MicroRNA在微血管病变调控机制方面的研究进展*

朱振浩， 王 明

(南方医科大学1第二临床医学院，2珠江医院中西医结合肾病中心，广东广州510282)

MicroRNA是新近发现的一种小分子RNA，参与了机体多种疾病的发生发展。近年研究发现，microRNA通过多种调控机制参与了微血管病变的发生发展。深入了解其调控机制不仅能够丰富人们对微血管病变的认识，对微血管病变的诊疗也具有重要的指导意义。现就microRNA在微血管病变发生发展中的调控机制予以概述。

1 MicroRNA的概述

MicroRNA(下文中带数字的microRNA用miR表示，如:miR-100)是一类内生的非编码小分子RNA，长约20～25个核苷酸，序列高度保守。编码microRNA的基因以多种形式存在于基因组中，包括单拷贝、多拷贝、基因簇等，其表达具有阶段特异性和组织特异性。MicroRNA基因转录后经过一系列加工处理才形成成熟的microRNA，包括了核内和核外2次酶切过程。在细胞核内，核糖核酸酶Drosha能够将microRNA基因转录后形成的原始microRNA(primary microRNA，pri-miRNA)剪切为前体microRNA(precursor microRNA，pre-miRNA)，剪切后其长度缩短为70～90个核苷酸。pre-miRNA通过核转运蛋白被转运出核，在核外经核糖核酸酶Dicer进一步酶切加工形成长度为20～25个核苷酸的成熟microRNA。

成熟microRNA通过多种方式行使其抑制基因表达的生物功能，包括转录水平和转录后水平的调控。转录后水平调控是最主要的调控方式，是指microRNA与靶mRNA结合位点(包括3’非编码区和编码区)结合，进而抑制基因表达。其中，与3’非编码区结合是microRNA调控基因表达的经典作用方式，也是绝大多数microRNA发挥作用的方式。microRNA能够与其它蛋白质一起组成RNA诱导的沉默复合物(RNA-induced silencing complex，RISC)，通过与其靶mRNA分子的3’端非翻译区域(3’-untranslated region，3’UTR)互补结合，抑制靶基因表达。近年研究表明，microRNA还可以与靶mRNA的编码区结合发挥基因表达抑制作用。在Tay等［1］的研究中，通过对小鼠干细胞Oct4、Sox2和Nanog 3种mRNA(维持小鼠胚胎干细胞的多能性)的观察，发现microRNA通过与这3种mRNA编码区结合而起到抑制干细胞分化作用，说明靶mRNA编码区也是microRNA调控基因表达的靶点。此外，microRNA还可能在转录水平对基因表达进行调控。研究表明microRNA参与了DNA甲基化引起的表观遗传学基因沉默过程［2］。而DNA甲基化能够抑制靶基因的转录，属于转录水平的基因表达调控。

2 MicroRNA参与炎症作用介导微血管损伤

炎症作用是微血管损伤的重要原因之一。MicroRNA通过多种方式参与了微血管炎症损伤作用的调节。其机制主要包括了:(1)调控炎症基因的表达;(2)参与细胞因子的表达和释放;(3)调节炎症细胞的趋化。

2．1 MicroRNA通过调控炎症基因表达参与微血管损伤 MicroRNA可通过调控炎症基因表达参与微血管损伤，包括调节炎症基因表达上游环节和直接调控炎症基因表达。环氧化酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)是一种病理状态下表达的促炎酶，能够改变微血管血流动力学，增强微血管炎症反应，是微血管病变发展的重要原因。Reddy等［3］在微血管平滑肌的研究中发现，miR-200能够促进COX-2的表达，增加单核细胞的趋化及其在血管内皮的锚定，加速微血管内皮炎症损伤。Zeb(一种转录抑制因子)作为miR-200的靶点，在外源性沉默Zeb表达的情况下，同样能够增加细胞的促炎症反应和COX-2的转录活性。研究还显示，Zeb能够抑制微血管内皮细胞炎症基因COX-2的启动子，从而抑制其转录，表明miR-200通过抑制Zeb的表达来启动炎症基因COX-2的转录，从而加重微血管内皮的炎症损伤。Villeneuve等［4］的研究发现，miR-125能下调微血管内皮细胞中花斑3－9阻抑蛋白同系物1(suppressor of variegation 3-9 homolog 1，Suv39h1)的表达，后者通过染色质甲基化沉默促炎因子白细胞介素6(interleukin 6，IL-6)和单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP1)的基因。因此，miR-125可通过抑制Suv39h1使炎症基因IL-6和MCP1的表达上调，从而增加微血管内皮细胞的炎症损伤，加剧微血管损害。上述实验提示microRNA能够通过调控炎症基因表达的上游环节(包括转录调节因子和染色质甲基化酶等)参与微血管炎症损伤。此外，microRNA还可以直接调控炎症相关基因的表达。如miR-126可直接调控炎症相关的血管细胞黏附分子1表达，后者加速白细胞在微血管的浸润，从而加剧微血管的炎症损伤［5］。miR-31、miR-125b、miR-124a 等也能直接调控炎症基因的表达，参与微血管炎症损害。

2．2 microRNA通过调控细胞因子的表达和释放参与微血管损伤 细胞因子主要是由激活的淋巴细胞和单核细胞释放，参与微血管的炎症损伤。常见的细胞因子包括:肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、IL、干扰素等。microRNA 可通过调控细胞因子的表达和释放参与微血管损伤。Zeng等［6］的研究发现，在利用内毒素诱导的肺微血管损伤动物模型体内，TNF-α、IL-6、IL-1β 和 miR-146a表达均上调。进一步实验发现，miR-146a抑制内毒素诱导的TNF-α、IL-6和IL-1β上调，其机制是通过下调IL-1受体相关激酶和TNF受体相关因子-6的表达。据此推测机体通过上调miR-146a表达来抑制内毒素诱导的细胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表达和释放，从而减弱微血管炎症损害。因此，在内毒素诱导的肺微血管损伤动物模型中，炎症介质 TNF-α、IL-6、IL-1β以及miR-146a水平同时升高。通过增加miR-146a水平降低微血管细胞因子的浓度，可能是减轻微血管炎症损伤的新途径，从而改善微血管病变的预后。此外，miR-221、miR-23a、miR-335等也参与了微血管炎症损伤中多种细胞因子的调控。

2．3 MicroRNA通过调控炎症细胞趋化参与微血管损伤 趋化因子与趋化因子受体结合之后，使炎症细胞向趋化因子来源地迁移，加重微血管炎症反应。除损伤组织和炎症细胞外，microRNA也参与了炎症反应中炎症细胞趋化调控，包括对趋化因子和趋化因子受体的调控。Gonsalves等［7］研究发现，miR-195a能够与巨噬细胞炎症蛋白1β(macrophage inflammatory protein 1β，MIP-1β)的 mRNA3’端非翻译区互补结合，抑制MIP1β表达。miR-146b则能抑制CXC趋化因子10(CXC chemokine 10，CXCL10)的表达，起到抑制炎症反应作用［8］。此外，miR-430能够抑制另一种趋化因子基质细胞衍生因子1α(stromal cell-derived factor 1α，SDF1α)表达［9］。SDF1α 在内皮细胞中的表达能够促进T细胞在微血管内皮的黏附和趋化［10］。除抑制趋化因子表达外，microRNA还能够调节炎症细胞趋化因子受体的表达，如miR-146b抑制C-C趋化因子受体3(C-C chemokine receptor type 3，CCR3)、CXC趋化因子受体 4(CXC chemokine receptor 4，CXCR4)等趋化因子受体表达;miR-430能抑制 CXCR7的表达［9］;miR-150则通过与CXCR4的非编码区结合抑制CXCR4的表达，后者表达下调将抑制内皮祖细胞移行和血管再生［11］，减慢微血管损伤修复。因此，通过对趋化因子及其受体表达的抑制，microRNA抑制炎症细胞向损伤血管的迁移，从而减弱微血管的炎症损伤。但在微血管病变中，相关microRNA表达下调导致炎症趋化因子水平增高，进而使炎症细胞聚集、释放炎症介质，加重微血管损伤。提示通过增加微血管中相关microRNA水平，抑制炎症细胞向微血管的迁移可作为微血管炎症损伤防治的新思路。

3 MicroRNA参与肾素-血管紧张素系统(reninangiotensin system，RAS)介导的微血管损伤

RAS参与人体水、电解质、血压以及内环境稳态等的生理调节，也是微血管病变发生发展的重要原因。近年研究表明，microRNA通过多种机制参与了RAS所涉及的微血管损害，包括:(1)血管内皮功能调节;(2)平滑肌细胞的黏附和迁移;(3)血管纤维化等。

3．1 MicroRNA参与了RAS介导的微血管内皮功能调节紊乱 RAS能够使内皮细胞功能发生紊乱，加速微血管的损害。MicroRNA参与了RAS介导的微血管内皮功能调节紊乱，包括内皮细胞损伤、凋亡、增殖和移行等。在Liu等［12］的研究中，通过实时定量PCR和Western blotting发现，转染了miR-155质粒的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)表达的血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotensinⅡtype 1 receptor，AT1R)比未转染的内皮细胞低。AT1R的表达下调能够抑制RAS系统的信号传递，减弱RAS对微血管内皮的损伤。研究还发现，HUVECs的增殖能够被含有AngⅡ的培养基所抑制，加速其凋亡。进一步实验证实，miR-155能够抑制AngⅡ对HUVECs的损害，其机制是通过抑制AngⅡ诱导的磷酸化作用和细胞外信号调节激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)激活，进而改善内皮细胞增殖、移行以及血管管状结构形成。相关研究还表明，miR-155还可以通过下调AT1R和转录因子Ets-1改善内皮迁移和炎症损伤［13］。Ets-1调节内皮细胞炎症分子表达，并减弱内皮细胞活化和移行，抑制微血管损伤修复。

3．2 MicroRNA参与了RAS介导的平滑肌细胞黏附和迁移 AngⅡ能够增强血管平滑肌细胞向内膜的黏附和迁移能力，加重微血管管腔的狭窄，从而加速微血管病变发展。MicroRNA参与RAS对平滑肌细胞黏附和迁移的调节。Remus等［14］的研究发现，miR-181a能抑制AngⅡ诱导的平滑肌细胞向血管内膜的黏附和迁移。此外，miR-181a还能抑制血管平滑肌细胞骨桥蛋白的表达，后者是血管细胞的主要黏附及趋化因子。通过抑制AngⅡ和骨桥蛋白的表达，miR-181a减弱血管平滑肌细胞向内膜粘附迁移所导致的血管狭窄，从而减轻微血管损害。

3．3 MicroRNA参与了RAS介导的微血管纤维化 在Zheng等［15］关于血管外膜的研究中，发现过量表达的miR-155不影响AngⅡ mRNA的表达量，但其蛋白质表达量下调。此外，通过转染pSUPER/miR-155能够抑制AngⅡ介导的ERK1/2的活化，从而减弱成纤维细胞中α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)表达，改变成纤维细胞的表型。在微血管病变中，低水平的miR-155不足以抑制AngⅡ，从而上调α-SMA表达。α-SMA表达上调使成纤维细胞表型发生转化，纤维合成加快，从而加速微血管纤维化。miR-324-3p则通过下调脯氨酰内肽酶(prolyl endopeptidase，Prep)抑制Prep蛋白对血管紧张素的降解，进而促进微血管基质的沉积，加速微血管纤维化［16］。

4 microRNA参与氧化应激介导的微血管损伤

氧化应激损伤是微血管病变进展的重要原因。microRNA参与氧化应激介导的微血管损伤，包括升高氧化应激水平和直接参与氧化应激对微血管的损伤。在Murray等［17］的研究中发现，miR-200b能够通过下调氧化抗性蛋白1(oxidation resistance 1，Oxr1)的基因表达，增加氧化应激水平。研究还发现，miR-25上调NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4，NOX4)表达，增强高胆固醇诱导的氧化应激［18］。MicroRNA还可通过对谷胱甘肽、细胞色素P450、核因子E2相关因子2等多种参与氧化调节因子的调控，升高氧化应激水平。氧化应激水平升高能够促进血管细胞产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)。ROS是细胞内一种重要信使，能够使促凝血因子、黏附因子、内皮素和VEGF、TGF-β及MCP1等蛋白表达，最终导致内皮细胞损伤、血流动力学调节受损，加速微血管病变的恶化。此外，microRNA还直接参与氧化应激对微血管的损害。Bae等［19］的研究发现，let-7f(一种与血管生成相关的microRNA)能够调控血小板反应蛋白2(thrombospondin 2，TSP-2)。而TSP-2参与微血管病变中氧化应激对骨髓源血管生成细胞的损害，从而起抗血管再生作用。提示microRNA直接参与了氧化应激所致的血管再生紊乱。

5 MicroRNA参与物质代谢介导的微血管损伤

5 ．1 MicroRNA参与脂代谢异常介导的微血管损伤

脂代谢异常不仅能对大血管造成损伤，近年研究表明，脂代谢异常还能损伤微血管，是加速微血管病变进展的重要原因。MicroRNA通过调控脂代谢参与了其介导的微血管损害，其机制涉及了脂肪炎症因子合成、脂肪细胞分化、脂肪氧化等多方面。在Zhu等［20］的研究中发现，miR-335参与了脂肪炎症因子包括瘦素、TNF-α、IL-6等的释放，这可能与微血管中脂肪组织所致的炎症反应相关。miR-30c能诱导多能干细胞中脂肪细胞标记基因的表达，并增加甘油三酯在干细胞内的堆积，从而加速其向脂肪细胞分化［21］。此外，miR-335也能刺激脂肪细胞分化。Meerson等［22］的研究发现，过量表达miR-221组中能够检测到脂肪代谢下游的瘦素和TNF-α。而在瘦素或者TNF-α处理组中，miR-221表达则被抑制。提示miR-221处于脂肪代谢调控的上游。miR-221还下调Ets-1和脂肪连接蛋白;Ets-1与血管生成有关，其下调能抑制血管生成。脂肪连接蛋白则与线粒体功能、氧化应激相关［23］。脂代谢紊乱，血中甘油三酯升高，高密度脂蛋白降低，促使血管弹性下降，血管硬化，特别是微小血管内膜粗糙及退行性改变，造成血小板聚集增强，阻塞管腔，从而加速微血管病变的进展。另外，血脂升高还能促进肾小球系膜细胞的增生从而加速肾微血管硬化。

5 ．2 MicroRNA参与糖代谢异常介导的微血管损伤

MicroRNA通过对胰岛素水平和胰岛素抵抗调节加速糖代谢紊乱，进而加剧高糖环境对微血管的损害。在Zhao等［24］的研究中发现，miR-30d降低胰岛素转录因子肌腱膜纤维肉瘤癌基因同系物A(v-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homologue A，MafA)的水平，从而下调胰岛素基因转录，降低胰岛素产量。大量研究证实，microRNA还参与β细胞功能的调节紊乱，从而降低β细胞胰岛素的分泌和释放。Kornfeld等［25］通过对肥胖模型以及肥胖人群的观察，发现miR-802能够降低葡萄糖耐量，减弱胰岛素敏感性，加重胰岛素抵抗。其它研究中还发现miR-143、miR-181、miR-107、miR-103 等也能增加胰岛素抵抗，加速糖代谢的紊乱;另外，miR-143还通过抑制胰岛素信号诱导的蛋白激酶B活化来影响糖代谢［26］。MicroRNA参与的糖代谢异常使机体处于高糖环境，高糖环境增加有害的糖基化终末产物、氧化应激以及炎症反应等，从而加速微血管病变的进展。

6 MicroRNA调控微血管病变的其它机制

MicroRNA还存在其它调控微血管病变的机制。(1)MicroRNA能降低微血管的弹性，加重微血管损害。在Goettsch等［27］的研究中，通过碱性磷酸酶活性和基质矿化分析，发现下调miR-125b水平能够增加碱性磷酸酶活性和血管基质的矿化。表明miR-125b下调能够促进基质矿化，降低血管弹性，加速血管硬化，从而加重微血管损害。(2)MicroRNA还能增加上皮细胞的胶原产量，损害微血管。如miR-29c表达下调能增加上皮细胞Ⅰ型胶原的产量，从而加速微血管硬化［28］。(3)MicroRNA还能增加微血管基质的沉积。Long等［29］的研究表明，miR-29c促进微血管细胞外基质的沉积，从而阻塞微血管，加重微血管损害。(4)MicroRNA还参与了内皮细胞的血管再生调节。MicroRNA通过影响内皮细胞的功能，干扰内皮细胞诱导的血管再生［30］。血管再生抑制延缓微血管损伤修复，加速缺血组织器官的衰竭。

7 展望

越来越多的研究证实microRNA在微血管病变发生发展中起了重要作用;随着研究的不断深入，人们对microRNA调控微血管病变机制有了一定的认识;但其具体的调控机制仍不够明朗，尤其是各调节机制间的关系有待进一步的探索和研究。对于microRNA调控微血管病变机制的深入了解，不仅能够加深人们对微血管病变认识，而且能为微血管病变的诊断和治疗提供新思路。