非编码RNA与高血压关系研究进展

丛俣奕徐 欣

高血压是心血管疾病(CVD)的主要风险因素。根据2016年全球高血压差异人群的研究报告[1]，在2000年至2010年期间，全球人群有31.1%(约13.9亿人)患高血压。2017年美国心脏病学会(ACC)和美国心脏协会(AHA)新指南将高血压的定义降低至130/80 mmHg，而不是原来的140/90 mmHg，意在进一步强调高血压早期发现和早期干预的重要性[2]。高血压的发生发展是复杂和多因素的，目前认为与肾素 - 血管紧张素 - 醛固酮系统(RAAS)、血管内皮功能障碍等多种遗传及环境因素有关[3-7]，因此治疗药物的研究也是靶向相关信号传导途径的基因及其编码的蛋白质。现有药物已能一定程度降低CVD死亡率(33%)、主要不良心血管事件(29%)和心力衰竭(37%)，但与公众健康需求尚有较大差距，仍需进一步研究其发病机制和靶向治疗策略[8，9]。随着基因芯片技术和高通量测序水平的不断提高，非编码RNA (ncRNA)在有关疾病，包括高血压进展中的作用越来越受到关注。ncRNAs是一种由DNA转录而来的功能性RNA，参与调控基因表达和抑制信使RNA(mRNA)的翻译和降解，不翻译成蛋白质[10]。miRNA和长链非编码RNA(lncRNA)是其两个主要类型，已经在高血压患者和动物模型中进行了广泛研究。本综述主要介绍miRNA和高血压发病机制的关系、lncRNA在高血压中的表现以及miRNA与高血压治疗的研究进展。

1 miRNA在高血压发病机制中的作用

miRNA(18-24bp)是主要的基因调控因子，通过与mRNA的3'非翻译区(UTR)结合来控制特定基因表达，从而触发翻译机制的抑制。一个miRNA可以调控一个到几百个基因，一个基因可以被多个miRNA调控。miRNA可以来源于组织、 尿液、 血清、血浆和细胞(包括外周血单核细胞和血管内皮细胞)，当前miRNA研究的理论基础主要来源于针对存在于外泌体、微泡或凋亡小体中的循环miRNA。循环miRNA的主要功能是与相邻或远处的靶细胞进行通讯并进行基因表达调控，如内皮细胞和血管平滑肌细胞(VSMCs)之间的通讯可通过细胞外囊泡中的循环miRNA调节[11]。

1.1 miRNA对RAAS的调节作用

RAAS是一种激素系统，其通过对心脏收缩性、血容量和血管阻力的影响来调节血压。RAAS是各种器官和系统的生理功能的合作，包括肾系统、心血管系统、中枢神经系统和肾上腺。RAAS涉及许多分子参与者：肽，如血管紧张素II(AngII)及其底物血管紧张素原(AGT)；酶，如血管紧张素转换酶1和2(ACE1和ACE2)；醛固酮和加压素，如抗利尿激素(ADH )和受体，如AngII受体1型和2型(AT1R和AT2R)，缓激肽受体B2(BDKRB2)、血栓素A2受体(TBXA2R)等。当RAAS水平失衡即可导致高血压的发生。研究发现RAAS的许多主要参与者受miRNA调控。根据单核苷酸多态性(SNP)数据集，编码AT1R的血管紧张素原受体1(AGTR1)基因受miR-155调控，经由miR-155优先结合AGTR1的3'UTR位置+1166处的A等位基因来实现。高血压病例在该位置C等位基因的发病率高于A等位基因，以及miR-155与AGTR1结合减少[12]，并且C等位基因纯合子个体表现出更低的miR-155和更高的AGTR1表达。此外，在高血压队列研究中发现RAAS蛋白基因的miRNA结合位点SNP与血压升高(在AVPR1A中)或降低(在BDKRB2和TBXA2R中)相关，表明miRNA通过RAAS基因对血压调节作用[13]。另有来自人、大鼠和小鼠的微阵列数据显示，miR-483-3p可以下调AT2R、AGT、ACE1和ACE2[14]；通过激活硫酸腺苷(AMP)依赖蛋白激酶 (AMP-activated Protein Kinas，AMPK)通路中的p53途径可以上调miR-143/145，还下调ACE表达[15]。最近的一项研究还表明敲除miR-143/145小鼠，在AngII诱导血压升高条件下，与野生型同窝仔鼠相比，发生了严重的血管炎症和纤维化[16]。

另一方面，AngII作为诱导醛固酮和加压素释放的血管收缩剂，其水平变化也能改变miRNA的表达。对SD大鼠静脉输注AngII 10天，引起心脏肥大和纤维化后，大鼠心脏、主动脉和肾脏中miR-132和miR-212的表达增加。高血压患者应用AGTR1阻滞剂阻断AngII活性，可降低miR-132和miR-212的表达[17]。表明miR-132和miR-212表达水平与AngII水平和活性正相关[18]。还有研究认为miRNA表达变化可能作为肾素表达的生物标志物。在小鼠昼夜节律性高血压模型中，研究人员发现miR-181a下调与肾素在活动期表达增加相关[19]。

1.2 miRNA对血管的影响

1.2.1miRNA与血管内皮细胞功能障碍：血管内皮功能障碍与高血压高度相关。内皮细胞将血管扩张剂释放到血流中，降低血管阻力，有利于血管重塑和血压调节。血压升高能改变血管内皮细胞表型和功能。血管内皮功能障碍，可致一氧化氮(NO)生成减少，血管舒张功能降低以及活性氧(ROS)增加，进一步发展为血管紧张度增加，血管僵硬度和脉压增加，导致持续血压升高。维持内皮细胞表型涉及许多分子，如蛋白激酶、整联蛋白、内皮型一氧化氮合酶(eNOS)和NO、血管内皮生长因子(VEGF)和miRNAs等。研究显示，miRNA参与血管生成、内皮细胞增殖及其功能障碍等过程。

L-精氨酸是NO前驱物，其转运蛋白基因SLC7A1的表达水平可影响NO产生并诱发内皮细胞功能障碍。SNP在278例原发性高血压患者SLC7A1的3'UTR一个新的C / T多态性显示T等位基因频率为13.3%，而498例血压正常者为7.6%[20]。T等位基因能够破坏转录因子SP1的结合，延长3'UTR长度以增加miR-122的结合位点，从而降低SLC7A1的表达和NO生成。三个独立队列研究发现，抑制性miRNA(miR-505)的增加可抑制成纤维细胞生长因子18(FGF18，是促进内皮细胞迁移的促血管生成因子)，从而阻止内皮细胞的迁移和血管形成[21]。另一项研究发现，血管内皮细胞释放循环miRNA以对抗病原性病毒；从高血压和血压正常的中国人群血浆中分离出三种重要的miRNA：人巨细胞病毒(HCMV)miRNA(HCMV -miR-UL112)、miR-296-5p和let-7e，目前发现干扰素调节因子1(irf1)是HCMV -miR-UL112的靶标。高血压患者HCMV血清阳性率和定量滴度增加(52.7% vs 30%，P=0.0005; 1 870 vs 54/1 ml血浆，P<0.0001)，这表明巨细胞病毒中HCMV -miR来自血管内皮细胞的UL112，该研究提出HCMV感染与原发性高血压之间可能存在新的联系[22]。

eNOS负责血管内皮中NO的产生，eNOS抑制可降低NO水平，增加氧化应激，引起内皮功能障碍，导致高血压发生。研究表明，被称为内皮敏感性调节剂的miR-221/222簇可与内皮细胞eNOS mRNA的3'UTR结合来调节NO释放。另外，促炎细胞因子可上调miR-146a和miR-146b，不仅抑制内皮激活，还靶向HuR，(是抑制eNOS的RNA结合蛋白)[23]。其它miRNA，如内皮特异性miR-126也参与血管生成，其主要通过控制VEGF的内皮反应，抑制VEGF途径的负调节因子以及控制血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)水平实现[24]。

1.2.2miRNA与VSMCs：VSMC对于高血压的发病和治疗非常重要。血管内神经递质、循环激素和内皮衍生因子对血管舒张和收缩有着复杂的相互作用，VSMC能够影响血管张力，并调节血压、血管阻力和组织灌注。目前已有多种抗高血压药物靶向VSMCs(如ACE抑制剂、钙通道阻滞剂等)。研究人员已发现miRNA与VSMC的功能、动脉硬化的发展和高血压的发展过程相关，如调节动脉纤维化的miR-21即与动脉僵硬度的改善有关[18,25]。对95例接受降压治疗的原发性高血压患者进行的一项研究显示，miR-21与脉搏波速度之间呈负相关。另有一项包括89例受试者，其中60例患有原发性高血压，29例血压正常的研究显示，在血压正常者外周血单核细胞中仅发现少量表达的miR-143，miR-145和miR-133，而高血压组miR-21和miR-1表达均比正常血压者明显增加[26]。此外，miR-145在其与转化生长因子β(TGF-β)受体II(TGFBR2)结合中被发现具有双重作用，而TGFBR2信号的调节影响VSMC基质基因的下游表达[27]。最近有研究人员报道，通过计算机分析和萤光素酶测定，发现不仅miR-34b靶向细胞周期蛋白依赖性激酶6(CDK6)，miR-126和miR-223也都能通过其抑制CDK6的作用，参与调节血管炎症，控制细胞周期进展和增殖[28]。目前报道，有许多新的miRNA在原发性高血压个体中被检测到差异表达，如miR-29a / b / c和miR-510的表达增加；还有报道let-7miRNA和miR-92a与颈动脉内膜中层厚度(CMIT)增加相关[29]， 提示miRNA水平可用以反映CMIT增加的亚临床动脉粥样硬化的发展。表明miRNAs可被用作生物标志物检测高血压末端器官损伤新的支持证据。

2 lncRNAs在高血压中的表现

lncRNA的长度通常大于200bp，尽管它们被转录，3'聚腺苷酸化，5'封端和剪接，但lncRNA不能翻译成蛋白质。根据它们与编码区的相对基因组位置，有四种不同类型的lncRNAs，包括基因间lncRNAs(或lincRNAs)、内含子lncRNAs、有义lncRNAs和反义lncRNAs。与miRNA不同，lncRNAs在转录和翻译(上调和下调)、剪接、印迹和细胞周期发育中具有调节基因表达的许多功能。lncRNAs可以通过与染色质的相互作用使多个基因沉默，甚至可以将启动子募集到目标基因并诱导转录。lncRNAs同样也可以在尿液和血液中被检测到，为作为疾病的生物标志物提供可能性。尽管lncRNAs的分子机制尚未完全了解，但一些研究表明，它们在正常生理学以及高血压和心血管疾病的发展中发挥着作用。最近的报道显示，与正常血压对照组大鼠(WKY)相比，自发性高血压大鼠(SHR)有68个lncRNA上调和167个lncRNA下调，其中一种特定的lncRNA XR007793被证实在体外VSMC中上调，如果敲除XR007793，可减少VSMC的增殖和迁移，也抑制irf7，信号转导和转录激活因子2(stat2)和LIM仅有结构域2(limo2)[30]。此外，盐敏感性与SHR之间鉴定到749个lncRNA的不同表达,目前已从这些基因中筛选出4个候选lncRNA-mRNA相关基因，包括Asb3基因，阳离子转运调节因子同源物2(Chac2)、过氧化物酶体膜11B(Pex11b)和Sp5转录因子(Sp5)的锚蛋白重复序列和SPCS盒。对这些基因具有特异性的lncRNAs被上调，而这些候选基因的蛋白质被下调。而且在高血压患者血浆中检测到lncRNA AK098656上调,而该lncRNA能够介导VSMC合成表型[31]。人类全基因组关联研究(GWAS)发现H19 lncRNA这种仅在胚胎发育过程中表达的lncRNA，在心血管疾病中也显示上调[32]。另有报道显示，平滑肌和内皮细胞富集的迁移/分化相关长非编码RNA(SENCR)被证明在平滑肌细胞表型中起作用，研究人员同时发现生长抑制特异性5(GAS5)lncRNA可调节实验动物尾、肾、胸和颈动脉的重塑，而GAS5下调也影响大鼠高血压状态下的内皮细胞增殖和活化[33]。还有研究表明浆果类摄入可降低交界性高血压大鼠血压，并减少sONE lncRNA，进而改善eNOS表达[34]。

3 miRNA在治疗高血压中的应用

虽然miRNA的错误表达或突变与包括高血压在内的各种疾病有关，但是当前靶向miRNA的治疗研究仍处于初期阶段。在动物实验模型中，向SHR大鼠腹腔注射miR-22 antagomir(LNA寡核苷酸)，可使SHR的收缩压和舒张压降低约18mmHg[35]。此外，在人类microRNAome筛选中，miR-25显著上调，并且其上调特定作用于SERCA 2a的钙摄取。研究者发现在人和小鼠心肌细胞衰竭中都是如此，实验使用腺伴随病毒9(AAV9)使miR-25过表达，结果导致心肌收缩功能的丧失；在小鼠模型中使用针对miR-25的antagomirs，与接受对照antagomir寡核苷酸的动物相比，心脏功能明显提高，从而提高存活率[36]。目前有两种仍处于开发阶段的治疗性miRNA与血管系统疾病相关，有研究人员正在尝试MGN-2677用于治疗血管疾病，其涉及miR-143/145；对于外周动脉疾病的治疗，他们利用miR-92的功能进行了MGN-6114治疗设计。

利用这些小RNA分子的药物设计迄今已经遇到了低血清稳定性，非特异性靶向、先天性免疫反应和药理学性质差等挑战。如前所述，非特异性靶向即单个miRNA可靶向几个其它基因，而抑制一个基因可能不是由一个miRNA调控，使用一种miRNA治疗可能影响不需要在其表达中失调的其它基因。此外，在疾病和非疾病状态下miRNA分布存在种族差异，有研究分析了高血压和血压正常的非洲裔美国人和白人美国人之间的miRNA表达，发现非洲裔和白人高血压患者之间存在显著的mRNA/miRNA配对表达差异[37]。

4 小结与展望

虽然全基因组测序和RNA测序技术已经揭示了基因组中非编码序列的更多信息，部分基于基因序列的药物研究已被用于高血压的治疗，但高血压的复杂性使得在探索疾病机制和开发更好的治疗药物方面仍然存在空间。有研究结果表明，调控miRNA表达及其抑制作用是一个有前景的方向；对lncRNA的研究仍处于起步阶段，需要更多的工作来了解其分子机制。目前在尿液、血液和血浆中都可以检测到miRNA和lncRNA，这给它们在未来被用作疾病诊断的生物标志物带来前景，同时需要更多的研究来克服上述利用ncRNA机制在未来治疗中使用的局限性。