL-6通過ERK依賴機(jī)制募集MALAT1，繼而使人內(nèi)皮細(xì)胞NOX2活化表達(dá)增加，促進(jìn)腹主動脈瘤擴(kuò)張[19]。此外,胸腹主動脈瘤患者血清中HIF1a-AS1表達(dá)明顯升高。HIF1A-AS1的敲除降低了caspase3和caspase-8的表達(dá),增加BCL2的表達(dá),抑制SMC凋亡[20]。

越來越多的證據(jù)表明, 非編碼RNA在腹主動脈瘤發(fā)生發(fā)展過程中扮演著至關(guān)重要的角色,并且極有可能成為腹主動脈瘤靶向治療的手段之一。隨著miRNA領(lǐng)域的研究逐漸趨向成熟,一些miRNA有望作為治療腹主動脈瘤的靶向藥物。但lncRNA領(lǐng)域尚處于起步階段, 未來尚有廣闊的探索空間。