LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障損傷中的研究進展*

胡 云,周禮鑫,童 理,李鑫泰 綜述,楊劍文 審校

(湖南師范大學附屬第一醫(yī)院/湖南省人民醫(yī)院神經(jīng)內三科,長沙 410000)

缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS)是腦血管疾病中最常見的類型,其發(fā)病機制復雜,與腦損傷后神經(jīng)細胞的能量衰竭、細胞離子穩(wěn)態(tài)喪失、酸中毒、細胞內鈣水平升高、血腦屏障破壞、膠質細胞活化和白細胞浸潤等有關[1]。2019年流行病學數(shù)據(jù)顯示,缺血性腦卒中仍然是全球致死和致殘的主要疾病之一[2]。血腦屏障是位于血液與神經(jīng)細胞之間的一種特殊屏障結構,它是由腦毛細血管內皮細胞、周細胞、星形膠質細胞及基底膜所組成的細胞聯(lián)合體,能有效地阻止大多數(shù)化合物從血液到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的流入,所有這些單位共同保護神經(jīng)環(huán)境的化學成分,以保持大腦功能正常。在發(fā)生腦缺血性事件后,隨著血腦屏障通透性發(fā)生改變,腦缺血進一步進展,對于如何維持血腦屏障的完整性是治療缺血性腦卒中的關鍵因素。

長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,LncRNA)是一類新的轉錄本,其長度超過200個核苷酸,在很長一段時間中被認為是基因組轉錄產(chǎn)生的“垃圾”,不具備任何生物學功能[3]。近10年來,隨著基因二代測序技術的發(fā)展,LncRNA是否具有功能,一直存在著激烈的爭論。至今,已發(fā)現(xiàn)25 191種LncRNA被收錄在人類基因組中[4],它們通過參與基因的表達調控,可以從表觀遺傳調控,轉錄水平及轉錄后水平發(fā)揮作用[5]。本文總結了有關LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障損傷中的作用的相關研究進展,發(fā)現(xiàn)LncRNA對缺血性腦卒中血腦屏障具有一定的調節(jié)作用,通過保持血腦屏障完整性來達到治療缺血性腦卒中的目的。

1 LncRNA對內皮細胞和血管生成的作用

內皮細胞是排列在毛細血管壁上的鱗狀上皮細胞,存在于血管內層中,是血腦屏障中關鍵一環(huán),與其他血管區(qū)域的細胞相比,腦微血管內皮細胞的表型具有特異性。它們具有腔內/腔外極化、緊密連接、連接黏附分子(JAMs)和限制極性物質的特定轉運機制,這些特性有助于維持血腦屏障的穩(wěn)定性[6]。血管生成可以重建或增強缺血區(qū)域腦血流,其特征是從現(xiàn)有的血管內皮細胞中長出新的血管,能夠將血液和營養(yǎng)輸送到腦受損區(qū)域。在缺血性腦卒中中,LncRNA可以通過直接或間接調控內皮細胞、血管生成,進而影響血腦屏障的通透性。

有研究顯示,轉移相關的肺腺癌轉錄物1(MALAT1)與缺血性腦卒中關系非常密切,是內皮細胞增生的潛在靶點。有學者發(fā)現(xiàn)在氧糖剝奪(oxygen-glucose deprivation,OGD)誘導的原代小鼠腦微血管內皮細胞(bEnd3細胞)損傷中,高表達LncRNA MALAT1,促進內皮細胞中血管內皮生長因子B(VEGFA)、蛋白激酶B(AKT)、磷酸化AKT(P-AKT)的表達,而抑制LncRNA MALAT1表達后,同樣促進內皮細胞的增殖、遷移[7]。這一發(fā)現(xiàn)與既往體外研究結果相符,在沉默LncRNA MALATI1后,既促進了內皮細胞新生又促進了細胞遷移,有趣的是,在使用LncRNA MALAT1的模擬物后,內皮細胞新生則受到抑制[8]。WANG等[9]發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的小鼠腦微血管內皮細胞中,敲除LncRNA MALAT1后,過表達的15-脂氧合酶-1(15-LOX1)和信號轉導及轉錄激活因子3(STAT3)蛋白表達下調,細胞增殖、遷移和CD31陽性細胞的數(shù)量減少,表明LncRNA MALAT1可能通過調節(jié)15-LOX1和STAT3的表達來促進血管生成。由此可知,LncRNA MALAT1可以調控內皮細胞及血管生成。

人類母系表達基因3(MEG3)最初被發(fā)現(xiàn)是一種腫瘤相關的LncRNA,在腦和內皮細胞中高表達[10-12]。ZHAN等[13]證實在氧糖剝奪/復氧(OGD/R)干預后的大鼠腦微血管內皮細胞模型中抑制MEG3可以促進血管生成,當選擇性敲除MEG3后,NADPH氧化酶4(NOX4)和p53的表達減少,促血管生成因子[缺氧誘導因子(HIF-1)、VEGF]表達增多,細胞內活性氧生成減少,也可能是通過激活Notch或者Wnt/β-catenin信號通路來促進血管生成[14-15]。

LncRNA還可以和微RNA(miRNA)結合,抑制其與mRNA結合,間接調控血腦屏障中內皮細胞或者血管生成。比如前面所提及的LncRNA MALAT1,在缺血情況下,LncRNA MALAT1通過負調節(jié)miR-126 抑制PI3K/Akt信號通路,抑制內皮細胞增生[16]。人類母系表達基因8(MEG8)定位于14q32位點,目前已被證明在人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)中該基因可以誘導內皮細胞屏障損傷,減少總VE-鈣黏蛋白[17],由此可知MEG8在內皮細胞中具有潛在作用。SUI等[18]證明miR-130a-5p模擬物可以降低腦微血管內皮細胞(BMECs)活力,在敲除MEG8后通過負調節(jié)miR-130a-5p來抑制BMECs的血管生成及VEGFA的表達,進而對缺血性腦卒中后的腦缺血起到保護作用。小核仁RNA宿主基因(SNHGs) 是一組LncRNA,最早在各類腫瘤中發(fā)現(xiàn),可以誘導癌細胞的增殖、促進細胞周期進展、侵襲和轉移[19]。研究表明SNHG1和SNHG12與內皮細胞及血管生成存在關聯(lián)。ZHOU等[20]發(fā)現(xiàn)在OGD/R誘導的bEnd3細胞中敲除SNHG1后,內皮細胞增殖減少,促進OGD/R誘導的損傷,而在下調miR-298后細胞損傷逆轉,證實SNHG1作為miR-298的分子海綿來保護腦微血管內皮細胞免受缺氧損傷。CAI等[21]在OGD/R條件下,發(fā)現(xiàn)SNHG12在小鼠原代BMECs中表達升高,并促進促血管生成因子VEGFA和堿性成纖維細胞生長因子(FGFb)的表達及毛細血管樣管的形成,miR-199a模擬物的轉染可以降低BMECs的活力,然而miR-199a+pcDNA-SNHG12的共轉染逆轉了miR-199a誘導的作用,增強了上述過程。結果顯示,SNHG12可以抑制miR-199a調節(jié)BMEC及血管生成,改善BMECs 缺血性腦卒中的損傷。

腦內皮細胞功能障礙是腦缺血后血腦屏障通透性增加的主要原因,血腦屏障內皮細胞死亡被公認為缺血再灌注后腦出血的前兆[22],所以內皮細胞功能恢復及血管生成有助于抑制缺血或者出血改變。LncRNA MALAT1、MEG3、MEG8、SNHG1和SNHG12對內皮細胞及血管生成產(chǎn)生正性或負性調控,表明在腦缺血再灌注發(fā)生后LncRNA可以成為保護血腦屏障完整性的有效方法。

2 LncRNA對周細胞的作用

周細胞位于微血管周圍,用突起包裹毛細血管,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達,是組成血腦屏障的重要成分。在缺血損傷急性期,周細胞缺失可以導致血腦屏障損傷和腦水腫[23]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)周細胞突起可分為3種亞型:螺旋周細胞、網(wǎng)狀周細胞及非典型形態(tài)的新型周細胞,均表達α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA),不同的是表達水平有差異。α-SMA是周細胞的主要收縮蛋白,具有收縮性,可以改變毛細血管直徑調節(jié)微循環(huán)血流[24-25]。在大鼠血管平滑肌細胞(VSMCs)中,zeste同源物2(EZH2)增強子和α-肌動蛋白共同定位于細胞質,能促進VSMCs細胞骨架的形成。EZH2通過LncRNA牛磺酸上調基因1(TUG1)與α-肌動蛋白耦聯(lián)促進α-肌動蛋白甲基化和F-肌動蛋白聚合。而在敲除LncRNA TUG1后,EZH2與α-肌動蛋白的共定位減少,VSMCs的細胞骨架解聚,證實了LncRNA TUG1是細胞骨架形成所必需的[26]。有研究發(fā)現(xiàn)TUG1普遍存在于其他組織中,例如腦、肝、肺、腎和血管[27-30]。根據(jù)其標記物表達特點,周細胞中也可能存在TUG1,并且可能在調控血腦屏障中起著重要作用。但需要注意的是,周細胞大部分標記物不具有特異性,其特點使得周細胞難以與其他血管細胞區(qū)分,因此對于周細胞研究的準確性有待進一步探討。目前LncRNA在周細胞中的研究甚少,周細胞在缺血性腦卒中發(fā)生后的病理生理機制仍需更深層次的研究,為缺血性腦卒中治療提供有希望的靶標。

3 LncRNA對星形膠質細胞尾足的作用

星形膠質細胞參與神經(jīng)血管單元(NVU)組成,其尾足是血腦屏障形成和腦內穩(wěn)態(tài)的關鍵成分。缺血性腦損傷后,穩(wěn)態(tài)喪失和滲透壓的改變導致星形膠質細胞腫脹,血腦屏障完整性受到破壞。星形膠質細胞表達神經(jīng)遞質受體、離子通道和代謝物轉運蛋白,對附近的神經(jīng)元活動做出反應[31]。水通道蛋白-4(AQP4)在星形膠質細胞中表達,并介導水穿過血腦屏障,被認為是腦缺血后誘發(fā)細胞毒性水腫及血管源性水腫的關鍵因素[32-33]。有研究證實,以下LncRNA通過分子海綿miRNA影響AQP4調節(jié)誘導血腦屏障通透性。ZHANG等[34]證實了在MCAO/R小鼠模型中,沉默LncRNA SNHG14,AQP4的表達下調,可以減輕梗死體積增加和神經(jīng)損傷,在OGD(BV2)干預模型中,阻斷了OGD引起的炎癥和氧化應激,在抑制miR-199b后發(fā)生逆轉。

LncRNA MALAT1對星形膠質細胞(MA-C細胞)活力、細胞凋亡和細胞毒性具有重要影響。WANG等[35]通過建立MCAO小鼠模型,發(fā)現(xiàn)LncRNA MALAT1的表達明顯上調,并可以靶向作用于miR-145增加AQP4的表達,使小鼠腦梗死體積增加,而在LncRNA MALAT1敲除后miR-145的水平明顯上調,AQP4的表達下降。這表明,沉默LncRNA MALAT1可以通過miR-145表達調節(jié)AQP4,從而改善小鼠缺血性腦卒中的損傷。結果顯示,SNHG14和LncRNA MALAT1可以靶向作用于相應的miRNA,對星形膠質細胞具有保護作用,這可能是腦卒中干預治療的新型靶點。

綜上所述,對于LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障調節(jié)作用的研究中,主要對內皮細胞、周細胞及星形膠質細胞單獨進行了探討。相對于內皮細胞來說,周細胞及星形膠質細胞研究較少。有證據(jù)發(fā)現(xiàn)星形膠質細胞可能通過與內皮細胞相互作用促進血腦屏障形成,Wnt/β-catenin信號通路是使內皮細胞獲得血腦屏障特性的關鍵環(huán)節(jié)[36]。而最新研究發(fā)現(xiàn)星形膠質細胞能衍生Wnt生長因子,可能促進內皮細胞生成,保持血腦屏障的完整性[37]。依前文所述不難發(fā)現(xiàn),LncRNA MALAT1對內皮細胞及星形膠質細胞均有調節(jié)作用。那么血腦屏障組成成分之間的相互作用,能否尋找到交叉或相同作用的靶基因,有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物靶標。此外,LncRNA作用機制的研究主要集中在相關的miRNAs上,LncRNA可以和miRNA結合,抑制其與mRNA結合,對mRNA的表達進行間接調控,靶向的miRNA可以通過生物信息技術提供更多有用的治療靶標。

4 展 望

在缺血性腦卒中發(fā)生后引發(fā)的血腦屏障破壞是近年國內外研究的熱點,其具體機制尚未闡明。防止血腦屏障破壞是腦卒中干預中的重要治療策略。LncRNA參與基因的表達調控,在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病中發(fā)揮作用,但在腦卒中后血腦屏障破壞中的具體功能仍然很大程度上未知。LncRNA作為生物標志物、治療靶點和新的表觀遺傳干預工具,目前研究仍處于動物實驗階段。就當前而言,選擇合適的LncRNA作為腦缺血診斷和預后標志物還為時尚早。首先闡明LncRNA的生物學功能是一個難點,目前對于LncRNA的作用機制研究不夠深刻、全面,而且部分LncRNA缺乏特異性,可能引起一些未知的中樞神經(jīng)系統(tǒng)不良反應;其次,由于技術上的限制,很難避免脫靶效應和基因座缺失效應,而脫靶效應和基因座缺失效應一旦發(fā)生,則是難以挽回的災難;最后,由于血腦屏障的存在,靶向抑制腦內核糖核酸酶也是當前的一個挑戰(zhàn)。LncRNA的研究在缺血性腦卒中中仍處于黃金時期,雖然動物實驗階段研究周期長,但相信在不久的將來,隨著技術越來越成熟、科研成果不斷更新,可以尋找到更多有助于改善腦卒中血腦屏障的靶點。