非編碼RNA 與缺血性腦卒中研究進(jìn)展

司書晗，解雪云，俞 倩，宋世禛，周 爽

（上海中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院，上海 201203）

近年來由于人口老齡化、生活方式及飲食結(jié)構(gòu)的改變，使得腦卒中的發(fā)病率和患病率正在逐年上升、且有年輕化的趨勢，腦卒中已經(jīng)成為我國成年人致死、致殘的首位因素[1]。非編碼RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）是一類以轉(zhuǎn)錄后方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)的功能性RNA，不具有編碼蛋白質(zhì)的功能[2]。可在生命的各個領(lǐng)域發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，從轉(zhuǎn)錄到剪接再到翻譯，有助于基因組的組織和穩(wěn)定[3]。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，ncRNAs 在缺血性腦卒中的病理生理發(fā)揮重要調(diào)控作用。本文主要從4 種非編碼RNA與缺血性腦卒中研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為臨床治療缺血性腦卒中提供理論依據(jù)和參考。

1 miRNA

微小RNA（micro RNA，miRNA）是一類由18～25 個核苷酸組成的小型非編碼短單鏈RNA，一般來說，miRNA 通過其3’非翻譯區(qū)與信使RNA（mRNA）相互作用，通過抑制降解mRNA 或抑制其翻譯參與調(diào)控轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)[4]。有研究表明，miRNA 在缺血性腦卒中后神經(jīng)保護(hù)、細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)及血管新生等方面發(fā)揮重要調(diào)控作用。缺血性腦卒中發(fā)生后會造成一定程度的神經(jīng)功能損傷，改善其神經(jīng)功能對促進(jìn)腦卒中的愈后有積極作用。局灶性腦缺血再灌注（I/R）損傷是一個復(fù)雜的病理過程，可以分為原發(fā)損傷和繼發(fā)性損傷兩個階段。繼發(fā)性損傷以神經(jīng)系統(tǒng)損害為主要原因，并伴有氧化應(yīng)激和受損大腦過度的細(xì)胞凋亡[5]。有實(shí)驗(yàn)者在腦缺血實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭邪l(fā)現(xiàn)，沉默EZH2 可以通過調(diào)節(jié)USP22 抑制腦缺血損傷miR-30d-3p 甲基化，從而減輕氧化應(yīng)激和神經(jīng)損傷。miR-421 antagomir 可抑制細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，對腦損傷具有神經(jīng)保護(hù)作用，這為腦缺血損傷的治療提供了新的思路[6，7]。另有研究者通過抑制5-LOX 表達(dá)證實(shí)了miR-193b-3p 對局灶性腦缺血損傷的神經(jīng)保護(hù)作用[8]。部分已知miRNA 已成為缺血性卒中誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。有研究表明[9]，miR-195 通過抑制IKKα/NFκB 通路，抑制促凋亡蛋白表達(dá)，從而上調(diào)抗凋亡蛋白Bcl2 的表達(dá)，降低細(xì)胞凋亡。另有研究者采用體外缺氧-葡萄糖剝奪（OGD）刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)，miR-665-3p 過表達(dá)可減輕OGD 誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)[10]。雖然調(diào)節(jié)血管新生的分子機(jī)制尚未完全明確，但有實(shí)驗(yàn)證明miRNA 對卒中后血管新生有一定的調(diào)控作用，miRNA-126 通過直接抑制靶PTPN9，激活A(yù)KT 和ERK 信號通路介導(dǎo)血管生成。另外，抑制的miRNA-27 表達(dá)可促進(jìn)缺血邊界區(qū)血管新生增加[11，12]。

2 lncRNA

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是指大于200 個核苷酸，缺乏閱讀框架的非編碼RNA。LncRNA 是一組涉及許多生物學(xué)過程的非編碼RNA，被認(rèn)為是缺血性腦卒中的調(diào)節(jié)因子，同時lncRNA 也被認(rèn)為是潛在的生物標(biāo)記[13]。在真核生物中數(shù)量眾多的lncRNA 在許多情況下起著轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用，這些lncRNA 通過與組蛋白修飾復(fù)合物、DNA 結(jié)合蛋白（包括轉(zhuǎn)錄因子）甚至RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合來發(fā)揮作用[14]。將這些轉(zhuǎn)錄本分為順式調(diào)節(jié)局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)或基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本和反式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)并執(zhí)行細(xì)胞功能的轉(zhuǎn)錄本[15]。

細(xì)胞凋亡又稱程序性細(xì)胞死亡，是指機(jī)體細(xì)胞在正常生理或病理狀態(tài)下發(fā)生的一種自發(fā)性、程序化的死亡過程。有實(shí)驗(yàn)者通過對絲裂原活化蛋白激酶4（MAP4K4）甲基化的調(diào)節(jié)，探討lncRNA-Gas5在缺血性卒中進(jìn)展中的可能作用，最終發(fā)現(xiàn)沉默Gas5 可能通過抑制Dnmt3b 介導(dǎo)的MAP4K4 甲基化來抑制缺血性卒中的神經(jīng)元凋亡和改善神經(jīng)功能[16]。運(yùn)用LncRNA-H19 基因敲除方法調(diào)節(jié)miR-29b、SIRT1 和PGC-1α 表達(dá)水平，改善缺氧性腦缺血誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和炎性細(xì)胞因子濃度，揭示了LncRNA-H19 在缺血性卒中的潛在作用[13]。缺血性腦卒中后早期的血管再通可以有助于缺血區(qū)血供的恢復(fù)，并刺激內(nèi)源性功能恢復(fù)和神經(jīng)系統(tǒng)修復(fù)[17，18]。研究發(fā)現(xiàn)LncRNA MACC1-AS1 通過調(diào)節(jié)miR-6867-5p/TWIST1 在缺氧誘導(dǎo)的HBMECs 中發(fā)揮保護(hù)作用，并發(fā)現(xiàn)LncRNA MACC1-AS1 的過表達(dá)減少細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，同時促進(jìn)細(xì)胞增殖，遷移和血管生成。此外，LncRNA MACC1-AS1 過表達(dá)降低細(xì)胞通透性并提高VE-鈣粘蛋白水平，這有助于維持細(xì)胞屏障功能[19]。另有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)OGD 處理的LncRNA DANCR 過表達(dá)的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的XBP1 和XBP1s 表達(dá)，逆轉(zhuǎn)了DANCR 的保護(hù)作用。其中XBP1s 的表達(dá)促進(jìn)了增殖，遷移和血管生成，從而逆轉(zhuǎn)了miR-33a-5p 的破壞作用，結(jié)果表明DANCR 通過miR-33a-5p/XBP1s 軸增強(qiáng)了經(jīng)OGD處理的BMEC 的存活和血管生成[20]。小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)在腦缺血再灌注損傷中起關(guān)鍵作用。有實(shí)驗(yàn)表明LncRNA SNHG4 的過表達(dá)和miR-449c-5p 的下調(diào)可以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，并促進(jìn)抗炎因子的表達(dá)；同時，STAT6 被上調(diào)，而SNHG4 的下調(diào)和miR-449c-5p 在小膠質(zhì)細(xì)胞中的過度表達(dá)則具有相反的作用[21]。

3 circRNA

環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是單鏈、共價閉合的環(huán)狀RNA 分子，通常由外顯子序列組成，并在規(guī)范的剪接位點(diǎn)進(jìn)行剪接，被認(rèn)為是一類特殊的非編碼RNA[22]。circRNA 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)和miRNA 及其翻譯功能調(diào)控基因表達(dá)，其表達(dá)在整個真核生物界普遍存在，尤其在哺乳動物的大腦中circRNA 異常豐富[23，24]。

circRNA 在大腦中高度表達(dá)，與腦卒中密切相關(guān)。有研究表明[25，26]，circRNA 可作為缺血性腦卒中診斷的潛在生物標(biāo)志物，并揭示缺血性卒中后腦內(nèi)的病理生理反應(yīng)。有實(shí)驗(yàn)者采用高通量測序技術(shù)比較了5 例急性腦卒中（AIS）患者和5 例健康人外周血單個核細(xì)胞circRNA 的表達(dá)，證實(shí)了AIS 患者外周血單個核細(xì)胞中某些circRNA 存在差異表達(dá)[27]。腦缺血再灌注損傷引起的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是血腦屏障破壞的初始階段，在正常情況下血腦屏障選擇性地使分子穿過該屏障以保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)。研究者采用測序來測量經(jīng)氧葡萄糖剝奪/恢復(fù)后在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)中circRNA 的整體變化，發(fā)現(xiàn)circRNA 與鈣離子密切相關(guān)。鈣超載是由腦缺血以及氧和葡萄糖的缺乏引起的，并且會引起三磷酸腺苷功能障礙和細(xì)胞損傷，結(jié)果表明circRNA的改變可能在腦損傷中起關(guān)鍵作用[28]。而腦缺血后神經(jīng)元損傷的程度是決定卒中預(yù)后的主要因素[29]。有實(shí)驗(yàn)者通過大腦中動脈阻塞（MCAO）模型和HT22 細(xì)胞OGD 模型模擬腦缺血再灌注損傷，發(fā)現(xiàn)circRNA-HECTD1 基因敲除可減輕OGD 誘導(dǎo)的體外神經(jīng)細(xì)胞死亡，同時可改善腦梗死體積和神經(jīng)細(xì)胞凋亡[30]。另外，AIS 的復(fù)發(fā)仍然是目前臨床實(shí)踐中要切實(shí)解決的問題。已有研究顯示circRNA HECTD1 的表達(dá)與疾病風(fēng)險(xiǎn)、疾病嚴(yán)重程度、炎癥增加和急性腦卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，并且circRNA HECTD1 在急性腦梗死復(fù)發(fā)患者中的表達(dá)明顯高于未復(fù)發(fā)患者[31]。

4 ceRNA

競爭性內(nèi)源性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以miRNA 為核心，mRNA、假基因轉(zhuǎn)錄本、lncRNA、circRNA 等競爭性的與miRNA 反應(yīng)元件（miRNA response element，MRE）結(jié)合，構(gòu)成ceRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[32]。ceRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)通過假定的miRNA 結(jié)合位點(diǎn)來預(yù)測任何未鑒定RNA 轉(zhuǎn)錄本的非編碼功能提供了一條新途徑[33]。已知lncRNA、miRNA 和circRNA 在缺血性腦卒中的病理生理及恢復(fù)過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，lncRNA 充當(dāng)ceRNA 與miRNA 競爭性結(jié)合構(gòu)成的lncRNAmiRNA-mRNA 網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)，以及circRNA 充當(dāng)ceRNA 與miRNA 競爭性結(jié)合構(gòu)成的circRNAmiRNA-mRNA 網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)，同樣在缺血性腦卒中的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

有研究者基于ceRNA 假說，為AIS 篩選關(guān)鍵的lncRNA，發(fā)現(xiàn)與炎癥相關(guān)的DELs，可以用作ceRNA網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)AIS 的發(fā)展[34]。lncRNA 作為ceRNA 在腦卒中后的神經(jīng)保護(hù)和細(xì)胞凋亡有一定的調(diào)控作用。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LncRNA SNHG1 通過作為miR-18a 的ceRNA，在缺氧誘導(dǎo)因子-1α/血管內(nèi)皮生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用；同時LncRNA SNHG1 也可以充當(dāng)SH-SY5Y 細(xì)胞中miR-424 的ceRNA 來調(diào)節(jié)OGD/R 誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡[35，36]。研究發(fā)現(xiàn)[37]，通過體外模擬腦缺血損傷的OGD/R 模型驗(yàn)證lncRNA KCNQ1OT1 與miR-9 以及miR-9 與MMP8之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)在OGD/R 損傷后神經(jīng)元中KCNQ1OT1 的表達(dá)明顯增強(qiáng)，而敲除KCNQ1OT1 可減輕OGD/R 誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷。lncRNA 作為ceRNA 在腦缺血后腦損傷和血管生成發(fā)揮調(diào)控作用。有研究發(fā)現(xiàn)[38]，MIAT 通過與miR-204-5p 競爭性結(jié)合，促進(jìn)HMGB1 的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)腦缺血后巨噬細(xì)胞的損傷。另有研究表明[39]，卒中后炎癥過程中l(wèi)ncRNA MALAT1/miR-181c-5p/HMGB1 軸可能是BBR 誘導(dǎo)的卒中抗炎作用的關(guān)鍵途徑。

circRNA 作為ceRNA 在缺血性腦卒中的作用機(jī)制雖尚未完全明確，但有實(shí)驗(yàn)表明可在腦卒中后神經(jīng)元損傷、血腦屏障損傷、細(xì)胞凋亡及抗炎發(fā)揮重要調(diào)控作用。在腦缺血實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校X組織circTLK1 顯著升高，通過基因敲除circTLK1 可顯著縮小梗死體積，減輕神經(jīng)元損傷，改善神經(jīng)功能缺損；另外circTLK1 作為內(nèi)源性miR-335-3p 海綿可抑制miR-335-3p 活性，導(dǎo)致ADP-核糖聚合酶表達(dá)增加，進(jìn)而加重神經(jīng)元損傷[40]。circDLGAP4 的過表達(dá)顯著減輕了神經(jīng)功能缺損，減少了梗死面積和血腦屏障損傷[41]。另有研究采用HT-22 細(xì)胞缺氧缺糖模型，在體外模擬缺血性卒中circUCK2 作為內(nèi)源性miR-125b-5p 海綿抑制miR-125b-5p 活性，導(dǎo)致生長分化因子11（GDF11）表達(dá)增加，從而改善卒中后神經(jīng)元損傷[42]。circ_ANRIL 可充當(dāng)miR-622 海綿，對OGD/R 處理的人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中miR-622的表達(dá)負(fù)調(diào)節(jié)。此外，circ_ANRIL 沉默通過積極調(diào)節(jié)miR-622 的表達(dá)發(fā)揮抗凋亡和抗炎作用[43]。

5 總結(jié)

非編碼RNA 具有相對穩(wěn)定性、特異性和重復(fù)性，多項(xiàng)研究已表明非編碼RNA 在缺血性腦卒中后的細(xì)胞凋亡、神經(jīng)損傷、血管生成及炎癥反應(yīng)發(fā)揮重要調(diào)控作用，可影響正常的基因表達(dá)和疾病進(jìn)展過程。但其作用機(jī)制有待深入研究，尤其是ceRNA 網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制成為近年研究熱點(diǎn)，有可能為缺血性腦卒中治療提供新的治療靶點(diǎn)。相信不久的將來隨著研究的深入，缺血性腦卒中的潛在的病理生理作用機(jī)制也將逐漸揭曉，為缺血性腦卒中的臨床治療提供新的理論依據(jù)和防治思路。