微小核糖核酸在缺血性腦卒中中作用的研究進展▲

李建嫻 張永全

(廣西中醫藥大學附屬瑞康醫院神經內科，南寧市 530011，電子郵箱：1158295335@qq.com)

【提要】 缺血性腦卒中是腦血管系統最常見的疾病之一。目前對該疾病的研究熱點主要集中于基因水平，其中微小核糖核酸(miRNA)通過與靶基因mRNA互補位點結合，參與調控基因表達及細胞內傳導通路，在缺血性腦卒中的預防、診治及預后評價中具有極大的潛力。本文就miRNA與動脈粥樣硬化的關系及其參與調控缺血性腦卒中神經炎癥反應、神經再生、血管新生、防治腦缺血再灌注損傷等方面的研究進展進行綜述。

缺血性腦卒中又稱腦梗死，是指因局部腦組織血液供應障礙，導致腦組織缺血缺氧性壞死或軟化。作為腦血管最主要的疾病之一，其具有高發病率、高致殘率及高死亡率的特點[1]，嚴重威脅人類的身心健康，給社會、家庭帶來沉重的經濟負擔。據統計，我國每年新增200萬例腦卒中患者，其中缺血性腦卒中約占80%[2-3]。雖然缺血性腦卒中的診治已較為成熟，但目前仍缺乏可靠、高療效的治療方法。有研究顯示，血漿或血清中的微小核糖核酸(microRNA，miRNA)性質比較穩定,且特定miRNA在缺血性腦卒中中存在差異表達[4-5]，其可能成為缺血性腦卒中診治與預后評價的一種潛在生物標志物。本文對miRNA在缺血性腦卒中發生發展過程中的作用進行綜述，為該病的研究與診治提供研究依據。

1 miRNA的簡介

1.1 miRNA的研究背景 miRNA是Lee等[6]在研究線蟲發育過程時首次發現的，當時將其命名為Lin-4，隨后學者們將這種小RNA改名為miRNA。據統計，目前已有2 000多種成熟miRNA被證實可編碼人類基因。有數據顯示,miRNA參與調控人體內30%～50%的蛋白質編碼基因[7]；并且在病毒防御、造血過程、器官形成及細胞增殖、凋亡等生物學進程中發揮著重要的作用[8]。

1.2 miRNA的概念及特征 miRNA是一類廣泛存在于真核細胞中的單鏈非編碼小分子RNA,其大約由19～25個核苷酸組成[9],在進化上具有高度保守的特點。miRNA通過與靶基因mRNA的3′端非編碼區互補位點結合，引起靶基因mRNA的降解或抑制其翻譯為蛋白質，從而調控靶基因的表達。miRNA廣泛參與生物體的生長發育及多種生理、病理的過程。目前的研究發現，miRNA不僅存在于生物體細胞內，而且在唾液、血液、尿液、腦脊液、胸腔積液、腹水等各種體液中均可檢測到miRNA。有研究表明，miRNA在血液中的表達非常穩定，一方面可能與miRNA可以降低核糖核酸酶活性有關；另一方面原因是miRNA不受酸堿環境、溫度變化的影響[10]。鑒于外周循環中miRNA的穩定性、保守性，其具有成為疾病診治和評估預后的生物標志物的潛力，對防治疾病有重要意義。

1.3 miRNA參與生物過程的機制研究 成熟的miRNA是由較長的初級轉錄物經過一系列核酸酶剪切加工而形成。首先是由RNA聚合酶Ⅱ將編碼miRNA的基因翻譯成長度大約為300～1 000個堿基的初始miRNA[11]；初始miRNA經RNA酶Ⅲ-Drosha和雙鏈RNA結合蛋白Pasha識別和裂解后，生成一個包含70～90個堿基的前體miRNA。前體miRNA從細胞核轉運到細胞質中，被 RNA酶Ⅲ-Dicer修飾,形成成熟的雙鏈miRNA。成熟的雙鏈miRNA很快被整合到miRNA介導的沉默復合體中[12]，通常有一條鏈被降解,另一條單鏈被保存。通過堿基互補配對的方式識別靶基因mRNA，并根據互補程度的不同指導沉默復合體降解mRNA或者阻遏mRNA的翻譯,從而參與生物體的細胞增殖、凋亡、分化以及免疫炎癥等一系列重要的病理生理過程。

2 miRNA與缺血性腦卒中

很多生物學標志物與缺血性腦卒中早期的炎癥反應、氧化應激及血栓形成等有關，但在臨床應用中具有一定的局限性[13]。因此，如何在急性缺血性腦卒中的早期尋找到更為安全、敏感的生物學標志物是當前基礎研究迫切需要解決的問題。最近研究表明,miRNA與神經再生、缺氧和缺血反應以及缺血預處理誘導的缺血耐受等有關[14]，提示它是缺血性腦卒中生物學中的關鍵介質，調控miRNA的表達或可用于診治或預防缺血性腦卒中。

2.1 miRNA參與動脈粥樣硬化的形成影響缺血性腦卒中的發生 動脈粥樣硬化是一種慢性炎癥性疾病，主要發生在管徑大于500 μm的動脈，尤其以動脈起始段及分叉處多見[15],是引起缺血性腦卒中的主要危險因素之一。動脈管壁脂質的堆積，是促成動脈粥樣硬化發生的第一步。目前研究已證實，miRNA可參與調控脂質代謝、抗氧化應激、細胞炎癥、穩定纖維帽等過程，在動脈粥樣硬化的發病機制中發揮著重要的作用[16]。Zhang等[17]的研究證明miRNA-148a、miRNA-33、miRNA-122通過參與調控脂蛋白代謝及膽固醇穩態，從而降低腦卒中發生的風險。還有研究發現，miRNA-135a能夠通過調節細胞內的Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)4信號通路，從而起到抗氧化應激和減少細胞炎癥反應的作用，進而抑制動脈粥樣硬化的進程，減少腦梗死的發生[18]。Eken等[19]發現，miRNA-210在纖維組織中合成，具有特異性，可以穩定纖維帽，防止斑塊破裂，從而降低缺血性腦卒中的發病率和死亡率。

2.2 miRNA參與缺血性腦卒中的炎癥反應 腦局部炎癥反應是缺血性腦卒中的病理學特征之一，它與細胞凋亡密切相關。目前普遍認為神經炎癥反應影響缺血病損的發展與預后。近年來大量研究表明，miRNA具有調控腦卒中后神經炎癥反應的作用。如有學者發現，下調miRNA-20b的表達水平，可以抑制核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)信號通路，降低腦缺血時白細胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-18、三磷酸腺苷和活性氧的水平,從而減輕缺血性腦卒中后的炎癥損傷[20]。Chang等[21]發現，降低miRNA-634表達水平，可以促進腦梗死細胞生長，抑制腦缺血神經炎癥反應和細胞凋亡。Liu等[22]發現，在缺血性腦卒中患者發病后24 h內，血清miRNA-124、miRNA-9水平降低，且其與腦梗死體積、C反應蛋白水平呈負相關，抑制miRNA-124、miRNA-9的表達可以促進神經炎癥和腦損傷。在腦缺血損傷中，miRNA-203通過對轉接蛋白MyD88的負反饋調節作用，抑制下游核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κβ)信號傳導通路和激活小膠質細胞，提示miRNA-203有助于抑制腦缺血炎癥反應，減輕神經元損傷，這為腦缺血后的治療提供了新的策略[23]。以上研究提示，miRNA通過參與炎癥損傷，影響缺血性腦卒中的發生發展和預后。

2.3 miRNA參與缺血性腦卒中的神經再生 在腦缺血損傷后，miRNA-210的表達明顯上調，促進缺血腦組織的神經再生及改善神經功能[24]。miRNA-219可以促進髓鞘細胞的形成，增加髓鞘含量[25]。Wu等[26]的研究顯示，上調miRNA-9-5p表達可以激活Hedgehog傳導通路，抑制NF-κB/基質金屬蛋白酶9信號傳導通路，減輕血-腦屏障的損傷和細胞凋亡，促進腦缺血后神經功能的恢復。有研究表明，用表達miRNA-705的慢病毒顆粒感染骨髓間充質干細胞，可以促進血管內皮生長因子和腦源性神經生長因子的分泌，抑制神經元細胞凋亡，促進神經元再生，從而減輕缺血性腦損傷[27]。總之，已經有大量研究表明miRNA參與了缺血性腦卒中的多個環節，對促進腦缺血后的神經再生修復重建和減輕腦損傷具有重要的作用[28-29]。

2.4 miRNA促進缺血性腦卒中的血管生成 局部腦缺血是由中心壞死區及周圍腦缺血半暗帶組成，而挽救缺血半暗帶是治療急性缺血性腦卒中的關鍵。而在短時間內促進梗死病灶區域血管再生、恢復側支循環是挽救缺血半暗帶非常重要的途徑。有研究表明，miRNA可以促進腦缺血后血管生成,從而為缺血性腦卒中提供一種新的治療思路。Qu等[30]發現，大腦中動脈閉塞的小鼠腦組織中的miRNA-126-3p和miRNA-126-5p能夠促進腦血管的生成和神經再生，并進一步改善神經行為，這可能與上述兩個miRNA直接抑制其靶點非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶 9(protein tyrosine phosphatase non-receptor type 9,PTPN9)，激活蛋白激酶和細胞外調節蛋白激酶信號通路有關。Zhao等[31]證實了miRNA-195的表達水平下調可促進腦梗死后血管再生，認為miRNA-195/血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)信號通路可能是治療腦缺血的一個新靶點。還有研究表明[32]，miRNA-26a可促進腦微血管內皮細胞(brain microvascular endothelial cells,BMECs)內皮管腔的形成和細胞增殖，通過調控磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶和絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶途徑介導腦缺血大鼠新血管的生成。在腦缺血受損后，亦可以通過抑制miRNA-376b-5p的表達水平，促進血管新生[33]。

2.5 miRNA能有效防治腦缺血再灌注損傷 腦缺血再灌注損傷是缺血性腦卒中最嚴重的并發癥之一，近年來研究發現miRNA能有效防治腦組織缺血再灌注損傷，發揮腦保護作用。如有研究發現，腦缺血再灌注損傷小鼠腦組織中miRNA-93的表達明顯下調，且其可能通過靶向白細胞介素1受體相關激酶4(interleukin 1 receptor-associated kinase 4,IRAK4)信號通路，抑制腦缺血再灌注損傷后的炎癥反應和細胞凋亡，降低小鼠小膠質細胞中炎癥因子的表達[34]。針刺療法可有效上調腦缺血再灌注大鼠大腦皮質miRNA-290和miRNA-494的表達水平，下調水通道蛋白-4表達水平[35]，有助于預防腦組織損傷。有研究發現，上調miRNA-224-3p的表達水平，可以減少糖氧剝奪誘導的細胞凋亡；且其還可以靶作用于局部黏著斑激酶家族相互作用蛋白，保護腦細胞免受腦缺血再灌注損傷[36]。Nurr1是孤核受體4家族的一員，其高表達能明顯抑制小膠質細胞中的腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)的表達，減輕腦缺血再灌注誘導的神經元炎癥反應和細胞毒性反應，而抑制miRNA-145-5p表達可促進急性腦缺血時Nurr1的表達，有助于神經功能的恢復，減少腦梗死面積，因此，通過阻斷miRNA-145-5p-Nurr1-TNF-α在急性期的軸信號傳導，可能是減輕腦缺血再灌注神經元損傷的有效治療方法[37]。有研究表明，miRNA-202-5p通過靶向真核翻譯起始因子4E促進氧糖剝奪/復氧誘導的Neuro-2a細胞的增殖，抑制其自噬，發揮再灌注腦組織神經保護作用[38]。

2.6 miRNA有可能成為缺血性腦卒中的生物學標志物 miRNA不僅廣泛分布于人體體液中，半衰期較長，且性質相對比較穩定，不易被核糖核酸酶分解，因而在體液、血清、血漿中均能檢測到miRNA的存在[39]。有研究發現，miRNA還參與神經系統的多種生物學進程，包括神經退行性變、神經再生、缺血缺氧反應以及缺血預處理誘導的缺血耐受等[11]，且在缺血性腦卒中的發生發展過程中存在特定miRNA差異表達[40]。提示其或可作為預防、診治缺血性腦卒中的一種潛在生物學標志物，并可用于預后評價。

Mirzaei等[41]發現，在缺血性腦卒中發生發展過程中有60多個特定的miRNA表達異常。動物實驗顯示，大腦中動脈栓塞型大鼠血漿miRNA-124水平在建模后6 h開始升高，且能夠維持48 h[42]。臨床研究發現，急性缺血性腦卒中患者血清miRNA-124水平與梗死面積呈正相關，即梗死面積越大，血清miRNA-124表達水平越高，認為miRNA-124極有可能成為早期診斷缺血性腦卒中的潛在生物學標志物[43]。還有研究發現，腦梗死患者外周血miRNA-153和miRNA-12b的表達水平明顯高于對照組(健康人群)，且與神經功能缺損程度評分呈正相關，認為這兩種miRNA或可用于評估患者病情及預后[44]。因此，miRNA有可能成為診治缺血性腦卒中的生物學標志物。

3 miRNA在缺血性腦卒中研究中的局限性

miRNA在不同細胞組織內的作用及其表達機制大不相同，目前仍未發現特定miRNA在疾病中的特異性。miRNA在缺血性腦卒中中存在差異表達，對腦血管生成及神經再生等方面起到重要調控作用，但在其他疾病或細胞組織中也存在異常表達，如miRNA210表達增高與24 h尿蛋白定量及尿微量白蛋白/肌酐比值有關，與早期妊娠期高血壓發生有關[45]。因此將miRNA作為診治缺血性腦卒中的生物學標志物仍缺乏特異性，還有待進一步研究探索。針對缺血性腦卒中患者，CT檢查一般在發病24～48 h內可發現低密度病灶，而MRI在發病4 h內顯影也可發現：T1加權和T2加權梗死灶信號不太明顯，而擴散加權成像可表現為高信號影，表觀彌散系數像則呈現低信號影。且有研究顯示，缺血性腦卒中患者在發病3 h內接受阿替普酶靜脈溶栓治療可以明顯降低死亡率，并且有助于恢復神經功能[46]。但目前仍未能在腦缺血發病3 h內檢測到特異性miRNA的表達。因此，尋找特異性表達的miRNA，對缺血性腦卒中的診斷和治療提供新思路有重要意義。

4 小 結

miRNA通過與靶基因mRNA互補位點結合，調控相關基因的表達和細胞內的傳導通路，參與調節動脈粥樣硬化、神經炎癥反應、神經再生、血管新生的過程，從而防治腦缺血再灌注損傷，其或可作為診治缺血性腦卒中的一種生物學標志物。但缺血性腦卒中的病因及發病機制極其復雜，深入研究miRNA對缺血性腦卒中的調控機制，才能尋找到預防、診治缺血性腦卒中的特異性miRNA，從而降低缺血性腦卒中的病死率及致殘率。