微小RNA调控血管内皮细胞凋亡机制的研究进展

2018-02-14胡桃红王静宇郑洪伟戴钟铨

解放军医学院学报 2018年9期

刘佳，胡桃红，袁敏，王静宇，郑洪伟，戴钟铨，袁明

1锦州医科大学，辽宁锦州 121001；2火箭军总医院心内科，北京 100088；3中国航天员科研训练中心航天医学基础与应用国家重点实验室，北京 100094

血管内皮细胞是内衬在血管内膜表面的单细胞层，对维持血管正常张力、血液的正常状态发挥重要作用，是血液与血管肌层之间的桥梁，参与血管的发育过程。内皮细胞凋亡是血管内皮损伤的始动因素，是多种心血管疾病的病理基础。微小RNA(microRNA，miRNA)是一类长度为18 ～25个核苷酸的内源性非编码单链RNA，自1993年Lee等在秀丽隐杆线虫中发现第一个可以调控细胞的时序表达的miRNAs，并命名为lin-4后[1]，不断有新的miRNAs从动物、植物、微生物中被发现。其参与编码蛋白调控，调节体内所有病理、生理过程[2]。细胞凋亡是多种心血管疾病的始动因素，miRNA可通过对细胞凋亡的调控实现对血管内皮细胞的功能调节，在心血管疾病调节中发挥重要作用。如miR-99a可抑制高胰岛素的促血管平滑肌细胞增殖效应，诱导平滑肌细胞凋亡[3]。对血管内皮细胞的研究发现，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)刺激的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell，HUVEC)中miRNA表达谱发生明显变化，miR-365在内皮细胞中可靶向调节Bcl-2[4]，抑制Bcl-2表达，通过线粒体凋亡途径促进ox-LDL诱导的活性氧(reactive oxygen species，ROS)产生，最终导致内皮细胞凋亡。本文总结了近年来miRNA参与内皮细胞凋亡调控机制的研究进展，为防治心血管疾病提供新思路。

1 MiRNAs调控心血管疾病

1.1 MiRNA与动脉粥样硬化动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种全身性血管炎性疾病，是引起心脑血管疾病的始动因素。在AS形成过程中，ox-LDL与巨噬细胞的清道夫受体结合形成巨噬源性泡沫细胞，并可导致泡沫细胞的崩解坏死，在血管壁上形成糜粥样坏死物。ox-LDL可诱导内皮细胞凋亡，破坏内皮的完整性和屏障功能，导致血管内膜增厚、炎症细胞浸润、脂质沉积。此外凋亡的内皮细胞可导致不稳定的斑块形成，导致斑块破裂和动脉栓塞，并引发心脑血管意外。一项由ox-LDL诱导HUVEC凋亡的研究中发现，细胞凋亡后 miR-150的表达上调，miR-150过表达可增强内皮细胞的凋亡率，而应用miR-150的抑制剂可部分缓解ox-LDL介导的细胞凋亡[5]。在对动脉粥样硬化斑块研究中发现，ox-LDL可诱导HUVEC中miR-34a表达上调，敲低miR-34a表达可抑制ox-LDL诱导的半胱天冬酶-9/3(Caspase-9/3)这一线粒体依赖性凋亡途径中关键酶的活化，促进抗凋亡蛋白Bcl-2表达并抑制促凋亡蛋白Bax的表达，稳定线粒体膜电位，降低Caspase-3活性[6]。研究证实miR-34a通过Bcl2/Bax-Caspase-9-Caspase-3途径促进HUVEC细胞凋亡，实现调节ox-LDL诱导内皮细胞凋亡的重要作用。有研究显示，miR-106b-5p在动脉粥样硬化斑块中的表达显著低于正常血管组织，肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可显著下调miR-106b-5p表达水平，并上调HUVEC中Caspase-3和细胞DNA片段化水平[7]。该研究表明，miR-106b-5p可直接靶向10号染色体上的磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)调节内皮细胞凋亡，PTEN是一种通过抑制磷酸肌醇磷酸酶/磷脂酰肌醇3(PI3K/Akt)途径，抑制肿瘤细胞增殖和存活的肿瘤抑制蛋白，miR-106b-5p过表达可通过与PTEN的3'-UTR的种子区直接相互作用，在mRNA和蛋白质水平上降低PTEN表达，进而增加PI3K/Akt通路的活性，部分降低动脉粥样硬化疾病发展中TNF-α诱导的Caspase-3的活化，实现对内皮细胞凋亡的抑制并促进内皮细胞增殖。

1.2 MiRNA与心肌梗死冠心病持续进展导致冠状动脉阻塞可引起心肌梗死(myocardial infarction，MI)，后者是全球范围内发病率、死亡率较高的疾病。心梗后的主要特点为细胞凋亡引起的血管内皮损伤、心肌纤维化及病理性重塑，miRNA可通过调节内皮细胞增殖、活化来实现对梗死心肌细胞凋亡的调控[8]。MI后miR-17-5p在内皮细胞中高表达，在凋亡内皮细胞中沉默miR-17-5p表达，可通过激活ERK通路促进胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)介导的磷酸化，通过蛋白酶体刺激细胞死亡蛋白BIM降解，抑制内皮细胞凋亡[9]。ERK通路激活还具有促进血管新生、改善心梗后微循环建立、保护心梗后心功能的作用。血管内皮位于循环血和血管壁之间，通过血流来维持流体剪切力(shear stress，SS)。SS可通过血管内皮生长因子受体-2(vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGFR-2)等机制来调节内皮细胞的增殖，而Kruppel-2(KLF-2)及Kruppel-4(KLF-4)样因子也对内皮细胞的活化具有持续性影响，KLF2是血管生成的关键介质，KLF4能够恢复分化的体细胞的编程并恢复其多能状态。在一项MI的研究中发现，MI患者miR-92a表达显著增加，凋亡内皮细胞释放的氧自由基诱发miR-92a上调，抑制了内皮细胞增殖，而miR-92a的抑制剂可以显著降低内皮细胞凋亡率，其机制是通过对KLF-2及KLF-4的调节[10]。KLF2/4在miR-92a阻断后明显增加，消除了氧自由基及SS导致的内皮细胞损伤[11]。虽然没有确切的研究证实miR-92a和KLF2/4与MI或内皮损伤有关，但miR-92a在MI后高表达，使其具有成为MI后早期诊断的生物标记物的潜力[12]。

1.3 MiRNA与缺血再灌注损伤心梗后对血管内的开通治疗将伴随着一些对临床结局不利的影响，包括心肌功能障碍、室性心律失常、代谢异常、微血管功能障碍以及心肌超微结构的改变，称为心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)[13]。随着血管内开通治疗的发展，MIRI越来越引起人们的重视。缺血再灌注损伤主要引起内皮细胞的缺血缺氧，线粒体抗氧化酶防御系统受到损害，线粒体凋亡途径在缺血再灌注损伤诱导的细胞凋亡中起关键作用[14]。一项缺氧引起的内皮细胞凋亡研究发现，缺氧内皮细胞线粒体的超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2，SOD2)减少，ROS的清除能力下降，ROS的堆积导致线粒体跨膜电位下降，并最终导致细胞凋亡[15]。通过生物信息学分析，发现了可调控SOD2的基因miR-335。MiR-335可负性调控SOD2的表达，阻断miR-335的表达能够增加SOD2，促进氧化应激条件下线粒体细胞内ROS清除，抑制心肌微血管内皮细胞的凋亡。血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)是一种重要的生物活性物质，在内皮细胞炎症诱导的细胞凋亡及多种心血管疾病中扮演着重要角色。在对AngⅡ诱导的内皮细胞凋亡研究中发现，AngⅡ诱导的内皮细胞凋亡伴随着miR-590-5p的表达下调，miR-590-5p模拟物减弱凋亡并降低ROS的产生，其机制是通过AngⅡ上调蛋白LOX-1表达[16]；应用小干扰RNA或TS92(LOX-1中和抗体)阻断LOX-1表达，可明显抑制细胞凋亡，并抑制Caspase-3的激活、细胞色素C的释放，增加LOX-1表达明显增加ROS的产生，诱导细胞凋亡。因此miR-590-5p或LOX-1阻滞剂可以治疗性地用于缓解内皮细胞凋亡。

1.4 MiRNA与心力衰竭心力衰竭(heart failure，HF)是许多心血管疾病的终末状态。HF心脏典型形态学表现为心脏增大，是心脏射血能力不足导致心肌肥厚的代偿性反应，心脏中毛细血管新生的破坏在从代偿性肥厚到失代偿性心力衰竭的过程中起着重要作用，心脏血管生成受损被认为是从心脏肥大向心力衰竭过渡的最重要机制之一[17]。因此与血管生成相关的miRNA是心力衰竭的关键调节因子。MiR-214在肥厚及心衰心脏中表达上调，可靶向内皮细胞增殖的关键转录调节因子XBP-1抑制内皮细胞增殖和冠状动脉血管新生，XBP1的异位表达可增强内皮细胞增殖和血管形成，并逆转miR-214过表达的抗血管生成作用[18]。动物实验中证实miR-124过表达加重了AngⅡ输注引起的心功能障碍，在对其作用的研究中发现miR-124是心脏血管新生的关键负性调节因子，可靶向调节在内皮细胞中丰富表达的细胞因子CD151，CD151对维持内皮毛细血管样结构和内皮细胞与细胞基质粘连的完整性发挥了重要作用[19]。MiR-124可直接靶向CD151，降低CD151表达，减弱了内皮细胞迁移、NO释放，促进内皮细胞凋亡，CD151的过表达消除了miR-124在HF中的促凋亡作用，这为心衰治疗提出了有希望的干预目标。

2 其他与内皮细胞凋亡相关的miRNA

MiR-6086最早从人间充质干细胞中发现，其在人胚胎干细胞向内皮细胞分化过程中被下调，是重要的内皮细胞标记物[20]。在血管内皮中，miR-6086可靶向调节钙黏蛋白5(cadherin 5，CDH5)[21]。CDH5是内皮细胞中特异性钙黏蛋白，对促进血管正常生长、维持血管内皮完整性具有重要作用[22]。TNF-α诱导的内皮细胞凋亡中发现，外源引入CDH5可使内皮细胞免于TNF-α诱导的细胞凋亡和细胞生长抑制。hsa-miR-6086模拟物显著降低内皮细胞中CDH5表达，当抑制hsa-miR-6086表达时可使凋亡因子TNF-α对CDH5的抑制作用消失，这表明TNF-α导致的细胞凋亡是通过促进hsa-miR-6086表达抑制CDH5表达实现的。

MiR-206是位于6号染色体上的双顺反子簇。在骨骼肌中，miR-206在肌肉组织上特异性表达并且对肌分化具有重要的调节作用[23]。MiR-206在心血管领域中对内皮细胞的调节也起到重要作用，阻断miR-206表达可增加血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达，促进新生血管形成并维持内皮细胞完整性，是血管生成的诱导剂[24]。VEGF的升高也是心肌梗死后患者血运重建的重要指标，可增加内皮祖细胞的增殖。MiR-206这种在凋亡细胞中高表达的特性，使其对冠心病患者具有生物标记物的潜在作用，可研发用于治疗冠心病的替代性疗法和预防干预措施。

一项高糖环境对内皮细胞功能影响的研究发现miR-3202促进内皮细胞凋亡[25]。高糖环境可降低Fas凋亡抑制分子2(FAIM2)的表达，该分子可通过抑制Fas相关死亡域蛋白(FADD)通路而缓解细胞凋亡。同时，高糖环境可诱导内皮细胞miR-3202表达上调，促进内皮细胞凋亡，机制为miR-3202通过直接结合FAIM2启动子的3'UTR抑制FAIM2的表达，以此靶向FAIM2介导FADD/Fas途径诱导内皮细胞凋亡。

MiR-663位于人类染色体20q11.1上，与细胞衰老、炎症和肿瘤的发生相关[26-27]。高尿酸环境促进内皮细胞凋亡，与高血压、冠心病等多种心血管疾病的不良预后相关[28]。研究发现miR-663在高尿酸环境高表达，可靶向抑制内皮细胞中转化生长因子β1，抑制内皮细胞迁移，抑制血管的新生及延迟损伤修复，促使内皮细胞发生功能紊乱[29]。