miRNA-9參與腦卒中調控的研究進展

王 瑩 李勝男 胡幸娟 黃少婷 吳釗淳 何嘉文 李 友

miRNA是一類長度約為18～24個核苷酸的低分子非編碼RNA，能夠通過特異性結合mRNA的3′-非翻譯區來調節基因的轉錄及表達以完成神經元的增殖和分化功能，是腦卒中發生的病因和病理進程中的關鍵因子。據研究統計，缺血性腦卒中發生中有超過20%的miRNA發生了變化[1]。其中miRNA-9在大腦中高度富集，它不僅參與了神經系統的發育過程，還參與調控細胞增殖、分化、凋亡、炎癥等多種生物學過程。

腦卒中是腦血管在各種因素的作用下，突然破裂出血或者栓塞、梗死、缺血，而造成的一系列臨床癥狀。主要包括出血性腦卒中和缺血性腦卒中兩種類型[2]。據不完全統計，我國腦卒中患者中約有30%的患者死亡，剩余70%的患者存在不同程度的殘疾[3]。研究表明，miRNA-9與腦卒中發生、發展過程密切關聯。在大鼠的腦缺血再灌注(cerebral ischemia/reperfusion, I/R)模型中，腦梗死部位缺血組織中的miRNA-9水平表達顯著降低[4,5]。在體外神經細胞的氧-葡萄糖剝奪/復氧(oxygen-glucose deprivation/reperfusion，OGD/R)模型中，miRNA-9的表達也呈明顯降低趨勢；將miRNA-9的模擬物轉染入細胞可有效逆轉OGD/R模型中細胞活力的抑制作用，表明其對OGD/R誘導的神經細胞功能性損傷具有保護作用[6]。以上研究證實，miRNA-9 參與腦卒中的調控過程并且可減輕缺血缺氧誘導下神經元細胞的損傷。既往研究發現，miRNA-9參與調控神經系統的分子機制異常復雜，包括內質網應激、細胞凋亡、炎癥發生、神經修復及血管重塑等，這些生物學過程均與腦卒中的發生、發展及治療修復存在密切聯系。

一、miRNA-9參與內質網應激過程

內質網(endoplasmic reticulum，ER)是機體重要的蛋白質合成和加工場所，當細胞發生缺血缺氧等病理過程時，內質網可能會發生應激反應從而影響相關蛋白質的正常合成。ER應激是缺血引起的重要因素，特定的ER應激抑制劑已被證明可減輕大鼠缺血/再灌注引起的海馬神經元損傷[6,7]。因此研究ER應激的機制可能對缺血性腦卒中的治療提供新的視角。Chi等[6]研究發現，在I/R模型中，內質網應激相關蛋白(ERMP1、GRP78、p-PERK、p-eIF2α和 CHOP)的表達均明顯上調，而在細胞中過表達miRNA-9可明顯下調內質網應激相關蛋白的表達。內質網金屬蛋白酶1(endoplasmic reticulum metalloproteinase-1,ERMP1)是一種鋅結合蛋白酶，其定位于9p24 號染色體，是內質網應激的重要介質。Chi等[6]研究發現，miRNA-9 通過直接靶向ERMP1負調節 ERMP1的表達從而降低OGD處理后的細胞中的ER應激反應。相反地，過表達ERMP1可逆轉miRNA-9誘導的ER應激的保護作用[8]。miRNA-9對缺血性損傷的保護作用可能與靶向ERMP1介導的ER應激有關，并且通過靶向ERMP1，使ER應激失活來保護缺血性腦損傷。

二、miRNA-9參與凋亡過程

凋亡引起的腦神經元細胞功能喪失是缺血性腦卒中最突出的病理變化。細胞凋亡是細胞程序性死亡，它在缺血性腦卒中等病理條件下被激活[9]。神經元在壞死核周圍的局部缺血半暗帶中血流相對充足，因此仍能保持基本的活性代謝和功能[10]。既往研究發現，缺血性半暗帶中的神經元細胞在缺血性腦卒中后有概率恢復，然而由于時間窗的限制，患者容易錯過最佳治療時間，因此抑制神經元細胞凋亡成為治療腦卒中及改善腦卒中預后的一種新的方向[11]。有研究發現，miRNA-9在嚙齒動物的神經源性區域中高表達[12]。

Bcl2l11是一種與凋亡相關的因子，參與調控神經細胞的凋亡過程[13]，拮抗抗凋亡蛋白的表達，激活促凋亡蛋白Bax從而發揮作用[14]。lncRNA TUG1與許多神經系統疾病的發病機制有關，參與調控神經元細胞的增殖、凋亡和侵襲等過程[15,16]。Wei等[5]研究發現，Bcl2l11在缺血腦組織MCAO模型和OGD模型中均表達增加。miRNA-9可以靶向調控Bcl2l11，抑制miRNA-9的表達導致缺血性腦組織Bcl2l11的表達增加，進而促進神經元細胞凋亡。Chen等[11]揭示了在缺血腦組織MCAO模型和OGD模型中lncRNA TUG1表達增加；miRNA-9表達降低。過表達lncRNA TUG1可抑制miRNA-9的表達從而增加Bcl2l11的表達，最終促進神經元細胞的凋亡。敲除lncRNA TUG1可增加miRNA-9表達進而抑制Bcl211的表達最終減弱細胞凋亡。

三、miRNA-9參與調控炎癥過程

炎癥是腦血管疾病尤其是缺血性腦卒中的發生、發展過程中繼發性損傷機制的重要因素[17]。研究表明，缺血后神經炎癥是缺血性腦卒中及其長期預后的重要決定因素[18]。在缺血性腦損傷中，受損組織、壞死細胞、碎片和ROS共同引發了炎性反應。這些觸發因素導致小膠質細胞激活和大量炎性細胞因子的釋放。小膠質細胞是中樞神經系統中的固有先天免疫巨噬細胞，它們在腦損傷后高度激活[19]。炎性細胞因子釋放引發了缺血后炎癥并加重原發性腦損傷。

NF-κB1是一種異聚轉錄因子，參與促炎性細胞因子的激活，調控促炎性細胞因子(如TNF-α、IL-1β和iNOS)的產生從而引起炎性反應和神經元死亡[20]。Nampoothiri等[21]研究指出，在體外細胞實驗構建的OGD模型中，通過定量測定促炎性細胞因子如NF-κB1、TNF-α、IL-1β和iNOS的mRNA 表達，發現這些促炎性細胞因子的表達均升高，分別轉染miRNA-9模擬物和葡萄糖胺進入細胞后這些促炎性細胞因子的表達均降低。有研究也發現，過表達miRNA-9可通過抑制NF-κB1與降低 TNF-α和IL-1β的表達而減少了局部/全身的炎性反應[20～22]。促炎性細胞因子水平的降低反映出上調miRNA-9可能減輕了 OGD/R 后神經元死亡的急性炎性反應。

四、miRNA-9參與神經元存活與再生

一些在腦組織中高表達的miRNA可以調節神經元增殖和分化的生物學過程[23]。調節這些miRNA的活性可能對缺血性腦卒中有重要的治療意義。近年來研究的重心已經轉為了神經元細胞的恢復，這種策略有助于改善缺血性腦卒中后的神經功能恢復[24]。ATP是存在于所有代謝活躍細胞中的細胞活力的標志物，可以誘導神經元細胞的增殖和分化。Nampoothiri等[21]研究發現，轉染miRNA-9模擬物后的神經元細胞內ATP水平明顯增加，并且miRNA-9上調直接增加了暴露于OGD/R的細胞中的ATP水平，這些結果進一步印證了miRNA-9可以提高神經元細胞的增殖和分化功能。研究發現，miRNA-9和組蛋白脫乙酰基酶4(HDAC4)在缺血性腦卒中后的神經損傷中有較強的相關性[25]。

組蛋白脫乙酰基酶4(HDAC4)是Ⅱa類特異性HDAC，其在缺血性腦卒中發生過程中可穿梭于細胞核和細胞質之間，在缺血應激條件下，HDAC4從細胞質轉移到細胞核從而介導神經元死亡[26]。Nampoothiri等[21]預測miRNA-9和HDAC4是缺血性腦卒中后導致的神經損傷的重要調節劑，之后進一步證明miRNA-9可負調節HDAC4的表達，反之降低HDAC4的表達并減輕體外缺血性損傷。葡萄糖胺可結合HDAC4降低HDAC4水平并提高OGD后細胞中miRNA-9的表達。因此葡萄糖胺可作為miRNA-9上調的合適低分子替代物。通過研究葡萄糖胺替代miRNA-9療法，證實了miRNA-9模擬物和葡萄糖胺能緩解神經元凋亡和壞死，促進 OGD后神經元存活和細胞增殖，并且對OGD后神經突生長有很明顯的促生長作用[21]。Litke等[27]研究發現，神經突觸長度的增加可能與HDAC4的失活和miRNA-9的上調有關，聚集的核HDAC4可使神經元樹突的長度急劇減少。因此，通過調節低分子miRNA-9的表達可控制缺血性腦卒中神經元的存活與再生修復。

五、miRNA-9參與血管生成/血管重塑

研究表明，miRNA-9參與調節血管生成過程。血管生成是缺血性腦卒中組織自我修復的重要有益事件。大量新生血管可為缺血組織提供充足的氧氣與營養供給，可有效改善缺血性腦卒中患者的神經功能恢復效果。調節血管生成過程的miRNA 已被用作治療缺血性腦卒中的潛在策略。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在缺血性腦卒中中具有重要治療潛力[28]。Bcl-2 是一種抗凋亡蛋白，過表達Bcl-2會抑制由缺血性腦卒中引起的神經元細胞死亡[29]。Nampoothiri等[21]研究發現，VEGF和Bcl-2共同表達可抑制缺血性腦細胞凋亡，在腦細胞缺血模型中，抑制miRNA-9降低了VEGF和Bcl-2的表達，相應地，過表達miRNA-9促進了VEGF表達，因此miRNA-9可能通過調控VEGF進而增加血管生成。由此可見，miRNA-9在神經發育的不同階段發揮了不同的作用。

綜上所述，miRNA-9參與調控了缺血性腦卒中的內質網應激、凋亡、炎癥、神經再生及血管重塑等過程，是缺血性腦卒中研究進展中的重要分子，它揭示了缺血性腦卒中潛在的發病機制，并為缺血性腦卒中的治療提供了更多的研究方向和思路。但目前的研究局限于動物和體外細胞實驗，未來需要進一步探究人體組織中miRNA-9的作用機制。