循环Micro RNA在缺血性卒中炎性反应通路中调控作用的研究进展

曹湘玉 王爱平 综述 汤永红 审校

缺血性卒中(ischemic stroke,IS)是一种由脑血管狭窄或完全阻塞而导致的脑组织缺血性坏死及神经功能损伤的疾病,是人类死亡和致残的首位原因。研究表明,IS具有发病率、复发率、死亡率、致残率高以及年轻化趋势等特点,70%的患者可遗留有不同程度的残疾,给社会和家庭造成了严重经济负担[1]。IS病理生理过程包括炎性反应、氧化应激、兴奋性毒性、细胞凋亡、血-脑脊液屏障破坏、脑水肿、钙超载、反应性神经胶质改变等方面[2],而炎性反应则贯穿其整个发病过程。研究发现,在IS急性期,脑缺血区的巨噬细胞和中性粒细胞产生肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)等炎性反应介质[3],引起炎性反应,造成脑组织缺血再灌注损伤及梗死[4]。Khoshnam等[5]研究证实,抑制炎性反应将成为IS治疗的关键措施之一。近年研究发现,血循环Micro RNA(MiRNA)广泛参与细胞生长、增殖、凋亡、分化等生理病理过程,是细胞炎性反应过程中的重要调节因子,其在IS发生、发展过程中可通过调控炎性反应通路而发挥作用。本文就循环MiRNA在IS炎性反应通路中的调控作用研究进展做一综述,为探索防治IS提供新思路。

1 MiRNA简介

MiRNA是一类广泛存在于植物、动物、病毒、真菌及人体中的内源性非编码RNA,通过与靶基因RNA(m RNA)的3'-非翻译区(3'UTR)结合,具有降解m RNA或抑制翻译作用,参与几乎所有的病理生理过程。MiRNA最早于1993年由Lee等[6]在线虫中发现。随着研究的深入,研究者们不断发现新的微小RNA分子,具有转录和转录后调节功能。2001年,国际上将这类非编码小分子RNA统一命名为MiRNA,成为生物医学领域的重大发现和研究热点之一。研究证明,MiRNA不仅在组织中有表达,还能够离开组织细胞进入血液,稳定存在于血液中成为循环MiRNA[7],广泛参与细胞生长、增殖、凋亡、分化等生理病理过程。

2 MiRNA与IS

血中循环MiRNA与IS密切相关,其在IS的进展、诊断、治疗及预测的整个过程中起着重要作用,且有可能成为IS的非侵入性生物标志物及潜在的治疗靶点[8]。研究发现,在IS患者急性期内(1～7 d),miR-27a、miR-125b-2、miR-627、miR-422a及miR-488的表达均明显高于恢复期[9];IS患者血浆中miR-107、miR-128b和miR-153的表达明显上调[10]。人类脑富含的miR-124在卒中发病后24 h降低,与梗死面积呈负相关,具有保护神经元的作用[11],提示在脑梗死急性期使用miR-124 mimics可能是一种潜在的治疗策略之一。Yang等[12]研究结果显示,IS模型鼠血浆miR-15a/16-1表达上调,可促进炎性反应进而加重缺血性脑损伤,抑制miR-15a/16-1后可减少促炎细胞因子如IL-6、TNF-α的表达,明显减少脑梗死体积并改善脑缺血后神经功能缺损,提示miR-15a/16-1可能成为MiRNA治疗IS的潜在靶标。Zeng等[13]研究发现,急性IS患者血浆miR-210水平与其预后密切相关,患者血浆miR-210水平越高,提示其预后越好。

3 循环MiRNA与炎性反应通路

MiRNA是绝大多数细胞炎性反应过程中的重要调节因子,MiRNA在IS发生、发展中可通过调控炎性反应通路而发挥作用。

3.1 核因子-κB(NF-κB)信号通路NF-κB信号通路参与IS损伤的各种病理生理过程,在非刺激条件下,细胞质中NF-κB与NF-κB抑制剂(IκB)结合成三聚体复合物,处于失活状态。炎性反应信号激活后,激活的IκB激酶复合物可以磷酸化IκB促进其蛋白酶体降解,从而促进NF-κB释放,NF-κB进入细胞核启动下游促炎细胞因子、趋化因子和白细胞黏附分子等的释放。研究发现,炎性反应相关信号通路分子的表达受MiRNA调节[14]。

3.1.1 TLR4/My D88/NF-κB通路:Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)是连接先天免疫与后天获得性免疫的关键蛋白质分子,当炎性反应刺激TLRS时,TLRS被激活,激活TLRS可通过髓样分化因子88(myeloid differentiation factor88,My D88)依赖和非My D88依赖两条信号通路发挥促进IS发生、发展的作用。研究表明,MyD88可激活NF-κB通路,是TLR4信号传导通路下游重要的调节因子,促进炎性反应因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达及释放[15]。Xu等[16]研究发现miR-1906可靶向抑制TLR4的表达,进而抑制IS后的神经炎性反应损伤。miR-155可通过上调TLR4及 MyD88的表达来促进TNF-α和IL-1β的表达,激活脑组织中的NF-κB信号通路,导致IS脑缺血损伤加重;而下调miR-155表达可抑制炎性反应通路的激活进而阻止或延缓IS的进展[17]。此外,Yang等[18]研究亦证实miR-155通过激活TLR4/NF-κB通路参与IS后炎性反应的调控。Chen等[19]研究表明,过表达 miR-497可抑制TLR4、My D88和NF-κB的表达进而减少急性IS后炎性反应因子的表达及释放。

3.1.2 IRAK1/4-NF-κB通路:白细胞介素-1受体相关蛋白激酶1/4(IRAK1/4)是IRAKs(interleukin-1 receptor associated kinases,IRAKs)家族的成员,具有激酶的活性,参与细胞炎性反应过程。炎性反应刺激机体后,IRAK1、IRAK4与TLRs结合,IRAK-1被IRAK4磷酸化,与肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)形成复合物,导致TRAF6的寡聚化并激活NF-κB信号通路,从而刺激促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α的释放,并启动下游炎性反应级联反应[20]。

MiR-146a可靶向抑制IRAK1,进而抑制NF-κB通路,从而在动脉硬化形成过程中抑制内皮细胞的激活而发挥保护作用[21]。Zhang等[22]通过研究IS模型鼠发现,miR-146a的下调可促进IRAK1的表达,激活脑血管系统中的NF-κB,使缺血性脑损伤进一步加剧,促进IS发生、发展。Fang等[23]研究发现,过表达miR-544可负调控IRAK4的表达,改善缺血再灌注后脑组织中的炎性反应;Tian等[24]研究证实 miR-93通过靶向IRAK4/NF-κB信号通路抑制脑缺血再灌注后的炎性反应,减轻神经功能缺损并减少脑梗死的体积。

3.1.3 TIMP2/p38MAPK/NF-κB通路:研究发现,基质金属蛋白酶抑制物2(tissue inhibitor of metalloproteinases 2,TIMP2)在脑梗死患者梗死区域组织的脑微血管中表达上调,过表达TIMP2可依次激活细胞外信号调节激酶1/2和c-Jun N末端激酶1/2信号通路,进而升高丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)的磷酸化水平而介导炎性反应[25]。Fann等[26]研究发现MAPK和NF-κB信号通路在调节脑缺血皮质神经元和脑组织中炎性细胞的表达和活化中起重要作用。p38MAPK是MAPK一个重要的信号通路,在炎性反应、应激等多种病理生理过程中发挥重要作用,一旦被激活,磷酸化的p38MAPK快速实现信号传递,激活NF-κB信号通路,介导炎性反应,促进IS进程[27]。Liu等[28]研究发现,在IS模型鼠脑梗死组织海马CA1区TIMP2、p38MAPK表达上调,而miR-410表达下调;TIMP2是miR-410的靶基因;过表达miR-410通过靶向TIMP2调节MAPK途径而抑制IS海马神经元的丢失,减轻炎性反应损伤,减少梗死区域面积;miR-410升高或TIMP2降低可促进细胞存活率和增殖,发挥抗炎及保护神经的作用。

3.1.4 Act1/NF-κB通路:Act1即NF-κB激活剂1(NF-κB activator 1,Act1),活化的Act1可直接激活其下游IκB激酶,参与NF-κB的转录调控,诱导促炎因子IL-6的分泌,促进炎性反应。Sun等[29]研究表明,Act1/NF-κB信号通路与IS后炎性反应损伤有关,Act1作为miR-298的靶标,在IS模型鼠中表达上调,而miR-298表达下调;过表达miR-298通过负调控Act1/NF-κB信号通路,促进炎性反应发生、发展,从而加剧缺血性脑梗死损伤和神经功能缺损。Sun等[30]研究还发现,IS模型鼠Act1表达上调,miR-215表达下调;上调miR-215可负调节Act1/NF-κB信号通路,减少缺血性梗死面积和改善神经功能缺损。

3.2 JAK2/STAT3信号通路JAK2/STAT3是JAK/STAT信号通路中重要的一条,与炎性反应密切相关,在IS的发病机制中起重要作用[31]。JAK2蛋白主要在大鼠大脑神经元胞质内和少数胶质细胞内表达,STAT3蛋白则广泛分布在大鼠整个大脑神经系统,在脑缺血再灌注损伤后磷酸化的JAK2和STAT3表达量明显增加[32]。研究表明,磷酸化的STAT3可释放促炎介质而促进IS后炎性反应,加重脑损伤,抑制STAT3激活后可抑制脑缺血再灌注损伤中的炎性反应[33]。Tian等[34]经荧光素酶报告基因检测证实,miR-216a直接靶向JAK2的3'UTR,过表达miR-216a可抑制IS模型脑缺血区JAK2蛋白水平,负调节JAK2/STAT3信号通路,抑制炎性反应介质及炎性细胞因子生成,减少脑梗死区的体积并改善神经功能缺损。

3.3 Notch信号通路Notch信号通路由4种Notch受体(Notch1/2/3/4)、5种 Notch 配体(Delta-like1/3/4、Jagged1和Jagged2)和效应分子(CSL和Hes)组成。在中枢神经系统中,小胶质细胞均表达Notch通路相关分子。在脑缺血再灌注损伤模型中,Notch信号通路激活,Notch1通过其配体Jagged1激活小胶质细胞,促进促炎细胞因子的分泌,促进炎性细胞的浸润[35]。Cao等[36]研究发现阻断Notch1通路,可降低促炎因子IL-1β、IL-6等的表达,抑制炎性反应。Shi等[37]研究证实Notch1为miR-137的靶基因,在脑缺血缺氧损伤模型中miR-137靶向负调控Notch1,抑制Notch信号通路,从而保护神经元免受脑缺血缺氧引起细胞损伤。

3.4 TGF-β/Smad信号通路转化生长因子-β(TGF-β)超家族是一组可以调节细胞生长、分化、增殖和凋亡的蛋白质,迄今已发现TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3和 TGF-β1β2四种亚型,能与相应的TGF-β受体结合,主要由Smads蛋白(drosophila mothers against decapentaplegic protein)家族转导信号,介导跨膜信号传入细胞核内与转录因子结合,调控靶基因的表达[38]。研究发现 TGF-β/Smad通路在炎性反应的发展过程中起关键调节作用。Wang等[39]研究表明在脑缺血再灌注损伤模型中,损伤24 h后检测脑组织海马CA1区TGF-β1表达明显增加,p-Smad2/3水平也呈逐渐上升趋势,而阻断TGF-β/Smad3信号通路后,脑梗死体积增大,神经功能缺损评分增加,提示TGF-β/Smad2/3信号通路在脑缺血再灌注损伤后发挥抗炎及神经保护作用。Liu等[40]研究发现脑缺血后miR-21明显上调并且通过TGF-β信号传导通路来调节神经元前体细胞,改善炎性反应后神经损伤;miR-34a可能通过抑制脑缺血后的TGF-β/Smad4信号通路来负调节神经元前体细胞的增殖,促进脑缺血损伤后神经恢复[40]。

4 结语和展望

近年来脑卒中造成的危害日趋严重,发病4.5 h内采用组织型纤溶酶激活剂进行静脉溶栓是目前治疗的有效方法,但由于治疗时间窗较窄,临床上真正获益的患者不超过3%,因此需要不断寻求新的靶点为IS的防治提供新策略和新思路。

多种MiRNAs参与IS的炎性反应并在其中起着重要的调控作用,成为近年来研究的重点和热点。如通过MiRNA mimics上调对神经系统有明显保护作用的MiRNA,可抑制IS后的炎性反应,促进受损脑细胞的修复;或通过 MiRNA inhibitors下调某些可加重缺血后炎性反应及神经损伤的MiRNA,则可减轻脑卒中后的炎性反应,减轻脑损伤及脑梗的发生。进一步探讨MiRNAs在IS中的作用对IS的预防、诊断、治疗及预后评估均具有重要临床意义。