microRNA調控血管平滑肌細胞參與動脈粥樣硬化的研究進展

郭霖 姜希娟, 張藝琳 楊邱月 宋治潔 楊琳

(天津中醫藥大學 1中西醫結合學院,天津 301617;2基礎醫學實驗教學中心)

近年來,心血管疾病(CVD)在全球范圍內發病率逐年上升,并成為全球首要死因。據WHO統計,每年大約有3.3億人患病,占全球死亡人數的31%〔1〕;動脈粥樣硬化(AS)是CVD的主要病理基礎,因此防治AS是降低CVD發病率和死亡率的有效手段。AS主要累及大中動脈,受累動脈中膜的血管平滑肌細胞(VSMC)通過表型轉化、增殖、遷移和分泌等多途徑參與AS的進程〔2〕,并且是防治AS的重要細胞靶點。近期,內源性非編碼單鏈微小RNA(microRNA)在AS中的作用備受關注,而VSMC是其重要靶細胞之一〔3〕。本文針對microRNA調控VSMC表型轉化、增殖、遷移、凋亡等方面的影響做系統闡述。

1 microRNA、VSMC與AS

microRNA是19～25個核苷酸構成的高度保守非編碼單鏈微小RNA,其作用是通過與靶基因mRNA的非編碼區(5′-UTR/3′-UTR)結合,阻斷mRNA翻譯或誘導其降解,阻斷翻譯過程,從而抑制靶基因表達,影響細胞增殖、遷移、凋亡和分泌等過程〔4〕。在某些情況下,microRNA也可通過影響mRNA的翻譯狀態,使其翻譯的蛋白產物發生量變,從而對疾病產生影響〔5〕。

起源中胚層的VSMC存在兩種表型,即胚胎時期的“合成型”和具有成年特征的分化表型“收縮型”,二者在增殖、收縮、合成等方面均明顯不同。與收縮型相比,合成型VSMC的增殖、遷移能力明顯增強。在某些因素刺激下,分化成熟的“收縮型”可轉化為分化程度低的“合成型”,這種表型轉化體現了VSMC具有較強的可塑性〔6〕。VSMC通過轉化表型、增殖、凋亡等參與多種疾病的發生發展。

AS常累及大中動脈的內膜,受累動脈中膜的VSMC由收縮型轉化為合成型,并從中膜遷移入內膜,參與AS的發生與發展,并貫穿動脈病變的始終〔7〕。AS早期,VSMC的表型相對穩定,增殖率較低。隨著AS的發展,血小板、單核細胞和淋巴細胞分泌的細胞因子和整合素等物質均可促進VSMC異常增殖〔8〕,表型也從收縮型向合成型轉化,下調α-平滑肌肌動蛋白(SMA),使其收縮力下降;上調骨橋蛋白(OPN),使蛋白聚糖合成增加,并大量進入內膜〔9〕。進入內膜的VSMC部分吞噬氧化修飾的低密度脂蛋白(ox-LDL),演變為斑塊主要細胞成分“泡沫細胞”,后者約50%源于VSMC〔10〕;部分VSMC及其衍生的細胞外基質形成纖維帽,覆蓋于斑塊之上,進而促進AS的進展;有研究發現,巨噬細胞受VSMC的影響,產生趨化因子、生長因子,促使其增殖并向內膜遷移;而VSMC的“異常”增殖也促進炎因子的產生,致穩定斑塊轉化為易損斑塊,最終形成惡性循環,加重AS的發展〔11〕。但也有研究發現,在AS晚期,VSMC增殖可防止纖維帽破裂,具有穩定斑塊的保護作用〔12〕。可見,VSMC在AS的作用尚待進一步闡明。近期發現多種microRNA參與了VSMC的上述變化,基于此類發現為研究VSMC在AS的作用提供了新思路。

2 microRNA調控VSMC

多種microRNA參與AS的發生與發展。韓迎春等〔13〕利用miR-223/載脂蛋白(Apo)E雙敲(miR-223/ApoEDKO)小鼠,經油紅O染色發現其主動脈斑塊面積增多,且實時熒光定量聚合酶鏈反應(qPCR)檢測發現DKO小鼠血管組織中白細胞介素(IL)-6、趨化因子(CCL2)表達顯著升高,促進AS的進展。Ye等〔14〕復制ApoE-/-小鼠AS模型,并通過尾靜脈注射抗miR-155,結果發現主動脈組織miR-155表達顯著降低,AS斑塊面積明顯減少,因此抑制miR-155可能會部分阻礙AS發展。研究發現姜黃素可上調miR-126從而抑制相關信號通路,發揮抗AS的特性〔15〕。此外,由于部分microRNA的作用復雜,對AS的發展有雙向作用。深入研究發現,VSMC是多種microRNA的重要靶細胞,microRNA通過調控VSMC的表型轉化、遷移、增殖和凋亡等“異常”改變,從而對AS產生影響。

2.1microRNA調控VSMC表型轉化 大量研究表明microRNA可以促使VSMC表型由收縮型向合成型轉變,誘導AS的發生與發展〔16〕。VSMC的收縮表型可調節血管張力、血壓和血流分布,分泌血管調節因子,以維持血管的正常功能。但受到某些因素刺激時,VSMC由收縮型向合成型轉化,誘導血管新內膜的形成;細胞增殖、遷移和合成細胞外基質(ECM)的能力增強,引起血管重構,加重AS的臨床表現〔17〕。研究發現miR-206通過影響腺苷二磷酸(ADP),減少miR-26a的釋放,從而維持VSMC的收縮表型〔18〕。miR-133抑制VSMC轉錄因子(Sp-1)表達,進而影響其下游靶基因表達,最終抑制VSMC表型轉化〔19〕。miR-143、miR-145則可通過維持VSMC收縮表型、抑制其轉化,影響AS的進程〔20,21〕。研究發現,抑制miR-182-3p表達可減少VSMC表型轉化,抑制新內膜的形成,減緩VSMC增殖、遷移的速度,減少炎癥因子的分泌,從多環節抑制AS的發展〔22〕。綜上,microRNA通過影響VSMC的表型轉化,參與AS進程。

2.2microRNA調控VSMC增殖、遷移 大量研究表明microRNA可通過促進或抑制VSMC的增殖、遷移影響AS。叉頭盒蛋白亞家族(FOX)P1是AS的保護因子且影響VSMC增殖,通過抑制miR-206表達,發現FOXP1表達增加〔23〕。miR-379可作用于胰島素樣生長因子(IGF)-1,抑制VSMC增殖、遷移,從而抑制AS的發展〔24〕。除了干預VSMC表型轉化外,miR-145與靶基因KLF5、MYOCD結合還可以抑制VSMC增殖,進而抑制AS的進展〔25〕。Zhang等〔26〕研究發現在AS患者血清中,hsa-miR-148b的水平降低,VSMC增殖和遷移能力顯著降低。此外,miR-128-3p、miR-490-3p、miR-188-3p和miR-29a-3p均可抑制VSMC增殖、遷移,進而抑制AS的進展〔27～30〕。在缺氧環境下,miR-214、miR-665促進VSMC增殖,加重AS的臨床表現〔31,32〕。Sun等〔33〕證實miR-19a與Ras同源家族成員(Rho)B基因位置結合,以Ras入手研究發現VSMC增殖、遷移能力增強,促進AS的發展。miR-221、miR-222調節磷酸酶與張力蛋白同源物(PTEN)/蛋白激酶B(Akt)信號通路,促進VSMC發生增殖、遷移,進一步影響AS〔34～36〕。此外,miR-138、miR-675和miR-147b也可促進VSMC增殖、遷移,加重AS的進展〔37～39〕。可見,多種microRNA通過不同途徑影響VSMC增殖和遷移,介入AS的進程。

2.3microRNA調控VSMC凋亡 VSMC凋亡會加速CVD的進展,誘發彈性蛋白碎裂、鈣化、糖胺多糖沉積等變性〔13〕,且近期發現microRNA可參與調控VSMC的凋亡〔40〕。研究證實miR-210通過抑制腫瘤抑制因子腺瘤性息肉病(APC)和wnt通路,調控MEF2C基因,進而抑制VSMC凋亡,增加AS晚期纖維帽的穩定性〔41〕。Chen等〔42〕發現miRNA-125b通過靶向血清反應因子(SRF),促進VSMC凋亡,加快AS的進展。另有研究證實,抑制miR-21表達可促進VSMC凋亡,從而誘發AS〔43,44〕。miR-148b基于Wnt/catenin信號通路也可促進細胞凋亡,加重AS的發展〔45〕。Lai等〔46〕證實miR-574-5p直接靶向ZDHHC14基因,抑制細胞凋亡,加重AS程度。可見,microRNA通過不同途徑影響VSMC的凋亡,且在不同階段影響VSMC的凋亡效果也不盡相同。microRNA調控VSMC機制:其中microRNA通路/靶點及作用如下:miR-206,ADP/核糖基化因子(ARF)6/溶質載體家族8成員A1反義RNA1(SLC8A1),抑制VSMC表型轉化:miR-206,ADP/ADP核糖基化因子(ARF)6/溶質載體家族8成員A1反義RNA 1(SLC8A1)〔18,23〕;miR-133,Sp-1/細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑(CDKN)1A〔19〕;miR-143,Ras/RhoA/DNMT3a(DNA甲基轉移酶3A)/ATP結合盒轉運蛋白(ABC)A1〔20,21〕;miR-145,Ras/RhoA/ABCA1〔20,21〕;miR-182-3p,細胞外信號調節激酶(ERK)/絲裂原激活蛋白(MAP)〔22〕。抑制VSMC的增殖、遷移:miR-379,IGF-1〔24〕;miR-148b,WNT/核心因子β-連環素(β-catenin)〔26,45〕;miR-128-3p,FOXO4/基質金屬蛋白酶(MMP)9〔27〕;miR-490-3p,HMGB1/PI3K-AKT〔28〕;miR-188-3p,成纖維細胞生長因子(FGF)1〔29〕;miR-29a-3p,腫瘤壞死因子及其受體(TNFRSF1A)〔30〕。促進VSMC增殖、遷移:miR-214,Nck相關蛋白(NCKAP)1〔31,32〕;miR-665,p15/p16/p21〔32〕;miR-19a,細胞周期蛋白(cyclin)d1/細胞分裂周期素(cdc25A)/MMP/inhibitor-SMA/SM22/RHOB〔33〕;miR-221,具有Kazal基序的回歸誘導富含半胱氨酸的蛋白質(RECK)/MMP2/MMP9/金屬蛋白酶抑制劑(TIMP)3〔34,35〕;miR-222,RECK/MMP2/MMP9/TIMP3〔34～36〕;miR-138,線粒體鈣單向轉運體(MCU)/串聯孔域酸性敏感K通道(TASK-1)〔37〕;miR-675,MAPK/NF-κB〔38〕;miR-147b,Wnt/catenin/YY(陰陽)1〔39〕。抑制VSMC凋亡:miR-210,肌細胞增強因子(MEF)2C/半胱天冬酶(Caspase)-3/Bcl-2相關X蛋白(Bax)/BCL2 相關的細胞死亡激動因子(Bad)〔41〕;miR-125b,血清反應因子(SRF)〔42〕;miR-21,同源性磷酸酶-張力蛋白(PTEN)/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/轉化生長因子(TGF)β1〔43,44〕;miR-574-5p,鋅指DHHC型棕櫚酰轉移酶(ZDHHC)14〔46〕。

綜上,microRNA與AS密切相關,針對其研究有望開辟診療的新領域。VSMC表型轉化、增殖、遷移和凋亡等是AS發生與發展的重要環節,并且有望成為AS診療的新靶點。部分microRNA可抑制VSMC增殖遷移,如上調miR-145、miR-148b等,或下調miR-665、miR-214等,進而抑制AS的進展;抑制VSMC的凋亡的microRNA,如miR-210、miR-21,可穩定斑塊;抑制miR-206、miR-143等microRNA可以減少VSMC的表型轉化,控制AS的進展,但其明確機制有待深入探索。