miRNA在顱腦損傷診治中作用的研究進(jìn)展

李子聰綜述 錢(qián)志遠(yuǎn)審校

當(dāng)前，顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）是導(dǎo)致青壯年死亡、殘疾的主要原因，是一個(gè)在世界范圍內(nèi)普遍存在的公共衛(wèi)生問(wèn)題，其中輕型TBI（mild TBI，mTBI）占75%～90%，并且10%～20%的mTBI會(huì)有持續(xù)的腦震蕩后綜合征（postconcussional syndrome，PCS）癥狀，更有少數(shù)病人在晚年可能發(fā)展為抑郁和神經(jīng)退行性疾病。目前，許多技術(shù)被用于評(píng)估TBI 病人的預(yù)后，包括GCS 評(píng)分、顱內(nèi)壓（intracranial pressure，ICP）、瞳孔大小和反應(yīng)性、CT及MRI等，但CT和MRI由于靈敏度有限而常常不能檢測(cè)到微損傷病變，并且通常滯后于臨床癥狀，使mTBI 的診斷異常困難。尋求高特異性的生物標(biāo)志物，以輔助mTBI 的診斷及預(yù)后評(píng)估，十分必要。近年來(lái)，研究顯示，腦組織、腦脊液和血液存在大量微小核糖核酸（microRNA，miRNA），其表達(dá)水平與TBI密切相關(guān)。本文就miRNA 在顱腦損傷診治中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miRNA與神經(jīng)系統(tǒng)

miRNA 是含19～28 個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA，可在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。研究表明，部分miRNA在中腦、額葉皮質(zhì)、小腦和海馬區(qū)特異性表達(dá)，miRNA 表達(dá)譜的變化與腦生長(zhǎng)和腦衰老相關(guān)。miRNA 在突觸的形成、神經(jīng)發(fā)生、分化和成熟中也發(fā)揮重要作用。miRNA 是大腦發(fā)育和構(gòu)建復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。miRNA 異常與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)，許多腦損傷，包括缺血性腦損傷和TBI，都會(huì)引起miRNA水平的變化，影響病理生理和神經(jīng)保護(hù)過(guò)程，從而影響病人預(yù)后。由于miRNA 在腦脊液、血清和尿液等生物體液中相對(duì)豐富，在可變pH 條件下相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)反復(fù)凍融和酶降解抗性高，以及TBI后1 h內(nèi)就可以在血清中被檢測(cè)到等這些優(yōu)點(diǎn)，使miRNA 擁有了成為T(mén)BI 標(biāo)志物的潛力。

2 TBI后miRNA的表達(dá)

2.1 TBI 后 腦 組 織miRNA 的 表 達(dá)Meissner 等應(yīng) 用微陣列分析技術(shù)檢測(cè)TBI 小鼠損傷皮質(zhì)miRNA，共分析780 條成熟miRNA 序列，其中158 個(gè)miRNA 顯著上調(diào)或下調(diào)；定量PCR 顯示，最具差異性的是miR-2137（上調(diào)25 倍），其在傷后神經(jīng)元中表達(dá)上調(diào)，與繼發(fā)性挫傷擴(kuò)張過(guò)程強(qiáng)烈相關(guān)，但具體作用機(jī)制尚不明確。

2.2 TBI后腦脊液（cerebrospinal fluid，CSF）miRNA的表達(dá) 相較于血液，CSF 的優(yōu)勢(shì)在于核苷酸序列從CSF 穿過(guò)血腦屏障（blood brain barrier，BBB）進(jìn)入血液后，miRNA就會(huì)被稀釋?zhuān)瑫?huì)降低結(jié)果的敏感性。而相較于腦組織，獲取CSF的侵襲性更小。Bhomia等檢測(cè)8 例重型TBI 病人CSF 和6 例健康者CSF 中miRNA，結(jié)果顯示重型TBI 病人CSF 中某些miRNA明顯升高，其中miR-505、miR-328、miR-486、miR-195 的升高水平是對(duì)照組的10 倍以上，但其作用機(jī)制尚不明確。該項(xiàng)研究病例數(shù)量較少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在偏差。CSF被認(rèn)為具有神經(jīng)元所有分泌的分子和代謝產(chǎn)物，其檢測(cè)結(jié)果較血液更具有可信度，但是大多數(shù)TBI病人由于顱內(nèi)壓增高等因素?zé)o法輕易取得CSF，故目前CSF 中miRNA 的研究多集中于慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

2.3 TBI后血液miRNA的表達(dá)2009年，Redell等首先應(yīng)用定量PCR 檢測(cè)TBI 病人血漿miRNA，發(fā)現(xiàn)血漿miR-107、miR-130a 等異常，這些異常表達(dá)的miRNA 與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、增殖和分化等有關(guān)。2016 年，Bhomia 等應(yīng)用低密度芯片技術(shù)檢測(cè)mTBI和重型TBI 病人血清miRNA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)分別有39 種和37 種miRNA 顯著上調(diào)，重型TBI 病人血清miR-328、miR-362-3p、miR-486 和miR-195 水平顯著高于輕、中型TBI 病人，提示這些miRNA 與TBI 病人損傷的嚴(yán)重程度相關(guān)。同年，Yang 等應(yīng)用PCR 技術(shù)檢測(cè)TBI 病人血清miRNA，發(fā)現(xiàn)TBI 病人血清miR-93、miR-191、miR-499在傷后24 h內(nèi)顯著升高，傷后2～7 d達(dá)高峰，重型TBI病人血清含量明顯高于mTBI病人，血清miRNA 水平明顯增高TBI 病人預(yù)后較差。然而，Di Pietro 等研究發(fā)現(xiàn)，mTBI 早期血清miR-425-5p、miR-502 顯著下調(diào)，是診斷mTBI 的理想指標(biāo)；miR-21 和miR-335 顯著上調(diào)是診斷重型TBI 的有效生物標(biāo)志物；此外，傷后1 h 內(nèi)和傷后4～12 h血清miR-425-5p水平與TBI病人6個(gè)月預(yù)后密切相關(guān)，傷后4～12 h 血清miR-21 水平與TBI 病人6個(gè)月預(yù)后密切相關(guān)。

3 miRNA 在TBI繼發(fā)性損傷中的作用

3.1 miRNA 參與調(diào)節(jié)TBI 后血管生成 血管生成是TBI 后神經(jīng)修復(fù)與再生的關(guān)鍵因素，而miRNA 參與神經(jīng)系統(tǒng)血管的生成。miR-126是目前公認(rèn)的血管調(diào)控分子。Ji等認(rèn)為，miR-126通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白和蛋白激酶B 信號(hào)通路促進(jìn)血管的生成。此外，miR-126 還可抑制出芽相關(guān)蛋白-1 的表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達(dá)，從而促進(jìn)血管形成，抑制繼發(fā)性腦損傷的進(jìn)程，改善TBI 的預(yù)后。然而，VEGF的作用是雙向的，其負(fù)面效果會(huì)在TBI后引起繼發(fā)性腦缺血缺氧，進(jìn)一步加大腦損傷的范圍。Zeng等對(duì)成年雄性小鼠的大腦半球進(jìn)行定位注射慢病毒載體攜帶的miR-210，使小鼠腦組織中過(guò)表達(dá)miR-210，觀察到小鼠大腦左側(cè)基底節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞明顯增生，微血管密度和下游VEGF含量升高，提示miR-210在血管生成中發(fā)揮重要作用。

3.2 miRNA 參與調(diào)節(jié)TBI 后細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)TBI的病理過(guò)程是復(fù)雜而多樣的。目前認(rèn)為，TBI后繼發(fā)性損傷與以下因素有關(guān)：炎癥反應(yīng)，免疫反應(yīng)，血管反應(yīng)和腫瘤壞死因子，細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長(zhǎng)因子的差異表達(dá)以及涉及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白的途徑。TBI 后炎癥反應(yīng)、神經(jīng)細(xì)胞水腫等會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，加劇TBI損傷。研究表明，miRNA參與TBI后炎癥反應(yīng)的調(diào)控。Harrison 等使用小鼠控制性皮質(zhì)撞擊模型，發(fā)現(xiàn)TBI 后海馬miR-21、miR-223 和miR-155的水平升高，其中miR-155的表達(dá)主要于神經(jīng)元核，通過(guò)調(diào)控IFNα和IFNβ以及IFN調(diào)節(jié)因子1和IFN誘導(dǎo)的趨化因子CXCL10 的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用。Li 等使用miRNA 芯片技術(shù)分析TBI 小鼠腦皮層組織miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)miR-23a上調(diào)激活A(yù)KT/mTOR途徑，抑制神經(jīng)元凋亡并抑制神經(jīng)炎癥，改善長(zhǎng)期的神經(jīng)功能，而下調(diào)miR-23a 則相反。miR-21在TBI后細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)中也有重要作用。Ge 等在TBI 大鼠的腦室內(nèi)輸注miR-21，發(fā)現(xiàn)大鼠腦組織水腫得到不同程度的緩解、病灶面積減少、細(xì)胞凋亡改善等，miR-21通過(guò)靶向PTEN-Akt途徑來(lái)抑制細(xì)胞凋亡，從而改善小鼠的認(rèn)知功能。

3.3 miRNA 參與調(diào)節(jié)TBI后BBB的通透性2011年，Redell 等最早在中型TBI 大鼠大腦皮層中發(fā)現(xiàn)miR-21表達(dá)上調(diào)，并且在大腦血管樣結(jié)構(gòu)中也觀察到了此現(xiàn)象。Ge 等發(fā)現(xiàn)TBI 后大鼠大腦miR-21表達(dá)上調(diào)，明顯減輕腦水腫和BBB漏出，其作用主要是通過(guò)抑制腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡并促進(jìn)血管生成素-1 和人血管生成素受體酪氨酸激酶2 的表達(dá)，從而抑制細(xì)胞凋亡和靶向促血管生成。此外，miR-21-5p與TBI 后BBB 損傷有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，miR-21-5p 可通過(guò)抑制炎癥和細(xì)胞凋亡減輕大鼠BBB 損傷。相反，miR-21-3p 通過(guò)靶向蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶2B來(lái)加重小鼠TBI后BBB損傷。

4 miRNA在TBI治療中應(yīng)用前景

TBI 繼發(fā)性損傷機(jī)制非常復(fù)雜，并不是單一信號(hào)通路的改變。在如此復(fù)雜龐大的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，如果僅單獨(dú)對(duì)某個(gè)基因?qū)嵤└深A(yù)，那對(duì)TBI的治療影響是有限的。基于TBI動(dòng)物模型的miRNA治療研究，為藥物開(kāi)發(fā)提供了新途徑。在TBI 動(dòng)物模型中，幾種miRNA 模擬物已被證明能對(duì)TBI 起到神經(jīng)保護(hù)作用，例如腦室內(nèi)注射miR-23a和miR-27a模擬物顯著減輕TBI 小鼠海馬體積和神經(jīng)元損傷；同樣，miR-21模擬物減輕腦水腫，減輕BBB損害；過(guò)表達(dá)miR-23b 減輕腦水腫，并改善認(rèn)知能力；miR-124-3p 模擬物抑制TBI 后小鼠神經(jīng)元炎癥，促進(jìn)神經(jīng)生長(zhǎng)；miR-711抑制劑抑制TBI小鼠皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元丟失，并減輕長(zhǎng)期神經(jīng)功能障礙；miR-144拮抗劑減輕腦水腫，并改善大鼠的認(rèn)知功能。

綜上所述，miRNA已被嘗試用于mTBI的診斷及預(yù)后評(píng)估，但是其過(guò)多的種類(lèi)依然是困擾廣大研究者的難題。單個(gè)或多個(gè)miRNA在TBI診斷及預(yù)后評(píng)估中的價(jià)值及血漿miRNA 與腦損傷標(biāo)志物之間的關(guān)系，需進(jìn)一步明確。TBI 早期，miRNA 表達(dá)的改變，可應(yīng)用于評(píng)估腦損傷的程度；而TBI 恢復(fù)期，通過(guò)促進(jìn)或抑制某些特定miRNA的表達(dá)，對(duì)于減輕炎癥反應(yīng)、軸突再生、髓鞘的形成、血管再生、BBB的修復(fù)具有促進(jìn)作用。