miR-30基因簇與心腦血管疾病關系的研究進展

羅艷萍,楊峻

(桂林醫學院附屬醫院檢驗科,廣西桂林 541001)

近年來,心腦血管疾病發病率持續上升,給人民生活和社會帶來了沉重的負擔,其病死率位居各類疾病的首位,高于腫瘤[6]。因此,探索心腦血管疾病的病因及其發病機理,深入了解其發生和發展規律,對有效預防和治療心腦血管疾病具有極其重要的意義。隨著人類基因組計劃的深入開展,對miR-30基因簇功能的研究已逐步展開,其生物學功能已初步闡明,越來越多的證據表明miR-30與心腦血管疾病的發生密切相關[2]。現就miR-30與心腦血管疾病的關系展開綜述,以便更好地了解miR-30基因簇在心腦血管疾病發病機制中的作用。

1 MicroRNA (miRNA)與miR-30基因簇功能

MicroRNA (miRNA) 是一類通過特異性堿基配對與目標基因mRNA的3'UTR結合,具有調節功能的內源性非編碼RNA,可誘導目的mRNA降解或抑制其翻譯成蛋白質[3]。一個miRNA可以作用于多個靶mRNA,多個miRNA也可以作為一個功能簇來協調特定基因的表達。miR-30基因簇是miRNA家族的重要成員,由位于人類染色體 1、6和8上的六個基因編碼。miR-30基因簇在5'端附近共享一個共同的種子序列,但在3'端附近具有不同的補償序列。這些不同的補償序列使 miR-30基因簇能夠通過不同的基因途徑和生物調控功能,從而參與相關臨床疾病的發生[4]。

研究發現,miR-30基因簇參與細胞生長、組織分化和多種生物學行為,其在多種生理和病理狀態中具有潛在的調控作用[5]。早在2008年,LI等人[6]報道了miR-30a與miR-30d在骨形態發生蛋白-2 (BMP-2)向間質干細胞C2C12分化過程中起著負調控作用。隨后,WU等人[7]進一步研究發現miR-30a負調控間質干細胞向成骨細胞的分化是通過靶向轉錄信號分子SMAD家族成員1(Smad1)來實現的,此外,在人類脂肪組織來源的干細胞向脂肪細胞的分化過程中,抑制miR-30a和miR-30d可以減少脂肪生成過程。與此相反,miR-30家族成員的過表達能夠促進脂肪生成[5]。這表明,miR-30基因簇在脂肪細胞分化中起著重要的作用。此外,在胰腺、血管、腸組織以及乳腺組織的發育過程中,miR-30家族也發揮著重要的調控作用[8-9]。

miR-30家族不僅參與多種組織和器官的生長發育,也與多種疾病的發生發展密切相關,當miR-30家族的表達水平失調時,其可以通過調節不同的靶基因來介導相應的機制。miR-30家族對自噬、細胞凋亡、氧化應激、炎癥等可以發揮不同程度的調節作用[5]。如在髓母細胞瘤中,miR-30a抑制自噬是通過降低Beclin1的表達來實現的[10]。在結腸癌中,過表達miR-30d通過直接靶向ATG5、磷酸肌醇3-激酶和Beclin1的mRNA可以顯著抑制癌細胞的增殖[11]。此外,相關研究表明,miR-30具有抗凋亡作用,其抑制劑可降低線粒體耗氧量,釋放細胞色素C,從而激活線粒體凋亡通路[12]。另外,研究顯示,在脊髓損傷(SCI)中通過MAPK/ERK信號傳導靶向Neurod 1的miR-30a-5p可改善炎癥反應和氧化應激,miR-30a-5p和miR-30d-5p可通過間接或直接的機制對炎癥進行調節[13]。除了上述疾病外,miR-30基因簇在心腦血管疾病方面的調控作用也逐漸被揭示。

2 miR-30在心腦血管疾病發生發展中的作用

2.1 miR-30與動脈粥樣硬化動脈粥樣硬化是由于內皮細胞損傷,脂質沉積,巨噬細胞早期積累膽固醇而引起的慢性炎癥性疾病。其結局是動脈粥樣硬化斑塊破裂、慢性管腔狹窄以及血管纖維化和血栓形成,最終可危及生命[14]。動脈粥樣硬化的發展涉及多種病理生理過程和途徑,如炎癥、細胞凋亡和壞死以及NF-κB途徑、TLR4/MAPK 途徑,miR-30在動脈粥樣硬化發病機制中的調控作用逐漸被研究人員發現[15]。ZHOU等人[16]采用qTPCR測定動脈粥樣硬化患者與正常組中miR-30表達水平,結果發現與正常組相比,動脈粥樣硬化患者血清中miR-30-5p上調,說明miR-30對動脈粥樣硬化具有負調控作用。同時,GO和KEGG分析結果顯示miR-30-5p與動脈粥樣硬化的遺傳譜高度相關。為了進一步探索miR-30-5p 在動脈粥樣硬化中的功能作用,他們又建立了動脈粥樣硬化的體外細胞模型并進行細胞轉染,通過qRT-PCR檢測miR-30-5p模擬物的效率,結果顯示下調miR-30-5p可促進動脈粥樣硬化的發生。CCK8 測定也表明,ox-LDL處理降低了HUVEC細胞的細胞增殖,而與正常組相比,轉染miR-30-5p的THP-1模擬保護了細胞增殖,減少了細胞凋亡。這些結果表明,miR-30-5p模擬物可以通過抑制細胞凋亡、促進細胞活力負調控動脈粥樣硬化的發生[16]。在動脈粥樣硬化的機制研究中,ZHANG等人[17]通過動物實驗建立動脈粥樣硬化小鼠模型,他們發現高脂飲食喂養的小鼠在12周內出現動脈粥樣硬化,與正常飲食的小鼠相比,高脂喂養組小鼠的內皮細胞自噬水平顯著降低,這是由于miR-30c抑制了ATG6 mRNA的翻譯而導致內皮細胞中ATG6的減少,從而加快動脈粥樣硬化的發生。此外,在miR-30與早發冠心病的相關研究中,早發冠心病組中miR-30的表達量是對照組的5倍[18]。在另一項動脈粥樣硬化與不同循環microRNA的譜系研究中發現,miR-30b可以通過調節膽固醇代謝和巨噬細胞的功能,從而加快頸動脈和下肢動脈粥樣硬化的發生[19]。因此,miR-30簇可通過執行不同的生物學功能,對動脈粥樣硬化的發生發展發揮不同的調控作用。

2.2 miR-30與缺血性心臟病缺血性心臟病(IHD)是由于冠狀動脈中大動脈和中動脈的流量受到限制阻塞引起心肌細胞血液供應不足的一類疾病。由于心肌細胞長期處于缺血狀態而導致心肌細胞壞死并進一步引發心室重塑,最終導致心肌梗死[20]。IHD的發生機制主要包括能量代謝障礙,氧自由基生成增多,鈣質超負荷運轉,內皮細胞功能紊亂,炎癥反應,線粒體損害等[21]。但對于具體的分子機制目前尚不明確。研究發現,miR-30家族表達障礙與IHD密切相關。當miR-30的表達顯著降低時,其下調XBP1的能力降低,XBP1通過Beclin-1轉錄調控自噬信號通路,持續激活XBP1導致內皮細胞凋亡,促進IHD的發展[22]。此外,miR-30家族還能靶向DLL4并間接調節VEGFA信號傳導影響血管發育和血管生成,從而在IHD的發展中發揮作用[23]。而在心肌缺血過程中,miR-30的表達降低,GALNT 1和2(Gal NA c-轉移酶)的表達上調,進而增加了心臟分泌的proBNP比例,削弱了循環BNP的代償作用而引起IHD的發生[24]。SHEN等人[25]在一項新近研究中確定了miR-30在急性心肌缺血損傷和心臟功能中的關鍵作用,這項研究發現硫化氫 (H2S)對心臟具有保護作用,硫化氫主要來源于L-半胱氨酸并由胱硫醚-c-裂解酶 (CSE) 催化,miR-30可通過CSE mRNA的調節抑制H2S產生,從而加快心肌缺氧誘導的心肌細胞損傷。此外,沉默的miR-30可以通過增加CSE和H2S水平來預防心肌細胞損傷。LI等人[26]通過構建H2C9大鼠心肌細胞缺血再灌注(I/R)損傷模型,發現miR-30b的過表達可改善I/R損傷。同樣SONG等人[27]證明miR-30b水平在大鼠心肌細胞中的I/R損傷下調。這些研究表明miR-30參與了IHD的發生發展,其表達水平和調控機制仍需大量實驗進一步驗證。

2.3 miR-30與缺血性腦卒中缺血性腦卒中是由于腦組織血液循環障礙引起缺血、缺氧而導致的腦組織軟化及壞死,從而導致腦血管管腔狹窄與閉塞的疾病[28]。我國每年有250萬人患有腦卒中,100萬人死于卒中相關原因,其中缺血性腦卒中占75%～80%[29]。盡管缺血性腦卒中的病因學研究取得了長足的進展,但其發病機制尚未完全闡明。缺血性卒中的檢測、診斷和預后尚缺乏可靠的循環生物標志物。為了證明miR-30家族在神經元死亡、退化以及缺血性腦卒中的作用。研究人員收集了197名缺血性中風患者的血液樣本,排除其他混雜因素后分析了缺血性卒中患者組和健康對照組中miR-30a的表達水平,結果發現,循環miR-30a在缺血性卒中組中低表達,比對照組低45%～79%[30]。這表明miR-30a可能是缺血性卒中的潛在生物標志物。在動物實驗中,miR-30a過表達可導致小鼠大腦中動脈閉塞而迅速引發缺血性卒中的發生[31]。眾所周知,同型半胱氨酸 (Hcy)是缺血性腦卒中的獨立危險因素,LI等人[32]通過構建同型半胱氨酸誘導的人冠狀動脈內皮細胞(HCAECs)凋亡模型,發現過表達miR-30b可以通過下調caspase-3的表達降低Hcy誘導的HCAECs細胞凋亡而阻礙缺血性腦卒中的發生。在WANG等人[33]的研究中發現miR-30b的血清表達水平在新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)中下調。同時,在構建缺血缺氧誘導的HBMECs中,PAI-1的mRNA和蛋白表達水平顯著上調,而miR-30b的表達水平顯著下調,可能的機制是miR-30b通過PAI-1參與了HIE的發生。WANG等人[34]建立體外和體內缺血性中風后早期血腦屏障(BBB)模型,探討了miR-30介導的BBB通透性在急性腦缺血期間的可能機制,結果顯示抑制miR-30a可以通過ZnT4 降低細胞內游離鋅的水平來減少缺血誘導的BBB破壞。因此,目前認為,miR-30與神經系統的缺血缺氧反應以及缺血性腦卒中的關系密切,其確切的機制有待進一步證實。

2.4 miR-30與其他心腦血管疾病miR-30是新近發現的miRNA,其潛在的作用很廣泛。miR-30除參與上述心腦血管疾病外,動物實驗研究發現,在蛛網膜下腔出血(SAH)的大鼠中,出血后1小時、6小時和24小時,大腦動脈中miR-30a水平呈倍數變化且明顯上調[35]。因此,miR-30可能有潛力作為SAH后腦血管痙攣的生物標志物。此外,在小鼠心肌梗死模型和原發性心肌細胞缺氧模型中,miR-30家族的表達上調可促進膠原沉積和心臟纖維化,從而加快心肌梗死的進展[36]。研究還發現,miR-30家族直接或間接影響高血壓性心臟病、冠心病以及心源性猝死的發病機制,其原理是RAS系統中的血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)是這些疾病的關鍵效應分子,而miR-30-5p 家族成員可靶向抑制AngⅡ并降低炎癥細胞黏附分子的表達[37]。此外,miR-30c還是心肌纖維化過程中的關鍵分子,因為miR-30c的過表達可降低結締組織生長因子(CTGF)的水平,導致膠原蛋白合成減少,從而導致心肌細胞纖維化。而隨著心肌纖維化程度的增加,心肌miR-30a的表達降低,導致Snail1表達顯著升高,提示miR-30a可能通過Snail1參與心肌纖維化的發生[38]。這些研究進一步表明miR-30家族在心腦血管疾病的發生發展過程中有著重要的調控作用。

3 展望

miR-30基因簇參與動脈粥樣硬化、缺血性心臟病和缺血性腦卒中以及其他多種心腦血管疾病的發生發展。其在多種心腦血管疾病的信號通路中的作用使它可能成為心腦血管疾病未來的治療靶點,并被認為是可能的預后生物標志物,因此,對miR-30家族的研究有助于闡明心胸血管疾病的發病機制和為心腦血管疾病的治療提供新策略。