miRNA對低氧/缺血損傷腦神經的保護作用研究進展*

曹曉宇，武柯含，楊海霞，邊 帥，趙藝杰，孫 穎，阿勇嘎，張淵博，謝 偉,2，邵 國，2, 鮑牧蘭，2，巴德仁貴,2

(1.包頭醫學院內蒙古自治區低氧轉化醫學重點實驗室,內蒙古包頭 014040;2.包頭醫學院醫學技術與麻醉學院神經科學研究所)

低氧/缺血會對神經系統產生損傷，但抑制氧自由基和炎性因子的產生可減輕低氧/缺血狀態對腦神經的損傷作用, 這也是目前臨床治療相關疾病的一個重要策略。低氧/缺血預適應(hypoxia/ischemia preconditioning,H/IPC)指機體接受短暫的低氧/缺血刺激可使組織、器官甚至生物體對隨后的嚴重低氧/缺血壓力具有適應性的現象。作為機體的一種內源性保護機制，低氧/缺血預適應可以通過抑制氧自由基和炎性因子來保護神經細胞。目前研究表明，低氧/缺血預適應刺激miRNA的表達變化可能是其發揮保護作用的重要機制之一。

1 miRNA的概述、作用機制及相關功能

1.1miRNA概述 miRNA是一類非編碼的小RNA分子，約18～24個核苷酸大小，最早在線蟲中發現，后證實在動植物及微生物、病毒中均有存在。研究表明，miRNA在細胞分化、增殖和凋亡等許多生物學過程中起重要作用。一般可利用實時熒光定量PCR或者基于分子雜交的方法進行檢測。

miRNA是由核內編碼miRNA的基因轉錄出初級轉錄本pri-microRNA，pri-microRNA可在一定區域被含有特定核糖核酸酶的Dorsha和相關蛋白催化形成含有60～70個核苷酸的莖-環pri-microRNA，即pre-miRNA。pre-miRNA在細胞質的特定區域內被Dicer酶及其他蛋白質催化形成成熟的microRNA，發揮其生物學功能[1]。

1.2miRNA的機制及相關功能 隨著研究的逐漸深入，發現miRNA的作用機制復雜多樣，由最初經典的microRNA基因沉默機制3’UTR區結合作用轉向了5’UTR區、啟動子區和編碼區[2]。由此產生了“seed序列”及“種子規律”等理論方法[3]。

miRNA能對靶mRNA起到剪切、降解、抑制翻譯等作用，故miRNA在調控基因表達方面的研究不斷被深化。突出表現在其與癌癥的發生發展密切相關，可通過檢測相關miRNA來輔助診斷及治療癌癥。研究表明miR-21可作為重要生物標志物運用于乳腺癌的診斷、治療及預后[4]判斷。在惡性肝腫瘤中，miRNA的表達也存在明顯差異,對惡性肝腫瘤的轉移、預后等都能起到調控作用。有研究揭示，miR-203和miR-124是肝癌診斷的新型生物標記物，miR-21、miR-122和miR-223可同時觀察肝炎和惡性肝腫瘤的產生[5]。在血清學檢測中，肺癌患者的miR-486、miR-30d、miR-1、miR-499也較正常人有明顯差異，可運用于非小細胞肺癌的診斷治療[6]。此外，血清中的miRNA與糖尿病前期及Ⅱ型糖尿病的診斷密切相關，過表達miR-133及miR-1可抑制心肌肥大[7]。

2 miRNA與低氧/缺血損傷

2.1缺血/低氧預適應 現如今，國內外對缺血、低氧和低氧預適應都有較為全面的研究。缺血/低氧預處理可對某些疾病起到保護作用，miRNA在過程中發揮重要作用。1986年Murry將給予非致死性、短暫、輕度缺血或再灌注操作能使機體產生強大的抗損傷能力，再遇到致死性缺血時可有耐受力來保護器官的現象稱為缺血預適應(Ischemia Preconditioning，IPC)[8]。2003年科學家又提出缺血后適應通過實驗證實與IPC有同樣效果[9]。低氧預適應(Hypoxia Preconditioning，HPC)則是指給予一定低氧刺激使其獲取在致死量時的耐受性[10]。近年來，越來越多研究者提出并證實適度低氧可預防和治療由缺血導致的腦部疾病、由神經損傷導致的退行性疾病和精神疾病。在20世紀30年代，“低氧訓練”的概念被前蘇聯科學家Sirotinin提出，美國Johns Hopkins等人又提出“高住低訓”的概念，即運動員在高海拔睡覺休息在海平面進行訓練，可大大提高運動員水平[11]。在我國，1999年呂國蔚教授也為小鼠創造出重復低氧環境，發現小鼠在低氧條件下耐受力明顯增強[12]。缺血/低氧預適應兩者均為內源性保護現象都可應用于多種缺血/低氧性疾病的治療中。

2.2miRNA與缺血/低氧性疾病聯系 miRNA與急性腦梗死密切關聯。在對患者進行遠隔缺血預適應操作后檢測到血清中miR-21下降速度和增幅明顯增大[13]。潘振偉等研究發現，缺血預適應導致多種miRNA的表達發生不同層次的上調或下調，從而進一步推測miR-1和miR-133在缺血性心律失常的調節中可作為藥物靶點進行治療[14]。在心肌缺血實驗中，miR-1和miR-328在小鼠心肌缺血或再灌注模型發生明顯變化[15]。構建心肌細胞低氧損傷模型后，發現在心肌細胞中miR-486可減輕低氧造成的損傷并抑制細胞凋亡，發揮保護作用[16]。在局部腦缺血小鼠中，19種miRNA在腦內的表達發生不同層次變化[17]。作為調控新生兒或兒童缺氧缺血性腦病(Hypoxic-Ischemic Encephalopathy，HIE)的重要分子，miRNA可作為分子標志物判斷HIE的嚴重程度。在減輕腦水腫缺血癥狀方面，多種miRNA作為潛在的治療靶點發揮重要作用[18]。急性缺血性腦卒中患者miR-9和miR-124表達水平在外周血中明顯高于健康人，可作為腦損傷程度判定的生物標記物[19]。由此表明miRNA在缺血低氧的相關疾病中發揮重要作用。

3 miRNA在低氧/缺血預適應中的神經保護機制

3.1通過調節基因、蛋白進行保護 miRNA可通過調節基因、蛋白進行神經保護。研究表明，miRNA在腦缺血再灌注損傷過程中起到一定作用，但其機制尚不明確。通過構建大鼠腦缺血再灌注模型并給予電刺激后發現，miR-29c的過表達導致重復序列包含蛋白2(Repeat-containing protein2，Birc2)和植物受體激酶(BRI-Associated Kinase1，Bak1)的mRNA在梗死區域表達減少，并且增加了梗死面積和凋亡細胞數量，惡化病情，由此推斷miR-29c可通過調控凋亡基因Birc2和Bak1來達到神經保護作用[20]。在帕金森病的研究中顯示，miR-7和miR-153可調節α突觸核蛋白基因的表達，miR-181a也可通過調節基因表達來起到保護神經的作用[21]。在PC12細胞實驗中，通過分析凋亡率和乳糖脫氫酶釋放量發現miR-9a-5p可抑制人叉頭框蛋白O1(Forkkhead box-O1，FOXO1)表達，證實在被過氧化氫損傷后的神經細胞miR-9a-5p可起到一定保護作用[22]。針對心肌細胞構建缺氧/復氧模型，在雙熒光素酶基因檢測中發現miR-124-3p的靶基因是受體相互作用蛋白激酶1(Receptor-interacting protein kinases1，RIPK1)，miR-124-3p可通過調節RIPK1表達達到保護作用[23]。

miRNA不僅能通過調控基因表達起到神經保護作用，還可利用海馬神經元通過腦源性神經營養因子達到效果。研究表明，在體外培養72小時的海馬神經元，利用慢病毒轉染的手段，將miR-132轉入神經元并用β-淀粉樣蛋白處理形成阿爾茨海默癥病理模型，通過實時熒光定量PCR手段測得miR-132表達水平，發現通過miR-132可改變腦源性神經營養因子的表達從而達到抑制神經損傷的作用[24]。

3.2通過信號通路進行保護 miRNA可通過調節信號通路進行神經保護。研究表明，阿爾茨海默癥模型中，發現GSK-3β是多種信號級聯反應的關鍵元素[25]。miR-135a、miR-135b-5p可以通過下調GSK-3β進而促進核因子E2相關因子(nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)/抗氧化反應元件(anti-oxidative response element，ARE)信號通路起到保護神經元作用。miR-9和miR-124可抑制Rap2a表達，導致GSK-3β活性降低，使神經干細胞更新、修復損傷能力增強，在阿爾茨海默癥中發揮神經協同保護作用[26]。用Aβ1-42建立阿爾茨海默癥細胞模型，發現miRNA可使Aβ42導致的細胞凋亡數量減少，GSK-3β活性增加，miR-21可在體外通過PDCD4/PI3K/Akt/GSK-3β信號通路的方式達到保護作用[27]。已有研究證實，利用miRNA可使神經元凋亡、能改變神經元微結構并影響炎癥過程從而達到降低癲癇的發病率的目的[28]。miR-181a通過調控P13K/Akt/GSK3β信號通路，降低神經元細胞的凋亡率和細胞漏出率，增加NAD+數量，影響海馬神經元發育起到抗癲癇作用[29]。采用線栓法建立MCAO大鼠模型中，檢測miR-17-5p和第10號染色體中缺失的磷酸酶及張力蛋白同源蛋白(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的mRNA表達水平，發現miR-17-5p可介導調控PTEN信號通路起到保護作用[30]。還有實驗表明，miR-146a可通過下調Toll樣受體4(Toll-like receptor，TLR4)信號通路減少炎癥因子釋放緩解神經性疼痛[31]。

4 展望

近年來，越來越多的研究證實miRNA可在低氧/缺血腦神經損傷中起到保護作用。miRNA作為某些疾病的生物標志物，通過控制相關基因表達起到針對性療效。現研究中，可用藥物干預miRNA治愈疾病，如益生菌可調節miRNA治療腸道疾病。并且隨著未來人口老齡化的到來，關于阿爾茨海默癥、帕金森病等神經性老年高發疾病將越來越受到大眾的關注，研究者也在不斷探討miRNA與其相互作用，不斷攻克著醫學難關。目前，miRNA的作用機制雖已基本明確，但其在低氧/缺血預適應方面還有待進一步研究，所以miRNA在低氧/缺血損傷方面的探索研究將前景廣闊。