层流切应力通过miRNAs抑制内皮细胞增殖

陈国军(综述)，胡雪松(审校)

(广东医学院附属深圳福田区人民医院心内科,广东 深圳 518000)

血管剪切应力是由于血管内血液流动产生的摩擦力，为机械力，其通过转换成细胞内信号而影响内皮细胞病理生理功能。微RNA(microRNA，miRNA)广泛参与调控内皮细胞的基因表达。目前认为层流剪切应力可通过减少血管内皮细胞炎症发生、抑制其增殖、内皮细胞血管新生及炎症反映发挥抗动脉粥样硬化作用,而这一作用通过诱导miRNA表达并作用目的蛋白实现[1-4]。该文就近年来层流剪切力调控内皮细胞的形态、结构、功能等研究进展予以综述。

1 层流切应力调控内皮细胞功能机制

目前层流切应力对内皮细胞功能影响的具体机制仍然需要进一步阐明。目前研究认为,层流剪切应力可通过调节基因的表达而调节内皮细胞生物学功能[5]。在转录水平分子机制上，血流产生剪切应力引起基因表达的改变已经得到广泛的研究并证实，国内外学者的研究表明，在血管层流剪切应力作用下，如核因子κB、转录因子kruppel-like factor 2(KLF2)、去乙酰化酶等转录因子被发现起着传递诱导内皮细胞基因表达作用，从而参与内皮细胞各项功能的调节[6-8]。最近不少国内外学者开始重视转录后水平研究切应力对内皮细胞功能调控的机制。miRNA是一系列高度保守非编码家族性RNA(长度多位19～22个核苷酸)，可在基因转录后水平调节目标信使RNA(mRNA)基因表达或促进其功能衰退，从而调控血管内皮细胞功能[9-10]。目前研究发现，层流剪切应力通过miRNA在转录后调节内皮细胞内目标基因表达而发挥作用，miRNA在层流剪切应力对血管内皮细胞功能调节上起着关键传递作用[11-13]。miRNA是一类家族性基因，具有许多表型，不同种类在内皮细胞中起着不同作用，在层流剪切应力影响下，部分miRNA表达上调，而一部分会产生表达抑制[14-16]，正是通过miRNA与目标mRNA的结合影响内皮细胞基因表达发挥调控作用，目前已发现miRNA参与血管内皮细胞衰老、增殖及炎性反应等多方面的调控，在血管性疾病的发生、发展中起着关键作用[17-18]。

2 miRNA的基本特征

miRNA是一个家族性的RNA(20～26个核苷酸的长度)，可调节真核生物中的基因表达，最早于线虫中发现，并发现广泛存在于真核生物细胞内。目前为止在人类发现约有700多个基因组，其中20%～30%参与蛋白质翻译的调节，miRNA通过沉默基因表达而抑制蛋白质的翻译，或通过加速mRNA功能减退，发挥了各种病理生理作用，包括细胞增殖、分化、凋亡、代谢及血管新生等[19-21]。此外，miRNA在某些疾病当中具有高度的组织特异性，可作为疾病诊断的特异标志物，用于疾病的诊疗。miRNA是由RNA聚合酶Ⅱ催化转录而成，在细胞核内经Drosha和DGCR8/Pasha加工修饰成为前体miRNA(pre-miRNA)，前体miRNA为60～70个核苷酸长，经特殊蛋白转运至胞质中(主要的miRNA)，在胞质中由Dicer酶或在胞核被CAF(Dicer酶的同族物)剪切、修饰加工成熟，形成20～26个核苷酸长度的成熟miRNA[22-24]。

3 剪切力对血管内皮细胞基因表达调控的影响

Wang等[25]认为，血管层流切应力对内皮细胞具有保护作用，层流切应力可通过调节内皮细胞基因的表达，参与调节血管张力、诱导血栓形成、控制细胞生命周期以及血管炎性反应等，起到减少内皮细胞炎症发生及抑制其增殖的作用。他们利用DNA基因芯片技术检测内皮细胞DNA发现，将内皮细胞暴露在15×10-5N/cm2的层流切应力作用24 h后，大约有3%左右的基因表达增加一倍以上或显著下降，其中表达上调的基因主要参与抗氧化、抗内皮细胞增殖、减少细胞炎性反应，而表达下调基因主要与DNA合成及细胞生命周期有关，这表明层流切应力具有调控内皮细胞基因表达发挥保护内皮细胞作用。同样，Weber等[26]也利用基因技术，在一些剪切力反应基因的启动子上游序列中确定了一种应力响应元件。有研究发现，响应元件与血管内皮细胞DNA特异性结合，可使基因产物上调或下调，这类基因包括：一氧化氮合酶、内皮素1、原癌基因c-Fos、c-Jun、转化生长因子β和单细胞趋化蛋白1等[27]。层流切应力对miRNA表达的影响由Ni等[28]比较了内皮细胞在有无层流剪切压力(12×10-5N/cm2)miRNA的表达，发现层流处理约12 h的内皮细胞在芯片上的569个miRNA中，有35个miRNA显著上调，而26个显著下调[27-28]。miR-19A就是其中一个经切应力处理出现显著下调的基因型，它在静止状态下高度表达，而经剪应力处理后，表达水平显著下降。进一步检测目的蛋白的研究发现稳定过表达miR-19A，可显著减低目标蛋白cyclinD1的水平，使细胞周期停滞在G1/S期，抑制内皮细胞的增殖。反之miR-19a被抑制后，内皮细胞增殖显著增加，由此证实层流剪应力通过调节miRNA的表达，发挥抑制内皮细胞增殖的作用[29]。

4 miRNA对内皮细胞的作用

miRNA是一个家族的高度保守的非编码单链RNA，可在转录水平调控基因表达而发挥作用。目前超过700个miRNA在人类基因组已经确定，其中20%～30%调节人体的蛋白质编码基因而发挥病理生理作用[30]。目前认为miRNA对血管内皮细胞的调节作用是在细胞衰老、血管生成和血管炎症等方面发挥作用。其中miR-34A、miR-217、miR-200、miR-146C和miR-181A等基因型参与调节细胞应激和增殖；miR-130A、miR-210、miR-424、miR-17-92、miR-27-B、miR-217基因型参与促血管生成； miR-221和miR-222具有抗血管生成的属性；而miR-31、miR17-3β、miR-155、miR-221、miR-222、miR-126等基因型则参与调控血管炎症的发生、发展[30-31]。血管内皮细胞功能与心血管疾病关系密切，而miRNA则参与血管内皮细胞的功能调节，因此认为miRNA的表达分析对心血管疾病的早期诊断及治疗意义重大。

5 层流切应力抑制内皮细胞增殖机制

Ju等[32]在剪切应力调控内皮细胞增殖的机制研究中，认为血管层流剪切应力可诱导内皮细胞特定基因表达发挥调控作用，其中稳定的层流剪切应力可抑制内皮细胞增殖、血管新生及减少炎症反应，从而起到抗动脉粥样硬化的作用。他们对层流剪切应力调控血管内皮细胞增殖的机制进行了深入研究，研究表明层流剪切应力通过诱导miR-19a表达上调，miR-19a通过与cyclinD1基因3′-非翻译区结合，抑制cyclinD1基因表达，减低蛋白cyclinD1在内皮细胞内含量而发挥作用，而cyclinD1在细胞周期中具有促进G1/S细胞周期进展的功能，抑制了cyclinD1可导致内皮细胞停留在G0/G1细胞周期。归纳可得层流剪切应力可通过miR-19a作为传递载体，通过抑制目标cyclinD1基因表达，减少cyclinD1从而阻碍内皮细胞增殖进程而发挥抑制内皮细胞增殖作用[33]。

Urbich等[33]也对层流剪切应力调控内皮细胞增殖的机制进行了研究，他们的研究表明层流剪切应力可引起miR-101表达上调，并可与雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)3′-非翻译区结合，抑制mTOR基因表达，减低蛋白mTOR在内皮细胞内含量而发挥作用，而mTOR与cyclinD1一样，使内皮细胞停留在G0/G1细胞周期。

层流剪切应力可通过miR-101a作为传递载体，通过抑制目标mTOR基因表达，减少蛋白mTOR表达，阻碍内皮细胞细胞周期进程，抑制内皮细胞增殖作用。他们的研究进一步补充了层流剪切应力通过诱导miRNA表达，调控内皮细胞功能的具体机制[34]。

Doebele等[34]学者在血管生长因子对血管形成机制的研究中表明，血管生长因子可通过下调miR-101发挥促进血管形成作用，miRNA可直接作用于组蛋白甲基转移酶(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)发挥作用，miRNA表达上调可抑制EZH2下调发挥作用，相反抑制miRNA可引起EZH2的表达增加，引起血管内皮细胞增殖从而促使血管生成。Zhou等[35]在对miR-101调控前列腺癌内皮细胞功能的研究中，发现人为使miR-101的表达上调，可使目的基因EZH2表达下调，发挥抑制肿瘤细胞增殖作用，从而起到抗肿瘤细胞生长，延缓肿瘤进程的积极保护作用[36]。

6 展 望

血流切应力通过miRNA调控目标mRNA表达发挥作用，最终发挥抗动脉粥样硬化作用，血流切应力可通过调控miRNA的表达实现对内皮细胞功能的调节，因此进一步了解层流切应力调控内皮细胞的形态、功能及与动脉血管损伤等作用机制，对从分子水平探索预防和治疗心血管疾病具有重要意义。目前切应力通过miRNA影响内皮细胞功能的部分靶标已得到证实，但是miRNA对内皮细胞功能调控的机制仍有待进一步完善，值得进一步探讨。

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