miRNA 在缺血性腦血管病中作用的研究進(jìn)展

梁紫君張雪兒黃 健張林杰安紅偉?

(1.柳州市中醫(yī)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,廣西 柳州 545001;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院, 南寧 530000)

隨著人口老齡化的加劇,缺血性腦血管病(ischemic cerebrovascular disease, ICVD)的發(fā)病率正在上升,是造成人類殘疾和死亡的重要原因之一,嚴(yán)重影響患者的生命健康。 ICVD 是指由于腦血管狹窄或閉塞等各種原因?qū)е履X組織低灌注和缺血缺氧,進(jìn)而出現(xiàn)神經(jīng)功能損害的一類疾病。 腦缺血可引起多種缺血性腦病(如缺血性腦卒中、短暫性腦缺血發(fā)作等)的發(fā)生,其中缺血性腦卒中最為常見,占所有腦血管意外的87%[1-2]。 動脈粥樣硬化(atherosclerosis, AS)是ICVD 的主要病理基礎(chǔ),而腦側(cè)支循環(huán)的建立對該疾病的恢復(fù)具有重要的作用。 miRNA 在ICVD 的發(fā)病機制中起著重要的調(diào)節(jié)作用,與動脈粥樣硬化、側(cè)支循環(huán)等密切相關(guān),是近年來生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是研究熱點之一[3]。 已有研究表明,miRNA 與ICVD 腦缺血損傷的炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、自噬、細(xì)胞凋亡等生理病理過程密切相關(guān)[2]。 本文就miRNA 在ICVD 腦血管AS 的炎癥機制及其側(cè)支循環(huán)建立中的調(diào)控作用進(jìn)行綜述,為探索ICVD 的防治提供新思路。

1 miRNA 簡介

miRNA 是一類長度約22 個核苷酸的、具有高度保守性的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA 分子,能夠通過序列配對結(jié)合到靶基因mRNA 的3’-非翻譯區(qū)(3’-UTR)上,發(fā)揮降解靶基因mRNA 或者抑制其翻譯的作用,從而參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控,廣泛存在于動植物、真菌及病毒中[4]。 miRNA 可以通過與相應(yīng)靶基因結(jié)合而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)等多種機體生理病理過程,是近年來生物學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破。 許多研究表明,miRNA 在腫瘤發(fā)生、斑塊形成、細(xì)胞生長、分化和血管生成等過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用,與動脈粥樣硬化、缺血性腦卒中、癌癥、心血管疾病等疾病的發(fā)病機制有著顯著的相關(guān)性;而且miRNA 既能在細(xì)胞或組織中特異性表達(dá),又能穩(wěn)定存在于血液中成為循環(huán)miRNA,具有作為早期疾病診斷和病情評估的新型血液生物標(biāo)志物的巨大潛力[5-8]。

2 miRNA 通過介導(dǎo)炎癥反應(yīng)參與ICVD 中的動脈粥樣硬化過程

動脈粥樣硬化(AS)是一種血管的慢性炎性疾病,其特征是由于過多的脂質(zhì)和炎性細(xì)胞累積于血管壁形成斑塊而導(dǎo)致血管腔狹窄。 AS 是ICVD 發(fā)病的重要危險因素之一,是預(yù)防和治療ICVD 的關(guān)鍵所在[9]。 許多研究發(fā)現(xiàn),miRNA 參與調(diào)節(jié)AS 的血管內(nèi)皮損傷、不穩(wěn)定斑塊的破裂及血栓形成等過程,從而導(dǎo)致腦血管狹窄誘發(fā)ICVD。 內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是AS 的的最初觸發(fā)機制[10],這一點已得到普遍 認(rèn) 可。 Liang 等[11]通 過 建 立 載 脂 蛋 白 E(ApoE)-/-基因敲除小鼠的AS 模型,發(fā)現(xiàn)miR-155可以通過靶向抑制腦和肌肉ARNT 樣蛋白1(brain and muscle ARNT-like protein-1, Bmal1)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng),促進(jìn)AS 的發(fā)展。 此外,miRNA也可以通過調(diào)節(jié)白細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來參與AS疾病的進(jìn)展。 miR-21 是巨噬細(xì)胞中表達(dá)最豐富的miRNA,巨噬細(xì)胞中miR-21 的缺失可以增加炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)的表達(dá),促進(jìn)AS 形成期間的斑塊壞死和血管炎癥[12]。 因此,miRNA 可以通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)參與AS 的形成、發(fā)生發(fā)展等過程,從而誘導(dǎo)ICVD 的發(fā)生。 已有多項研究表明,miRNA 是基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄后重要的調(diào)控因子,可以通過多種炎癥信號通路調(diào)控AS 的炎癥應(yīng)答過程,從而參與AS 的演進(jìn)。

2.1 核因子-κB(NF-κB)信號通路

NF-κB 是一種促炎轉(zhuǎn)錄因子,在無刺激條件下,與κB 抑制物(IκB)相互作用被隔離在細(xì)胞質(zhì)中;當(dāng)受到炎癥信號刺激時,IκB 激酶(IKK)復(fù)合物磷酸化IκB 導(dǎo)致其蛋白酶體降解,因而NF-κB 得以釋放進(jìn)入細(xì)胞核并與細(xì)胞黏附分子、促炎細(xì)胞因子、趨化因子等促炎基因結(jié)合,從而介導(dǎo)AS 的炎癥反應(yīng)過程。 NF-κB 途徑是引起炎癥的主要途徑,許多miRNA 可通過NF-κB 途徑參與血管炎癥和炎性疾病(如AS 和敗血癥)的調(diào)節(jié)[13]。 有研究表明,MiR-181a-5p 和miR-181a-3p 分別通過靶向TAB2 和NEMO 來阻斷NF-κB 信號通路的激活,抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)中的黏附分子表達(dá)以及單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用,協(xié)同緩解高血脂應(yīng)激引起的血管炎癥,從而延緩AS 的病理進(jìn)展[14]。 Dong 等[15]通過對缺血性腦卒中大鼠模型和體外模型進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)miRNA-22 可以通過p38 MAPK/NF-κB 途徑減輕缺血性腦卒中誘發(fā)的炎癥反應(yīng)。 另外,Wei 等[16]通過分析miRNA 在氧化性低密度脂蛋白(oxidative low-density lipoprotein, ox-LDL)誘發(fā)的HUVECs 活化中的生物學(xué)活性,發(fā)現(xiàn)MiR-345-3p 通過靶向內(nèi)皮細(xì)胞中的TRAF6 抑制TAK1/p38/NF-κB 信號通路的激活,從而減輕了由ox-LDL 引起的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。 因此,miRNA 可通過阻斷NF-κB 信號通路,參與抑制AS 的炎性反應(yīng)過程。

2.2 Toll 樣受體4(TLR4)信號通路

Toll 樣受體4 信號通路在AS 的炎癥激活和脂質(zhì)積聚過程中起著重要作用,可以激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 而導(dǎo)致各種炎癥因子的產(chǎn)生[17],而miRNA可通過TLR4 信號通路參與AS 斑塊中的脂質(zhì)積累和炎癥反應(yīng)。 有研究發(fā)現(xiàn),在ox-LDL 誘導(dǎo)THP-1巨噬細(xì)胞的體外實驗中,TLR4 的表達(dá)以時間和劑量依賴性方式顯著增加,miR-370 的表達(dá)則以相同的依賴性下降,該研究證實miR-370 可通過靶向THP-1 巨噬細(xì)胞中的TLR4 來減少ox-LDL 觸發(fā)的血管炎癥和氧化應(yīng)激[18]。 有研究者通過利用脂多糖(LPS)建立內(nèi)皮細(xì)胞炎癥損傷模型,發(fā)現(xiàn)LPS 可顯著上調(diào)miR-146a 的表達(dá),證明了miR-146a 以TLR4依賴的方式負(fù)調(diào)節(jié)LPS 誘導(dǎo)的CXCL16 表達(dá),從而抑制動脈粥樣硬化中的炎癥反應(yīng)[19]。 以上研究表明,TLR4 信號通路的激活可促進(jìn)AS 炎癥的發(fā)生發(fā)展。

2.3 Notch 信號通路

Notch 通路是由4 種Notch 受體亞型(Notch 1-4) 和5 種 Notch 配 體(Delta-like ligand 1/3/4(DLL1/3/4)、Jagged-1/2)組成的介導(dǎo)細(xì)胞間信息交流的信號系統(tǒng),在AS 的炎癥和免疫調(diào)節(jié)中起著重要的作用[20]。 Sun 等[21]研究發(fā)現(xiàn),Notch 1 作為miR-181b 的直接結(jié)合位點,在AS 模型鼠中表達(dá)上調(diào),而miR-181b 表達(dá)下調(diào);miR-181b 表達(dá)的下調(diào)是通過調(diào)節(jié)Notch 1 機制引起AS 炎癥和血管內(nèi)皮損傷的重要因素。 另一項相關(guān)研究報道,在ApoE-/-基因敲除小鼠模型中miR-181b 可通過直接靶向Notch1 調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化,從而拮抗AS 斑塊的易損性[22]。 Gao 等[23]通過建立冠狀動脈粥樣硬化小鼠模型,發(fā)現(xiàn)miR-107 可通過靶向KRT1 來抑制Notch 信號途徑的激活,拮抗血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,從而發(fā)揮預(yù)防血管AS 發(fā)生的作用。由此可見,抑制Notch 信號通路對減少AS 炎癥反應(yīng)具有一定的作用。

2.4 其他信號通路

一項研究通過熒光素酶報告基因分析證實,一氧化氮合酶3(NOS3)是miR-195 和miR-582 的直接靶標(biāo);而miR-195 和miR-582 的上調(diào)可通過靶向結(jié)合NOS3mRNA 的3’-UTR 來抑制內(nèi)皮細(xì)胞中NOS3的表達(dá),從而減少NO 的釋放,防止血小板的活化、黏附和聚集,從而抑制血栓的形成[24]。 在另一項研究中,經(jīng)ox-LDL 誘導(dǎo)的樹突狀細(xì)胞中miR-155 表達(dá)上調(diào),miR-155 可通過抑制JNK 信號負(fù)調(diào)控清道夫受體A(scavenger receptor A, SRA)的表達(dá),該研究闡明了miR155-JNK-SRA-miR-155 負(fù)反饋環(huán)是ox-LDL 調(diào)控miR-155 表達(dá)的分子機制[25]。 Tang 等[26]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)ox-LDL 處理的HUVEC 中miR-126 表達(dá)顯著降低,而給予miR-126 模擬物可明顯阻斷ox-LDL 誘導(dǎo)的HUVEC 損傷;該研究表明miR-126 通過抑制PI3K/Akt/mTOR 信號通路恢復(fù)細(xì)胞自噬功能,減輕AS 的內(nèi)皮損傷。 以上研究結(jié)果說明,miRNA 可以通過多種信號通路參與AS 炎癥調(diào)節(jié)。

3 miRN 通過調(diào)控血管新生參與ICVD 側(cè)支循環(huán)的建立

腦側(cè)支循環(huán)是指當(dāng)腦動脈發(fā)生狹窄甚至閉塞或者其他原因而導(dǎo)致正常腦供血受限時,能夠代償灌注腦缺血區(qū)的輔助血管結(jié)構(gòu)。 腦側(cè)支循環(huán)可分為三級:一級側(cè)支循環(huán)是指Willis 環(huán);二級側(cè)支循環(huán)包括眼動脈、軟腦膜動脈及其他顱內(nèi)外遠(yuǎn)端動脈之間建立的吻合支;三級側(cè)支循環(huán)為缺血區(qū)周圍形成的新生血管[27]。 腦側(cè)支循環(huán)對ICVD 疾病的發(fā)生發(fā)展、治療及預(yù)后有著重要的影響。 Marks 等[28]在研究側(cè)支循環(huán)對接受血管內(nèi)治療的急性腦梗死患者的影響中發(fā)現(xiàn),側(cè)支循環(huán)良好患者的NIHSS 評分、腦梗死體積以及溶栓后再灌注情況均顯著優(yōu)于側(cè)支循環(huán)不良患者,且腦梗死再灌注及側(cè)支循環(huán)均不良者更易發(fā)生腦梗死體積的擴大。 越來越多研究表明,miRNA 與ICVD 側(cè)支循環(huán)建立也有著密切的關(guān)系。

一級、二級側(cè)支循環(huán)是生理存在的腦動脈,當(dāng)它們無法維持腦組織的正常血供,動脈之間將會建立新生血管之間的吻合,即三級側(cè)支循環(huán)。 miRNA不僅參與ICVD 的AS 炎性調(diào)控過程,同時也在缺血后腦血管的再生中發(fā)揮著重要作用。 血管生成是一個復(fù)雜且高度調(diào)控的過程,包括內(nèi)皮細(xì)胞活化、增殖、遷移、發(fā)芽,基底膜形成以及新生血管的成熟等步驟[29],是ICVD 生理功能恢復(fù)的重要因素。 多項研究表明miRNA 具有調(diào)控血管新生的作用。 Fan等[30]通過建立大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)小鼠模型,發(fā)現(xiàn)miR-384-5p可以負(fù)調(diào)節(jié)DLL4 的表達(dá),通過Notch 信號通路促進(jìn)缺血性腦卒中小鼠內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖和血管生成,同時抑制內(nèi)皮祖細(xì)胞的凋亡。 而Zhang 等[31]研究發(fā)現(xiàn),膽固醇修飾的miR-210 可以顯著上調(diào)MCAO小鼠模型腦缺血病變區(qū)域的整合素β3、CD34(內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物) 和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表達(dá),從而促進(jìn)缺血性腦損傷區(qū)域的血管生成。 另一項研究證實,miR-26a 可以通過PI3K/AKT 和MAPK/ERK 途徑上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)的表達(dá),介導(dǎo)VEGF的轉(zhuǎn)錄活性并促進(jìn)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的管腔形成和細(xì)胞增殖,從而促進(jìn)腦梗死大鼠模型的血管生成[32]。 以上研究結(jié)果表明,miRNA 可以通過介導(dǎo)Notch 信號通路與VEGF 信號通路促進(jìn)新生血管形成,從而參與ICVD 側(cè)支循環(huán)的形成過程,改善缺血缺氧造成的腦損傷。

4 miRNA 在ICVD 中的潛在應(yīng)用價值

4.1 循環(huán)miRNA 作為ICVD 診斷、治療、預(yù)后的潛在生物標(biāo)記物

多項證據(jù)表明,血液中多種循環(huán)miRNA 的表達(dá)水平在ICVD 發(fā)生后出現(xiàn)差異性變化,有可能成為新的診斷性生物學(xué)標(biāo)記物[33-34]。 Tiedt 等[35]通過對急性腦梗死(acute ischemic stroke,AIS)患者和健康對照受試者血漿樣本中的循環(huán)miRNA 進(jìn)行綜合評估,發(fā)現(xiàn)循環(huán)系統(tǒng)中的miR-125a-5p、miR-125b-5p 和miR-143-3p 與AIS 有關(guān),具有顯著的敏感性(85.6%)、特異性(76.3%)和更高的曲線下面積(AUC)值(0.90);而常規(guī)診斷的多模式頭顱CT 掃描的敏感性及神經(jīng)元特異性烯醇化酶、白細(xì)胞介素6 的AUC 值均明顯低于這3 種miRNA。Chen 等[36]研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)外泌體miR-223 的增加與AIS 的發(fā)生、嚴(yán)重程度和短期預(yù)后相關(guān),AIS 患者發(fā)病72 h 內(nèi)外周血外泌體miR-223 的表達(dá)水平顯著高于健康對照者,且增高水平與美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表(NIHSS)評分呈正相關(guān);隨訪3個月,miR-223 高表達(dá)的AIS 患者預(yù)后較差。Huang 等[37]對頸動脈粥樣硬化( carotid atherosclerosis, CAS)患者外周血中的miRNA 和促炎因子的表達(dá)水平進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)CAS 患者miRNA-146a 和促炎因子(腫瘤壞死因子α 和白介素6)的表達(dá)水平有統(tǒng)計學(xué)差異,并且與CAS 狹窄程度及斑塊易損性呈正相關(guān)。 Wu 等[38]通過采用高通量TaqMan 低密度陣列(TLDA)篩選技術(shù)和個體定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)檢測方法進(jìn)行一項病例對照研究,發(fā)現(xiàn)短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)和缺血性腦卒中(IS) 患者的某些循環(huán)miRNAs 有著獨特的表達(dá)特征;TIA 患者血清miR-23b-3p、miR-29b-3p 和miR-181a-5p 表 達(dá) 顯 著 上調(diào),而IS 患者血清miR-21-5p、miR-23b-3p、miR-29b-3p 和miR-181a-5p 表達(dá)顯著上調(diào),其中miR-21-5p、miR-23b-3p 和miR-29b-3p 在TIA 和IS 患者血清中存在差異性表達(dá),這對ICVD 的疾病鑒別具有重要的意義。 此外,該研究團隊還發(fā)現(xiàn)這些循環(huán)miRNAs 的表達(dá)水平對TIA 后繼發(fā)卒中風(fēng)險和IS 的神經(jīng)功能缺損嚴(yán)重程度密切相關(guān)。 這些臨床研究結(jié)果表明,循環(huán)miRNA 對缺血性腦血管病的診斷和病情預(yù)測具有重要的潛在價值。

4.2 循環(huán)miRNA 作為評估ICVD 側(cè)支循環(huán)建立情況的潛在生物標(biāo)記物

循環(huán)miRNA 分子有可能作為預(yù)測ICVD 患者側(cè)支循環(huán)建立的標(biāo)記物。 Jin 等[39]通過研究促血管生成和抗血管生成的miRNA 在AIS 患者中的表達(dá)情況,結(jié)果顯示與對照組相比,AIS 患者外周血中的miRNA-126、miRNA-130a 和miRNA-378 表達(dá)均降低,而循環(huán)miRNA-185、miRNA-218 和miRNA-222均表達(dá)升高;此外,miR-101、miR-126、miR-206、miR-218、miR-222 和miR-378 與NIHSS 評分相關(guān),可用于評估AIS 的疾病嚴(yán)重程度。 范崇桂等[40]通過探討AIS 患者血清miRNA 表達(dá)水平與腦側(cè)支循環(huán)建立的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)AIS 患者的血清miR-7、miR-200b 表達(dá)水平較健康對照組有差異性降低,且在不同分級側(cè)支循環(huán)的患者中存在顯著差異,三級側(cè)支循環(huán)組血清miR-7、miR-200b 水平明顯低于一級、二級側(cè)支循環(huán)組,這提示血清miR-7、miR-200b 水平有望用于患者側(cè)支循環(huán)建立情況的預(yù)測,為臨床制定合理的治療策略提供參考作用。 彭彬等[41]通過對80 例AIS 患者的循環(huán)miRNA 水平進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),腦側(cè)支循環(huán)不良組抑制血管新生的循環(huán)miR-15b、miR-92a表達(dá)水平顯著高于良好組;而腦側(cè)支循環(huán)良好組促血管新生的循環(huán)miR-126、miR-132、miR-210 較不良組表達(dá)顯著上調(diào),表達(dá)均具有統(tǒng)計學(xué)差異性。 這提示AIS 患者體內(nèi)促血管新生的miRNAs 水平的升高有助于腦側(cè)支循環(huán)的建立,較高水平的促血管新生的miRNAs 表達(dá)可能是腦側(cè)支循環(huán)建立的必要條件。 Wu 等[42]研究發(fā)現(xiàn),AIS 患者血漿miR-99b 水平與VEGF 水平呈負(fù)相關(guān),提示miR-99b 下調(diào)可能參與腦梗死后腦組織新生血管形成過程。 綜上所述,相關(guān)循環(huán)miRNAs 的表達(dá)水平對了解ICVD 患者腦側(cè)支循環(huán)建立的情況具有重要的預(yù)測價值。 由此猜測,對某些特定的miRNAs 進(jìn)行調(diào)控,及提高促血管生成的miRNAs 表達(dá)和減少抗血管生成的miRNAs 表達(dá),可為臨床ICVD 的治療提供新思路。

5 結(jié)語

miRNA 參與ICVD 的動脈粥樣硬化炎癥和血管新生等過程,在ICVD 疾病的發(fā)生發(fā)展及側(cè)支循環(huán)建立中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。 同時由于miRNA可穩(wěn)定存在于循環(huán)血液中不易被降解,因此具有作為ICVD 診斷性生物學(xué)指標(biāo)的潛力。 目前,雖然對miRNA 與ICVD 的關(guān)系的相關(guān)研究已經(jīng)取得一定的成果,但miRNA 在ICVD 生理病理過程中的作用機制有待進(jìn)一步闡明,在臨床的應(yīng)用仍具有一定的局限性。 對miRNA 在ICVD 中的分子生物學(xué)機制進(jìn)行深入研究,積極尋找有效的生物分子標(biāo)志物和治療靶點,具有重要的臨床價值。 總之,miRNA 作為ICVD 發(fā)生發(fā)展過程中的一種新型調(diào)控因子,為其發(fā)病機制的研究提供了新的思路,并在其診療及預(yù)后判斷等各方面顯示出良好的臨床應(yīng)用前景。