MicroRNAs與腦血管病研究最新進(jìn)展

劉湘玉　楊劍文

腦血管病是當(dāng)今世界嚴(yán)重影響人類生活質(zhì)量及威脅人類生命的疾病，它是指各種原因?qū)е碌哪X血管性疾病的總稱，包括腦卒中、腦血管性癡呆、顱內(nèi)血管畸形、顱內(nèi)異常血管網(wǎng)病等。微小RNA(microRNA, miR)是機(jī)體自身合成的一類長約20～25個(gè)核苷酸的單鏈非編碼RNA分子，它通過分解或抑制靶RNA，從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約1%的人類已知基因可能編碼miRNAs，而miRNAs可能調(diào)控人類基因組中1%～30%的基因，由于其強(qiáng)大、特異的基因調(diào)控能力，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于基因功能的基礎(chǔ)研究和人類疾病模型的研究，包括藥物靶標(biāo)的篩選、候選藥物的潛在副作用分析、基因治療的測試和功能缺失篩選等。迄今為止，沒有有效的工具來控制與腦血管病相關(guān)的病理生理過程，因此miRNAs被認(rèn)為是未來腦血管病治療的一個(gè)非常有前途的目標(biāo)。

1　microRNAs

microRNA是在1993年由Lee等[1]首次在線蟲中將其發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)命名為Lin-4。后來研究者們又陸續(xù)報(bào)道了從線蟲、果蠅、斑馬魚、人類等發(fā)現(xiàn)了類似Lin4的微小RNA分子[2],并將其命名為microRNA，繼而成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)之一。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)證明，microRNA家族廣泛的存在于生物體，在皮膚、腦、肺、腫瘤、骨髓、脾等組織器官中均有其存在的痕跡，并發(fā)現(xiàn)其參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、造血障礙、炎癥反應(yīng)等諸多疾病的發(fā)生機(jī)制、診治及預(yù)后[3-6]。microRNA有一個(gè)龐大的家族，擁有成千上萬的家庭成員。

2　microRNAs的結(jié)構(gòu)和分布

microRNAs的結(jié)構(gòu)呈莖環(huán)狀，它高表達(dá)于神經(jīng)細(xì)胞、惡性腫瘤細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、肺，在肝細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、脾、造血前體細(xì)胞等均有存在的痕跡，暗示它在上述細(xì)胞的增殖、分化、發(fā)育、代謝及死亡的過程中有著不可估量的作用，調(diào)節(jié)其水平，對相關(guān)疾病的診療及預(yù)后有很大意義

3　microRNAs的生物學(xué)特性

microRNAs廣泛存在于真核生物及病毒中，成熟的 miRNA的5′端有一磷酸基團(tuán),3′端為羥基,使其與其他類型的RNA相鑒別。其生物學(xué)特性表現(xiàn)為(1)它不編碼蛋白質(zhì)，自身不具備開放閱讀框架，廣泛存在于真核生物中；(2)它的總長度相差無幾，但其3′端可有1-2個(gè)堿基的長度變化[7]。 除此之外，它還具有高度保守性(即各種miRNA都能在其他種系中找到同源體)、時(shí)序表達(dá)差異性(即在生物的發(fā)育的各個(gè)階段有不同的miRNA表達(dá))和組織表達(dá)特異性(即在不同組織中有不同類型的miRNA表達(dá))等特征。

4　microRNA在腦血管疾病中的研究進(jìn)展

4.1microRNA與缺血性腦卒中

缺血性腦卒中是由于各種誘因引起腦血管狹窄或完全阻塞而導(dǎo)致缺血區(qū)的低氧狀態(tài)、葡萄糖饑餓、自由基蓄積，在臨床上表現(xiàn)為一過性或永久性的腦功能障礙。它是中老年人常見的腦血管病，其發(fā)病率及病死率隨人口老齡化逐年攀升，現(xiàn)患病率為110～180/10萬，年死亡率約為80～412/10萬，目前我國缺血性腦卒中患者500余萬人，其病死率約40%，致殘率高達(dá)80%，已成為我國城市和農(nóng)村人口的第一位致殘和死亡原因。因此，對缺血性腦卒中的防治勢在必行。

然而，在臨床試驗(yàn)中缺血性腦卒中的治療對于發(fā)病后對缺血區(qū)的血運(yùn)重建，對炎癥反應(yīng)、自由基蓄積、興奮性氨基酸毒性、鈣超載、細(xì)胞毒性等的控制作用顯得尤為重要。經(jīng)過大量研究表明，miR-126 、miR-17～92基因簇、miR-130a、miR-296、miR-210、miR-21、MiR-31、miR-378、miR-27b、miR-429、miR-221/222、miR-34a，miR-217、Let-7家族、miR-10a、miR-320、miR-424、miR-143/145、miR-26a等均有促進(jìn)血管新生，重建缺血區(qū)血液循環(huán)的作用[8-10]。韓濱等[11]研究發(fā)現(xiàn)，miR-24、-124、-132和-194靶向AChE可能具有調(diào)節(jié)缺血性腦卒中患者體內(nèi)炎癥的功能。Zeng等[12-13]分別檢測了不同亞型(包括大動脈粥樣硬化性腦卒中、心源性腦卒中，血管腔隙性腦卒中 )的急性缺血性腦卒中3、7、14 d的的血清miR-210水平，表明不同亞型的缺血性腦卒中患者的血清miR-210水平?jīng)]有明顯差異，而血清miR-210水平卻與患者的預(yù)后有明顯的相關(guān)性，血清miR-210水平越高，預(yù)后越好。在多年后也表明miR-210在低氧狀態(tài)下會表達(dá)上調(diào)，從而加強(qiáng)缺氧后受損血管的自我修復(fù)能力，而在急性缺血性腦卒中患者血液及腦組織中的miR-210水平均明顯下降，提示大腦缺血缺氧后受損血管的自身修復(fù)能力明顯下降。

有研究也發(fā)現(xiàn)，急性缺血性腦卒中患者外周血miR-210、miR-145、miR-21、miR-223、miR-497、miR-15a等水平均明顯升高，并與相關(guān)炎性指標(biāo)如IL-10和TNF-α/IL-10等均呈正相關(guān)，提示部分成熟 miRNA 表達(dá)增加可促使機(jī)體炎性反應(yīng)[14]。Jia等[15]對146例急性缺血性腦卒中患者和96例無腦卒中病史、心肌梗死或周圍血管疾病的對照者分別檢查了9個(gè)先前報(bào)道的腦卒中相關(guān)miRNA(miR-21，-23a、-29b，124，145，210，221，223，146-483-5p)水平，結(jié)果顯示血清miR-145水平顯著升高，而miR-23a、 -221的表達(dá)水平卻下降。血清miR-145水平與超敏C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞介素6均呈正相關(guān) ，進(jìn)一步表明miR-145促進(jìn)炎癥反應(yīng)。Li等[16]研究表明，缺血性腦卒中患者miR-145的水平與對照組相比無顯著差異，而缺血組與對照組相比miR-146a和miR-185的水平，卻明顯下降，這進(jìn)一步明確得出miR-146a水平只是在缺血的急性階段下降，而在其他階段均表現(xiàn)為升高；對于miR-185而言則不同，它在急性與非急性期均表現(xiàn)為下降。與此同時(shí)，也證明了miR-146a與miR-185是與炎癥相關(guān)的miRNAs。

在動物實(shí)驗(yàn)中同樣也有相關(guān)報(bào)道，如Liu等[17]研究發(fā)現(xiàn)miR-335通過調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)因子1α的表達(dá)來降低小鼠腦缺血模型和大鼠腦缺血模型的細(xì)胞死亡。Ouyang等[18]發(fā)現(xiàn)對小鼠側(cè)腦室注射miR-181阻斷劑能有效減少腦梗死面積，保護(hù)缺血半暗帶。基礎(chǔ)治療也已經(jīng)證明側(cè)腦室注射let7f 阻斷劑對小鼠腦缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用[19]。Caballero Garrido等證明在雄性小鼠腦缺血再灌注后靜注miR-155抑制劑能減輕腦組織損傷，提高雄性小鼠功能恢復(fù)[20]。

與此同時(shí)還有陸續(xù)報(bào)道，Yang等[21]證明 miR-107,-128b和-153水平在缺血性腦卒中患者中顯著升高。Sepramaniam等[22]則在另一項(xiàng)研究中表明在急性缺血性腦卒中1～7 d miR-125b-2*, -27a*, -422a, -488和-627水平會顯著升高。Tan等[23]收集18～49歲的缺血性腦卒中患者，發(fā)病時(shí)間2～24個(gè)月，沒有或只有最小的危險(xiǎn)因素，收集其血液發(fā)現(xiàn)miR-25*, -34b, -483-5p, -498水平均下調(diào)。

4.2microRNA與出血性腦卒中

出血性腦卒中又稱腦出血，是指非外傷性腦實(shí)質(zhì)內(nèi)出血，發(fā)病率為每年60～80/10萬，在我國約占全部腦卒中的20%～30%。雖然腦出血發(fā)病率低于腦梗死，但其致死率卻明顯高于后者，急性期病死率為30%～40%。盡管國內(nèi)針對腦出血與miRNA的研究不多，但國外最新研究表明腦出血與miRNA的表達(dá)異常相關(guān)。

在臨床試驗(yàn)中Guo等[24]研究發(fā)現(xiàn)miR-27a、-365、-50和-34c-3p水平在腦出血患者中顯著升高，加重腦出血后腦水腫的發(fā)生、發(fā)展等。Wang等[25]研究表明腦出血患者血清miR-130a水平會上升，它加重腦出血患者的神經(jīng)功能缺損、減少血腦屏障的破壞，而抑制miR-130a水平，將減少患者的腦水腫；同時(shí)證明miR-130a水平與患者血腫周圍水腫體積呈正相關(guān)，是評估患者預(yù)后的一種生物標(biāo)記物。Zhu等[26]表明miR-126、-46a、-let-7a和-26a水平與對照組相比，腦出血患者顯著降低，表明miR-126、-46a、-let-7a和-26a水平對腦出血患者起神經(jīng)保護(hù)作用。

在動物模型中Yuan等[27]在大鼠側(cè)腦室注射miR-367，模擬體內(nèi)miR-367水平顯著升高，會出現(xiàn)對NF-κB、IL-6、TNF-α等炎癥因子的明顯抑制現(xiàn)象，并與此同時(shí)改善腦功能及神經(jīng)系統(tǒng)癥狀；同樣的，Kim等[28]也驗(yàn)證了miR-let7c具有與上述Yuan等實(shí)驗(yàn)相同的神經(jīng)保護(hù)作用。2015年Yang 等證明過表達(dá)miR-223會減輕腦水腫，同樣也抑制腦出血患者的炎癥反應(yīng)。Müller，Stylli等[29-31]研究證明miR-30a 、miR-143、miR-451等均可能是蛛網(wǎng)膜下腔出血的有意義的標(biāo)志物。Xu等[32]在小鼠腦出血模型中利用糖皮質(zhì)激素通過靶向miR-155 /SoCS-1通路抑制炎癥反應(yīng)。

4.3microRNA與腦底異常血管網(wǎng)病

腦底異常血管網(wǎng)又稱煙霧病，是頸內(nèi)動脈虹吸部及大腦前動脈、大腦中動脈起始部嚴(yán)重狹窄或閉塞，軟腦膜動脈、穿通動脈等小血管代償增生形成腦底異常血管網(wǎng)為特征的一種腦血管疾病。而microRNA與腦底異常血管網(wǎng)病又有著怎樣的交集呢？Zhao等[33]通過對49例煙霧病患者和110例不同類型的腦血管病(煙霧病除外)患者進(jìn)行PCR檢測let-7家族水平，證明煙霧病患者血清Let-7c表達(dá)明顯增加，并驗(yàn)證其作用靶點(diǎn)可能為3'UTR of RNF213。因此，let-7c可能為煙霧病診斷的潛在生物標(biāo)志物。根據(jù)基因芯片分析兩混合血清標(biāo)本MMD患者和對照組發(fā)現(xiàn)了94個(gè)差異表達(dá)的血清miRNAs，其中50個(gè)上調(diào)和44個(gè)下調(diào)的miRNAs。在1個(gè)獨(dú)立的MMD隊(duì)列實(shí)時(shí)PCR證實(shí)血清miR-106b、miR-130a、miR-126、miR-140-3p、miR-320d、miR-29c、miR-let-7i等50個(gè)miRNAs增加超過對照組2倍，血清miR-125a-3p、-3648、-125-3p、-4299、-3198、-1224-5p、-3156、-1469、-1182、-557、-3149等44個(gè)miRNAs顯著下調(diào)(與對照組比較，小于2倍)[34]。microRNA與腦底異常血管網(wǎng)病國內(nèi)外的報(bào)道相對較少，有待進(jìn)一步深入。

5　microRNA治療應(yīng)用的策略

目前microRNA在腦血管疾病尤其是在腦卒中這一領(lǐng)域研究已經(jīng)很深入，并且將其作為腦血管疾病的靶位點(diǎn)已經(jīng)成為熱點(diǎn)，現(xiàn)針對其的治療策略無非兩種方向：其一，通過抗miRNA技術(shù)降低其高表達(dá)例如miR-181a、miR-200c等，在缺血性腦卒中后表達(dá)異常升高，加重缺血后神經(jīng)損傷、腦梗死面積、炎癥反應(yīng)等，利用抗miRNA技術(shù)(包括反義核苷酸抑制劑法和miRNA誘餌打靶法)抑制miRNA，從而減少卒中損傷；其二，通過miRNA模擬技術(shù)增高其表達(dá)：一些microRNA對神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)為明顯的保護(hù)作用，將其過表達(dá)可以達(dá)到相關(guān)的治療作用。當(dāng)然，以上的治療現(xiàn)在還僅限于相關(guān)動物的研究，還未真正應(yīng)用于臨床，相信隨著科技的發(fā)展，對microRNA研究的進(jìn)一步深入，未來有希望將microRNA應(yīng)用于臨床，為腦血管病患者減少許多痛苦。

6　展　望

隨著科學(xué)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，近年來對microRNA的研究已經(jīng)取得重大突破，microRNA的成員不斷被發(fā)現(xiàn)，microRNA家族不斷在壯大，其生物學(xué)功能也進(jìn)一步被闡明，但是microRNA的研究還有許多值得探討的地方，如microRNA的靶基因的尋找、microRNAs之間的相關(guān)性、microRNA與疾病發(fā)生、發(fā)展之間的作用機(jī)制等仍是microRNA研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與難點(diǎn)。但是相信隨著對microRNA的不斷深入，總有一天microRNA會運(yùn)用于基因治療、基因沉默及基因表達(dá)的調(diào)控上，為腦血管病的患者帶來福音。

[1]Lee RC,Feinbaum RL,Ambros V.The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14[J].Cell,1993,75(5):843-854.

[2]Bartel DP.MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function[J].Cell,2004,116(2):281-297.

[3]Moon JM,Xu L,Giffard RG.Inhibition of microRNA-181 reduces forebrain ischemia-induced neuronal loss[J].J Cereb Blood Flow Metab,2013,33(12):1976-1982.

[4]Chu B,Wu T,Miao L,et al.MiR-181a regulates lipid metabolism via IDH1[J].Sci Rep,2015,5:8801.

[5]延佳佳,朱曉明.miR-181a 的研究進(jìn)展[J].Chin J Clinicians,2013,12:5449-5451.

[6]Xu LJ,Ouyang YB,Xiong X,et al.Post-stroke treatment with miR-181 antagomir reduces injury and improves long-term behavioral recovery in mice after focal cerebral ischemia[J].Exp Neurol,2015,264:1-7.

[7]王麗娟,凌英會,張曉東,等.microRNA調(diào)控動物發(fā)育的研究進(jìn)展[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2012,33(6):103-106.

[8]曹小雨,楊秀芬.微RNAs與腦缺血/再灌注損傷的關(guān)系及對其機(jī)制影響的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述,2016,22(16):3128-3133.

[9]楊子巖,晏賢春,趙星成,等.微小RNAs與新生血管形成[J].心臟雜志,2015,27(1):102-105,109.

[10] 張婷婷,謝謙,邵家驤,等.[10]MicroRNAs與腦卒中的研究進(jìn)展[J].分子診斷與治療雜志,2012,4(1):1-10.

[11] 韓濱,馬曉峰,張超.急性腦卒中患者外周血單個(gè)核細(xì)胞來源的AChE相關(guān)的microRNAs的表達(dá)變化[J].天津醫(yī)藥,2016,44(10):1251-1254.

[12] Zeng L,Liu J,Wang Y,et al.MicroRNA-210 as a novel blood biomarker in acute cerebral ischemia[J].Front Biosci (Elite Ed),2011,3(4):1265-1272.

[13] Zeng L,Liu J,Wang Y,et al.Cocktail blood biomarkers: prediction of clinical outcomes in patients with acute ischemic stroke[J].Eur Neurol,2013,69(2):68-75.

[14] 曹琳,姚平波,張平,等.急性腦梗死患者外周血microRNA表達(dá)及其與炎癥細(xì)胞因子的相關(guān)性[J].中國動脈硬化雜志,2015,23(3):277-280.

[15] Jia L,Hao F,Wang W,et al.Circulating miR-145 is associated with plasma high-sensitivity C-reactive protein in acute ischemic stroke patients[J].Cell Biochem Funct,2015,33(5):314-319.

[16] Li SH,Su SY,Liu JL.Differential regulation of microRNAs in patients with ischemic stroke[J].Curr Neurovasc Res,2015,12(3):214-221.

[17] Liu FJ,Kaur P,Karolina DS,et al.MiR-335 regulates Hif-1α to reduce cell death in both mouse cell line and rat ischemic models[J].PLoS One,2015,10(6):e0128432.

[18] Ouyang YB,Lu Y,Yue S,et al.miR-181 regulates GRP78 and influences outcome from cerebral ischemia in vitro and in vivo[J].Neurobiol Dis,2012,45(1):555-563.

[19] Selvamani A,Sathyan P,Miranda RC.An antagomir to MicroRNA let7f promotes neuroprotection in an ischemic stroke model[J].PLoS One,2012,7(2):e32662.

[20] Caballero-Garrido E,Pena-Philippides JC,Lordkipanidze T,et al.In vivo inhibition of miR-155 promotes recovery after experimental mouse stroke[J].J Neurosci,2015,35(36):12446-12464.

[21] Yang ZB,Li TB,Zhang Z,et al.The diagnostic value of circulating brain-specific MicroRNAs for ischemic stroke[J].Intern Med,2016,55(10):1279-1286.

[22] Sepramaniam S,Tan JR,Tan KS,et al.Circulating microRNAs as biomarkers of acute stroke[J].Int J Mol Sci,2014,15(1):1418-1432.

[23] Tan JR,Tan KS,Koo YX,et al.Blood microRNAs in low or no risk ischemic stroke patients[J].Int J Mol Sci,2013,14(1):2072-2084.

[24] Guo D,Liu J,Wang W,et al.Alteration in abundance and compartmentalization of inflammation-related miRNAs in plasma after intracerebral hemorrhage[J].Stroke,2013,44(6):1739-1742.

[25] Wang MD,Wang Y,Xia YP,et al.High serum MiR-130a levels are associated with severe perihematomal edema and predict adverse outcome in acute ICH[J].Mol Neurobiol,2016,53(2):1310-1321.

[26] Zhu Y,Wang JL,He ZY,et al.Association of altered serum micrornas with perihematomal edema after acute intracerebral hemorrhage[Z],2015:e0133783.

[27] Yuan B,Shen H,Lin L,et al.MicroRNA367 negatively regulates the inflammatory response of microglia by targeting IRAK4 in intracerebral hemorrhage[Z],2015:206.

[28] Kim JM,Lee ST,Chu K,et al.Inhibition of let7c microRNA is neuroprotective in a rat intracerebral hemorrhage model[Z],2014:0097946.

[29] Yang Z,Zhong L,Xian R,et al.MicroRNA-223 regulates inflammation and brain injury via feedback to NLRP3 inflammasome after intracerebral hemorrhage[J].Mol Immunol,2015,65(2):267-276.

[30] Muller AH,Povlsen GK,Bang-Berthelsen CH,et al.Regulation of microRNAs miR-30a and miR-143 in cerebral vasculature after experimental subarachnoid hemorrhage in rats[J].BMC Genomics,2015,16(1):1-8.

[31] Stylli SS,Adamides AA,Koldej RM,et al.miRNA expression profiling of cerebrospinal fluid in patients with aneurysmal subarachnoid hemorrhage[J].J Neurosurg,2017,126(4):1131-1139.

[32] Xu HF,Fang XY,Zhu SH,et al.Glucocorticoid treatment inhibits intracerebral hemorrhage?induced inflammation by targeting the microRNA 155/SOCS 1 signaling pathway[J].Mol Med Rep,2016,14(4):3798-3804.

[33] Zhao S,Gong Z,Zhang J,et al.J stroke cerebrovasc Dis[J].doi:10.1016/j.jstrokecerebrovasdis,2015,24(8):1709-1714.

[34] Dai D,Lu Q,Huang Q,et al.Serum miRNA signature in Moyamoya disease[J].PLoS One,2014,9(8):e102382.