微RNA在血管性認知障礙發病機制中的研究進展

吳天嬌，常 璐，李梓浩，徐 丹，尹昌浩，趙維納

(1. 牡丹江醫學院 研究生院，黑龍江 牡丹江 157011；2.牡丹江醫學院附屬紅旗醫院 神經內科，黑龍江 牡丹江 157011)

血管性癡呆(vascular dementia，VaD)在老年人群中高發，患病率僅次于阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)，占癡呆癥病因的第二位。有研究者提出了血管性認知障礙(vascular cognitive impairment，VCI)這一概念，涵蓋了各種從輕度認知障礙到完全癡呆的血管性腦損傷相關的認知障礙[1]。發生VCI時尋求針對血管的治療方法十分必要[2]。因此，了解VCI的發病機制具有重要的臨床意義。微RNA(microRNA，miRNA)參與了包括血管疾病在內的多種疾病的發生、發展。miRNA是內源性小分子RNA，成熟的miRNA沒有開放閱讀框，通過翻譯或轉錄發揮其修飾活性，從而抑制蛋白質的產生，在各種神經系統疾病中起重要作用[3-4]。有研究表明，miRNA是診斷VCI的生物標志物[5]。此外，越來越多的證據還揭示了，在動物模型中，miRNA在VCI的發病機制中發揮關鍵作用，為VCI的治療提供了新的方向[6-9]。既往關于VCI的研究大多是針對影像學、危險因素等，本文將主要從血腦屏障(blood-brain barrier，BBB) 、突觸可塑性、炎癥和神經元自噬等方面對miRNA在VCI發病機制中的最新研究進展進行綜述，旨在對VCI的早期治療提供理論依據[10]。

1 miRNA與BBB

BBB是中樞神經系統和循環系統間的屏障，對維持中樞神經系統穩態和正常神經元功能至關重要[11]。BBB具有屏障特性，位于血液與腦、脊髓的神經細胞間，主要由內皮細胞及其緊密連接(tight junctions，TJs)組成，能維持離子平衡，參與營養物質轉運，阻止有害物質進入神經組織[12-13]。BBB通透性增加時有害物質進入神經組織可能導致VCI的發生。所以，BBB在VCI的發病機制中起重要作用。其中腦血管內皮細胞之間的TJs對維持BBB功能起重要作用，構成TJs的主要蛋白包括：緊密連接蛋白-5、緊密連接蛋白-1、閉鎖小帶蛋白-1(zonule atresia protein-1，ZO-1)、連接蛋白等。下面將從這四種蛋白入手，介紹miRNA在VCI發病機制中的作用。

1.1緊密連接蛋白-5 緊密連接蛋白-5是構成TJs的主要蛋白。有研究發現，miRNA-150通過抑制緊密連接蛋白-5的表達，降低內皮細胞的存活率，從而增加BBB的通透性并導致神經功能缺損[14]。在小鼠腦微血管內皮細胞中，miRNA-15a/16-1 簇直接與緊密連接蛋白-5的3'非翻譯區結合，并且病毒介導的miRNA-15a/16-1減少氧-葡萄糖剝奪誘導的緊密連接蛋白-5的mRNA和蛋白質下調，從而導致BBB功能障礙[15]。miRNA-15a/16-1介導BBB功能障礙的分子機制可能有助于發現缺血性卒中的新療法。

1.2緊密連接蛋白-1 有研究發現，miRNA-212和miRNA-132在缺氧、創傷后小鼠和人腦微血管內皮細胞，人腦組織及血清外泌體中的表達增加[16]。緊密連接蛋白-1是潛在的miRNA-212和miRNA-132靶標。在受損的腦組織中，由于miRNA-212和miRNA-132表達增加，緊密連接蛋白-1水平下降，影響BBB的完整性，從而影響患者的神經功能和認知水平。

1.3ZO-1 有研究顯示，miRNA-501-3p可通過改變ZO-1的表達，破壞TJs，影響BBB的通透性，從而導致腦低灌注而誘發腦白質病[6]。因而，抑制miRNA-501-3p的表達可能是治療慢性腦灌注不足(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)引起認知障礙的潛在新療法，有望減緩VCI的進展。對多發性硬化癥患者的研究發現，miRNA-125a可能是ZO-1的調節劑，ZO-1表達下降影響BBB的功能，從而影響認知功能[17]。

1.4連接蛋白 miRNA-210是唯一證實的可直接調節BBB連接蛋白的miRNA，通過抑制連接蛋白的表達來影響BBB的完整性[18]。有研究表明，在大腦損傷4小時后，互補鎖核酸(locked nucleic acid，LNA)對miRNA-210的抑制作用可增加大腦中連接蛋白的含量，并增加BBB的完整性和減輕腦水腫，miRNA-210通過抑制連接蛋白的表達來影響BBB的完整性，從而導致BBB對腦缺血缺氧損傷的敏感性增加[15]。如果通過單獨或聯合檢測血液外泌體的miRNA含量從而針對性地進行干預可能成為治療VCI的新策略，并且還可用于與BBB相關的其他神經系統疾病[19]。

2 miRNA與突觸可塑性

突觸可塑性指的是神經元在生理或病理狀況中進行適應性和功能變化的能力，是學習和記憶的生物學基礎。突觸結構的喪失，如樹突分支和樹突棘，及無效的突觸傳遞都是導致突觸可塑性降低的主要原因[10]。有研究發現，miRNA可通過調節突觸可塑性影響認知功能[20-22]。研究發現，雙側頸總動脈閉塞致VaD的大鼠的海馬中miRNA-210-5p明顯升高，表明miRNA-210-5p通過調控突觸相關蛋白在海馬CA1區的表達，減少突觸數量，促進CCH，導致認知障礙[23]。miRNA-12和miRNA-124不僅與突觸可塑性和長期記憶有關，并且為短暫記憶的早期階段所必需，注射miRNA-12抑制劑可影響早期記憶功能[20]。而miRNA-124作為海馬中表達最高的miRNA之一，在神經元中具有突出的活性[21]。miRNA-124在缺血缺氧時表達減少，尤其是急性腦梗死后，腦梗死程度越嚴重、梗死面積越大、miRNA-124水平越低。miRNA-132是與突觸可塑性相關的研究最廣泛的miRNA之一，在整個海馬的興奮性細胞層中表達，可以防止CCH引起的認知障礙[22]。特別是miRNA-132在海馬CA1區中的表達下降可通過靶向電壓門控鈉通道α亞基1和2(Nav1.1和Nav1.2)加重CCH后的認知障礙。有趣的是，甲基胞苷-磷酸-鳥苷結合蛋白2(methyl-CpG binding protein 2, MeCP2)的增加可減輕miRNA-132下調導致的認知障礙，MeCP2已被證明可改善大鼠CCH后的認知功能和神經突觸可塑性[24]。

3 miRNA與炎癥

組織損傷后，炎癥反應具有雙重作用。某些炎癥因子具有治療潛力，可以通過抑制神經組織的炎癥反應來抵抗缺血性損傷，對神經起到保護作用。然而，腦血管疾病可能誘發過度的炎癥反應，包括氧化應激、炎癥細胞浸潤和毒性炎癥介質的釋放[25]。越來越多的證據支持miRNA參與調節炎癥，進而調控認知障礙相關疾病[26]。

VCI中的血管病變會導致腦組織缺血缺氧，是急性的炎癥過程，會誘導小膠質細胞活化，與VCI密切相關[7]。多項研究表明，miRNA可以調節炎癥反應，是治療VCI的潛在靶標[3，8-9，27-32]。在VCI動物模型中，miRNA-26b的表達減少了激活的小膠質細胞和靶向白細胞介素6(IL-6)的數量，從而控制炎癥、降低神經毒性、減少VCI發生，并改善學習和記憶能力[3]。另一研究指出，缺血再灌注大鼠模型組生長阻滯特異性轉錄因子5(growth arrest specific transcript 5，GAS5)、白細胞介素1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的水平上調，導致miRNA-26b-5p水平下降，導致細胞凋亡和炎癥反應，從而影響神經功能[8]。在術后認知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)模型小鼠中，miRNA-146a表達增加可抑制海馬小膠質細胞活化，減輕學習記憶障礙，表明miRNA-146a在手術誘導的海馬炎癥和認知障礙的調控中發揮重要作用，不僅改善認知功能，還可以減輕小鼠海馬tau蛋白過度磷酸化、減少β-淀粉樣蛋白(amyloidβ，Aβ)積累、減輕神經炎癥[9]。而在一項關于AD和VaD的研究中發現，miRNA-146a在VaD中表達增加，在AD中表達下降[27]。此外，miRNA-146a水平的升高還與載脂蛋白E ε4 (apolipoprotein E ε4，ApoE ε4) 等位基因有關。而消除小鼠內皮細胞miRNA-126也可表現出認知障礙，并且激活小膠質細胞，這表明抑制內皮細胞miRNA-126可促進炎癥反應并導致腦血管疾病誘導的認知功能障礙[28]。在腦小血管疾病中，隨著認知功能的下降，miRNA-126水平也將減低[29]。研究表明，孤兒核受體NR4A2參與學習和記憶，而miRNA-145-5p抑制NR4A2的功能，通過產生TNF-α導致神經元細胞死亡，并最終減輕缺血再灌注引起的炎癥，抗miRNA-145-5p抑制劑的使用改善了大鼠的行為障礙[30]。在AD中，觀察到ApoE ε4等位基因數量與miRNA-107水平呈負相關，在嚴重的癡呆癥中觀察到miRNA-107的中位水平下降幅度最大[31]。而miRNA-107通過抑制角蛋白1(keratin 1，KRT1)激活Notch信號通路，從而抑制了冠狀動脈粥樣硬化的炎癥反應和內質網應激[32]。那么，當miRNA-107表達下降時，則會激活炎癥反應。

有研究報道，在POCD的小鼠中，miRNA-181b-5p模擬物可以抑制促炎性介質的mRNA和蛋白表達，抑制劑誘導上述促炎因子的上調及小膠質細胞的升高[33]。相反的是，有研究發現，miRNA-223-3p通過促進小膠質細胞導致的炎性反應，加重腦缺血再灌注損傷，導致神經功能缺損，影響學習和記憶能力[34]。

此外，有研究發現，在大鼠腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)發生前1周，通過向側腦室注射miRNA-21-5p，可以抑制炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α的升高，并顯著恢復出血性卒中引起的病理改變，如認知障礙[35]。以上研究表明，上述幾種miRNA被抑制或表達減少可加重炎癥反應從而導致VCI是明確的，但能否成為治療VCI的靶點需要進一步研究。

4 miRNA與神經元自噬

自噬是細胞器和胞質蛋白被溶酶體降解的過程，是一種不可逆且進展迅速的過程[36]。而神經元細胞的死亡會導致運動和認知能力下降[37]。下文將列舉與VCI神經元死亡相關的miRNA。腦缺血后，腦室內給予miRNA-29c抑制劑預處理可顯著減少神經元死亡，并可在5天后修復腦損傷所致的認知障礙[38]。而另一研究表明miRNA-96在CCH大鼠體內的表達升高，抑制miRNA-96后可改善認知能力，并減少自噬，這表明預防自噬反應是減輕認知障礙的新機制，miRNA-96可能是VaD或AD的內源性靶點[39]。此外，溶酶體相關膜蛋白2(lysosome-associated membrane protein type-2, LAMP-2)是miRNA-27a的直接靶標，是自噬體與溶酶體融合的關鍵決定因素之一，LAMP-2表達下降，miRNA-27a就會降低溶酶體清除率，從而增加自噬[40]。有研究發現，在AD患者的腦脊液中觀察到低水平的miRNA-299-5p，并且在AD小鼠腦中miRNA-299-5p表達很低，腦內注射miRNA-299-5p可以抑制細胞自噬，還可以改善小鼠的認知能力[41]。此外，miRNA-132和miRNA-26b的過度表達對神經元死亡和CCH誘導的認知障礙具有保護作用[3，42]。miRNA-132是正常細胞信號傳導途徑的一部分，它將學習與記憶形成聯系，若其表達受損會影響腦血管，增加腦組織損傷，最終導致認知受損[43]。在缺血時，海馬CA1區的神經元凋亡逐漸增加，神經元數量逐漸減少。此外，在局部缺血的早期，脂褐素和溶酶體的量增加，神經元凋亡也明顯增加，提示神經元損傷逐漸加重，而海馬CA1區miRNA-26b表達可能會降低[3]。

神經元自噬與認知障礙密切相關，而不同的miRNA在其中起到的作用不同，抑制miRNA-29c、miRNA-96以及miRNA-27a可改善認知能力，miRNA-299-5p、miRNA-132和miRNA-26b的過度表達會起到神經保護作用。不同的miRNA可以為不同時期的VCI治療提供靶點，可改善神經元死亡所致的認知障礙[44]。

5 小 結

綜上，每個miRNA可通過一種或多種機制影響認知功能，在VCI的發病機制中起重要作用。但是，miRNA在VCI發病機制中的具體作用仍需進一步研究，并且進步空間較大。新候選miRNA的發現及疾病預后的后續觀察是未來的重要研究方向，可為臨床VCI的診治提供依據及幫助。