MicroRNAs與腦血管疾病研究進展

張華 李曉波

微小RNA（microRNA，miRNA）是一類高度保守的RNA，其長度約為22 bp，是基因編碼的內源性非編碼的單鏈RNA，參與轉錄后基因表達的調控。隨著miRNA質譜分析技術的快速發展，miRNA在多種疾病和細胞類型中的作用被陸續報道，其可能是包括腦血管疾病在內的多種疾病的潛在分子治療靶點。本文綜述了miRNA在腦血管疾病中的作用以及基于miRNA治療方法的相關研究進展。

1 miRNAs的生物學特性

miRNA是一個重大發現。第一個被確認的miRNA是在線蟲中發現的lin-4和let-7，其通過部分互補結合到目的mRNA的3’非編碼區，抑制蛋白質翻譯，從而調控秀麗隱桿線蟲的發育進程［1］。隨后多個研究小組在200多種生物中鑒別出了30 000多個miRNAs，發現miRNA的基因位置和核酸序列高度保守，其表達方式各不相同，部分線蟲和果蠅的miRNA在各個發育階段的全部細胞中都有表達，而高等動物的miRNA在不同組織、不同發育階段存在顯著差異，與其功能有密切關系。miRNA對靶基因的調控十分復雜，既可以通過一個miRNA來調控多個基因的表達，也可以通過幾個miRNA的組合來精細調控某個基因的表達。miRNA的主要作用是下調基因表達，在極少數情況下上調靶基因表達。miRNA與靶基因的mRNA部分互補配對，通常會抑制mRNA序列的翻譯，執行RNA干擾（RNAi）介導的基因調控［2］。自從發現miRNA以來，科學家們通過過表達和下調特定miRNA來鑒定其功能。從臨床運用的角度來看，未來基于miRNA的診療方法具有廣闊前景。

2 miRNAs與腦血管疾病的危險因素

腦血管疾病的危險因素有高血壓、糖尿病、高脂血癥等，miRNAs與上述危險因素均有關。

2.1 miRNAs與高血壓 高血壓是心腦血管疾病以及腎功能不全的主要原因之一。miR-155調控血管緊張素Ⅱ-1型受體（AT1R），通過腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）發揮降血壓作用［3］。miRNA-124 和miRNA-135a可以抑制鹽皮質受體基因NR3C2，調控細胞膜表面離子通道和水轉運蛋白的表達，通過減弱RAAS系統中的信號傳導，參與血壓的調節。其他一些miRNA 如 miR-125a/b-5p、miR-21、miR22、miR-487b等也參與血壓的調節［4］，表明miRNA在血壓的調控中發揮重要作用。

2.2 miRNAs與糖尿病 糖尿病是受多種基因和環境因素共同影響的代謝疾病。多項研究證實，miRNAs涉及糖尿病發病機制的多個方面。miR-15、miR-21、miR-145、miR-146a、miR-150、miR-192、miR-233 等多種miRNA 的失調可能誘發糖尿病［5］。miR-15a/b、miR-16、miR-195、miR-503、miR-541、miR-214、miR-9、miR-124a、miR-7、miR-376和miR-375可能參與調控胰腺B細胞的發育。miR-191、miR-342和miR-510參與胰腺B細胞的自身免疫反應，導致1型糖尿病。Osipova等［6］評估了小兒1型糖尿病病人血漿和尿液中miRNAs的表達水平，發現miR-21和miR-210的水平顯著升高，而miR-126的水平顯著降低。Yang等［7］指出，在2型糖尿病病人中，miR-455-5p、miR-454-3p、miR-144-3p 和 miR-96-5p等的表達水平升高，而miR-409-3p、miR-200a/b、miR-466a/d-3p、miR-766-3p水平下降。

2.3 miRNAs與高膽固醇血癥 高膽固醇血癥病人的療效主要取決于其對降膽固醇藥物（他汀類和貝特類）的耐受性和敏感性，盡管大多數病人對這2種藥物耐受性好、敏感性高，仍有部分病人無法達到指南推薦的治療目標。迄今為止，已經發現miR-128-1、miR-223、miR-148a和miR-185可以顯著改變血漿膽固醇水平［8］。研究顯示，miR-195可通過降低低密度脂蛋白受體基因（LDLR）的表達來抑制細胞內膽固醇積累［9］。上調miR-224、miR-132、miR-499、miR-185、miR-342，抑制 miR-27a均可抑制前蛋白轉化酶枯草桿菌蛋白酶/kexin 9型（PCSK9）的功能，使病人的膽固醇水平升高。miR-122、miR-34a和miR-30c模擬物可以降低載脂蛋白B（ApoB）的表達，使病人的膽固醇水平下降。基于miR-34a和miR-122的藥物已開始Ⅱ期臨床試驗。抑制miR-27a和miR-27b可上調低密度脂蛋白受體銜接蛋白 1（LDLRAP1），增強病人清除血漿 LDL-C 的能力［10］。由此可見，調節LDLR、APOB、PCSK9和LDL-RAP1的miRNA可能是高膽固醇血癥的潛在治療靶點。

2.4 miRNAs與高尿酸血癥 高尿酸血癥是腦血管疾病的危險因素。高尿酸刺激miR-155高表達，通過抑制內皮型一氧化氮合酶（eNOS）誘導血管內皮細胞功能障礙。miR-448可以靶向黃嘌呤氧化酶（XOD），調控尿酸的生成。miR-34a可抑制人尿酸轉運蛋白1（URAT1）的表達，減少尿酸的排泄［11］。

2.5 miRNAs與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化以脂質代謝異常為基礎，單核巨噬細胞遷移至內皮下吞噬脂質，形成泡沫細胞，泡沫細胞對動脈粥樣硬化斑塊的不穩定性和破裂起重要作用［12］。miR-124a、miR-17、miR-20a和miR-106b可以促進巨噬細胞浸潤，相反，血管平滑肌細胞表達的miR-145可以減少巨噬細胞浸潤。miR-342-5p激活巨噬細胞促進miR-155的表達增加，而下調miR-342-5p可通過蛋白激酶B（Akt）途徑，抑制一系列繼發于巨噬細胞活化的炎癥反應［13］。miR-126、miR-31和miR-17-3p通過控制血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）、細胞間黏附分子 -1（ICAM-1）和 E選擇素（E-SEL）的表達，發揮細胞間信號分子作用，調節血管炎癥反應。MiR-146a和miR-10通過調控NF-κB信號轉導通路在動脈粥樣硬化中也起著重要作用［14］。了解miRNA在動脈粥樣硬化中的作用，有可能為疾病治療提供新的靶點。

3 miRNAs與腦血管疾病

越來越多的證據表明，miRNA在大腦發育的生理過程以及腦卒中的病理過程中直接發揮作用，作為多種腦血管疾病的生物學標志物已被廣泛運用。miRNA表達異常與腦血管疾病有關。

3.1 miRNAs與缺血性腦血管病 缺血性卒中占所有卒中的70%左右。研究表明miR-223過表達可降低腦缺血導致的海馬神經元死亡，且與梗死面積呈負相關，而miR-125b的作用與之相反。miR-107的表達水平下降可增加嚙齒類動物的腦梗死面積，是miR-107具有神經保護作用的新證據［15］。MiRNA可調節腦缺血后氧化應激反應。MiR-424、miR-23a-3p和miR-99a的過表達可以減輕氧化應激，保護缺血損傷的大腦。MiR-99a的過表達對過氧化氫處理的神經細胞具有保護作用。最近研究顯示，缺血再灌注損傷時，迷走神經抑制miR-210表達，通過調節細胞氧化應激反應來保護大腦神經元免受傷害［16］。在糖氧剝奪模型（OGD實驗）中，miR-22通過靶向NF-κB 激活因子，減少 TNF-α和IL-6的表達來調節炎癥反應，發揮缺血后神經保護作用。OGD誘導成年大鼠腎上腺髓質嗜鉻細胞瘤細胞（PC12細胞）低表達miR-29c，如果上調miR-29c，則可抑制缺血性腦損傷，說明miR-29c在成年大鼠腦細胞中起神經保護作用。miRNA可調節腦缺血后細胞凋亡。miR-497和miR-15a可作為促凋亡劑，抑制B淋巴細胞瘤-2基因（Bcl-2基因）等抗凋亡基因的表達，促進缺血性腦損傷，而miR-21的上調可減少缺血后細胞凋亡［17］。由此可見，miRNA在缺血性腦卒中的病理生理過程中發揮重要作用。

3.2 miRNAs與出血性腦血管疾病 研究顯示，miR-137、miR-195、miR-29b、miR-365 和 miR-761 表達的缺失會導致血管發育紊亂，管壁擴張變薄，甚至破裂出血［18］。出血性腦卒中發生后，血液和腦脊液中的miRNA 譜發生改變，其中 miR-542-3p、miR-96、miR-152、miR-298、miR-333和miR-505表達上調，而miR-155、miR-362-3p、miR-122、miR-450a-5p、miR-125a-5p、miR-130b、miR-142-3p、miR-330、miR-685 和 miR-347表達下降［19］；miR-223可以減輕小鼠出血性腦卒中后的腦水腫，改善神經功能；Let7c可減少大鼠出血性卒中后的神經元凋亡和炎癥反應；miR-367可降低IL-1、IL-6、TNF-α等炎癥因子的表達，用miR-367類似物治療出血性卒中可減輕炎癥反應導致的腦水腫和繼發性腦損傷［20］。

4 miRNA與腦卒中的臨床診斷、治療

miRNA有助于腦卒中的早期診斷和預后判斷。腦梗死病人血漿miR-124、miR-145、let-7b等在腦梗死后6 h開始升高，48 h內持續升高，數月后恢復正常水平［21］。血漿中上調的 miR-107、miR-128b 和 miR-153 水平，與病人NIHSS評分呈正相關。而miR-21、miR-124和miR-9水平越低，卒中病人預后越差［22］。上調或下調特定miRNA的水平有可能對腦卒中的恢復有益，miRNA模擬物和拮抗劑是治療腦卒中的可能工具。miRNA模擬物模仿成熟miRNA經過化學修飾的小雙鏈RNA，增強了內源性miRNA的功能。miRNA拮抗劑是單鏈寡核苷酸，可與內源性miRNA不可逆地結合使其降解，抑制內源性miRNA的功能。已有研究顯示，大鼠大腦中動脈栓塞（MCAO）后血液中的miR-122下調，應用miR-122模擬物治療能改善卒中大鼠預后。但miRNA模擬物和拮抗劑的缺點是不易通過細胞膜，且易于被內源性RNA酶降解，而通過外泌體治療有可能解決這一問題［23］。外泌體是細胞分泌的含有多種蛋白質和RNA的直徑40～100 nm的微小囊泡，與靶細胞膜融合后通過其攜帶的蛋白質和RNA調節靶細胞的功能，是腦血管疾病基因治療的有用工具。Xin等［24］的研究顯示，含有miR-133b的間充質干細胞（MSC）外泌體治療大鼠MCAO，能夠促進血管形成和神經元突觸的生長，有利于腦功能恢復。這一結果表明，含有特定miRNA的外泌體可能為卒中的治療開辟新的途徑。

5 結論和未來展望

miRNA在腦血管疾病的發生和預后中起著重要的作用，但其確定的基因靶標和信號通路仍不十分清楚，明確它們參與疾病發生和發展的確切機制有利于開發新的基于miRNA的診療方法。miRNA作為新型候選藥物，吸引了廣大科研工作者的目光。miRNA模擬物和拮抗劑可以靶向調控特定的miRNA成為未來腦血管疾病診斷和治療的新方法［25］。作為生物學標志物，miRNA與蛋白（蛋白質及其代謝物）相比具有很多優勢，miRNA可以通過實時熒光定量基因擴增檢測系統（QPCR）輕松檢測到，由于信號的放大作用，它更加敏感，同時相對于昂貴的抗原抗體反應，miRNA的檢測更加便宜。miRNA在腦血管疾病相關的診斷、治療、預后中可能發揮巨大作用，但在動物實驗結果轉換成臨床實踐之前，仍然需要解決一系列技術難題。例如，可能存在的脫靶效應、如何確定合適的給藥方案和獲得具有最優療效和最小不良反應的最低劑量。一旦基于miRNA的治療領域的挑戰和問題得到解決，將會成為市場上蛋白質抑制劑強有力的競爭者。