MicroRNAs与脑血管疾病研究进展

张华 李晓波

微小RNA（microRNA，miRNA）是一类高度保守的RNA，其长度约为22 bp，是基因编码的内源性非编码的单链RNA，参与转录后基因表达的调控。随着miRNA质谱分析技术的快速发展，miRNA在多种疾病和细胞类型中的作用被陆续报道，其可能是包括脑血管疾病在内的多种疾病的潜在分子治疗靶点。本文综述了miRNA在脑血管疾病中的作用以及基于miRNA治疗方法的相关研究进展。

1 miRNAs的生物学特性

miRNA是一个重大发现。第一个被确认的miRNA是在线虫中发现的lin-4和let-7，其通过部分互补结合到目的mRNA的3’非编码区，抑制蛋白质翻译，从而调控秀丽隐杆线虫的发育进程［1］。随后多个研究小组在200多种生物中鉴别出了30 000多个miRNAs，发现miRNA的基因位置和核酸序列高度保守，其表达方式各不相同，部分线虫和果蝇的miRNA在各个发育阶段的全部细胞中都有表达，而高等动物的miRNA在不同组织、不同发育阶段存在显著差异，与其功能有密切关系。miRNA对靶基因的调控十分复杂，既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达，也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。miRNA的主要作用是下调基因表达，在极少数情况下上调靶基因表达。miRNA与靶基因的mRNA部分互补配对，通常会抑制mRNA序列的翻译，执行RNA干扰（RNAi）介导的基因调控［2］。自从发现miRNA以来，科学家们通过过表达和下调特定miRNA来鉴定其功能。从临床运用的角度来看，未来基于miRNA的诊疗方法具有广阔前景。

2 miRNAs与脑血管疾病的危险因素

脑血管疾病的危险因素有高血压、糖尿病、高脂血症等，miRNAs与上述危险因素均有关。

2.1 miRNAs与高血压 高血压是心脑血管疾病以及肾功能不全的主要原因之一。miR-155调控血管紧张素Ⅱ-1型受体（AT1R），通过肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）发挥降血压作用［3］。miRNA-124 和miRNA-135a可以抑制盐皮质受体基因NR3C2，调控细胞膜表面离子通道和水转运蛋白的表达，通过减弱RAAS系统中的信号传导，参与血压的调节。其他一些miRNA 如 miR-125a/b-5p、miR-21、miR22、miR-487b等也参与血压的调节［4］，表明miRNA在血压的调控中发挥重要作用。

2.2 miRNAs与糖尿病 糖尿病是受多种基因和环境因素共同影响的代谢疾病。多项研究证实，miRNAs涉及糖尿病发病机制的多个方面。miR-15、miR-21、miR-145、miR-146a、miR-150、miR-192、miR-233 等多种miRNA 的失调可能诱发糖尿病［5］。miR-15a/b、miR-16、miR-195、miR-503、miR-541、miR-214、miR-9、miR-124a、miR-7、miR-376和miR-375可能参与调控胰腺B细胞的发育。miR-191、miR-342和miR-510参与胰腺B细胞的自身免疫反应，导致1型糖尿病。Osipova等［6］评估了小儿1型糖尿病病人血浆和尿液中miRNAs的表达水平，发现miR-21和miR-210的水平显著升高，而miR-126的水平显著降低。Yang等［7］指出，在2型糖尿病病人中，miR-455-5p、miR-454-3p、miR-144-3p 和 miR-96-5p等的表达水平升高，而miR-409-3p、miR-200a/b、miR-466a/d-3p、miR-766-3p水平下降。

2.3 miRNAs与高胆固醇血症 高胆固醇血症病人的疗效主要取决于其对降胆固醇药物（他汀类和贝特类）的耐受性和敏感性，尽管大多数病人对这2种药物耐受性好、敏感性高，仍有部分病人无法达到指南推荐的治疗目标。迄今为止，已经发现miR-128-1、miR-223、miR-148a和miR-185可以显著改变血浆胆固醇水平［8］。研究显示，miR-195可通过降低低密度脂蛋白受体基因（LDLR）的表达来抑制细胞内胆固醇积累［9］。上调miR-224、miR-132、miR-499、miR-185、miR-342，抑制 miR-27a均可抑制前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin 9型（PCSK9）的功能，使病人的胆固醇水平升高。miR-122、miR-34a和miR-30c模拟物可以降低载脂蛋白B（ApoB）的表达，使病人的胆固醇水平下降。基于miR-34a和miR-122的药物已开始Ⅱ期临床试验。抑制miR-27a和miR-27b可上调低密度脂蛋白受体衔接蛋白 1（LDLRAP1），增强病人清除血浆 LDL-C 的能力［10］。由此可见，调节LDLR、APOB、PCSK9和LDL-RAP1的miRNA可能是高胆固醇血症的潜在治疗靶点。

2.4 miRNAs与高尿酸血症 高尿酸血症是脑血管疾病的危险因素。高尿酸刺激miR-155高表达，通过抑制内皮型一氧化氮合酶（eNOS）诱导血管内皮细胞功能障碍。miR-448可以靶向黄嘌呤氧化酶（XOD），调控尿酸的生成。miR-34a可抑制人尿酸转运蛋白1（URAT1）的表达，减少尿酸的排泄［11］。

2.5 miRNAs与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化以脂质代谢异常为基础，单核巨噬细胞迁移至内皮下吞噬脂质，形成泡沫细胞，泡沫细胞对动脉粥样硬化斑块的不稳定性和破裂起重要作用［12］。miR-124a、miR-17、miR-20a和miR-106b可以促进巨噬细胞浸润，相反，血管平滑肌细胞表达的miR-145可以减少巨噬细胞浸润。miR-342-5p激活巨噬细胞促进miR-155的表达增加，而下调miR-342-5p可通过蛋白激酶B（Akt）途径，抑制一系列继发于巨噬细胞活化的炎症反应［13］。miR-126、miR-31和miR-17-3p通过控制血管细胞黏附分子-1（VCAM-1）、细胞间黏附分子 -1（ICAM-1）和 E选择素（E-SEL）的表达，发挥细胞间信号分子作用，调节血管炎症反应。MiR-146a和miR-10通过调控NF-κB信号转导通路在动脉粥样硬化中也起着重要作用［14］。了解miRNA在动脉粥样硬化中的作用，有可能为疾病治疗提供新的靶点。

3 miRNAs与脑血管疾病

越来越多的证据表明，miRNA在大脑发育的生理过程以及脑卒中的病理过程中直接发挥作用，作为多种脑血管疾病的生物学标志物已被广泛运用。miRNA表达异常与脑血管疾病有关。

3.1 miRNAs与缺血性脑血管病 缺血性卒中占所有卒中的70%左右。研究表明miR-223过表达可降低脑缺血导致的海马神经元死亡，且与梗死面积呈负相关，而miR-125b的作用与之相反。miR-107的表达水平下降可增加啮齿类动物的脑梗死面积，是miR-107具有神经保护作用的新证据［15］。MiRNA可调节脑缺血后氧化应激反应。MiR-424、miR-23a-3p和miR-99a的过表达可以减轻氧化应激，保护缺血损伤的大脑。MiR-99a的过表达对过氧化氢处理的神经细胞具有保护作用。最近研究显示，缺血再灌注损伤时，迷走神经抑制miR-210表达，通过调节细胞氧化应激反应来保护大脑神经元免受伤害［16］。在糖氧剥夺模型（OGD实验）中，miR-22通过靶向NF-κB 激活因子，减少 TNF-α和IL-6的表达来调节炎症反应，发挥缺血后神经保护作用。OGD诱导成年大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤细胞（PC12细胞）低表达miR-29c，如果上调miR-29c，则可抑制缺血性脑损伤，说明miR-29c在成年大鼠脑细胞中起神经保护作用。miRNA可调节脑缺血后细胞凋亡。miR-497和miR-15a可作为促凋亡剂，抑制B淋巴细胞瘤-2基因（Bcl-2基因）等抗凋亡基因的表达，促进缺血性脑损伤，而miR-21的上调可减少缺血后细胞凋亡［17］。由此可见，miRNA在缺血性脑卒中的病理生理过程中发挥重要作用。

3.2 miRNAs与出血性脑血管疾病 研究显示，miR-137、miR-195、miR-29b、miR-365 和 miR-761 表达的缺失会导致血管发育紊乱，管壁扩张变薄，甚至破裂出血［18］。出血性脑卒中发生后，血液和脑脊液中的miRNA 谱发生改变，其中 miR-542-3p、miR-96、miR-152、miR-298、miR-333和miR-505表达上调，而miR-155、miR-362-3p、miR-122、miR-450a-5p、miR-125a-5p、miR-130b、miR-142-3p、miR-330、miR-685 和 miR-347表达下降［19］；miR-223可以减轻小鼠出血性脑卒中后的脑水肿，改善神经功能；Let7c可减少大鼠出血性卒中后的神经元凋亡和炎症反应；miR-367可降低IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子的表达，用miR-367类似物治疗出血性卒中可减轻炎症反应导致的脑水肿和继发性脑损伤［20］。

4 miRNA与脑卒中的临床诊断、治疗

miRNA有助于脑卒中的早期诊断和预后判断。脑梗死病人血浆miR-124、miR-145、let-7b等在脑梗死后6 h开始升高，48 h内持续升高，数月后恢复正常水平［21］。血浆中上调的 miR-107、miR-128b 和 miR-153 水平，与病人NIHSS评分呈正相关。而miR-21、miR-124和miR-9水平越低，卒中病人预后越差［22］。上调或下调特定miRNA的水平有可能对脑卒中的恢复有益，miRNA模拟物和拮抗剂是治疗脑卒中的可能工具。miRNA模拟物模仿成熟miRNA经过化学修饰的小双链RNA，增强了内源性miRNA的功能。miRNA拮抗剂是单链寡核苷酸，可与内源性miRNA不可逆地结合使其降解，抑制内源性miRNA的功能。已有研究显示，大鼠大脑中动脉栓塞（MCAO）后血液中的miR-122下调，应用miR-122模拟物治疗能改善卒中大鼠预后。但miRNA模拟物和拮抗剂的缺点是不易通过细胞膜，且易于被内源性RNA酶降解，而通过外泌体治疗有可能解决这一问题［23］。外泌体是细胞分泌的含有多种蛋白质和RNA的直径40～100 nm的微小囊泡，与靶细胞膜融合后通过其携带的蛋白质和RNA调节靶细胞的功能，是脑血管疾病基因治疗的有用工具。Xin等［24］的研究显示，含有miR-133b的间充质干细胞（MSC）外泌体治疗大鼠MCAO，能够促进血管形成和神经元突触的生长，有利于脑功能恢复。这一结果表明，含有特定miRNA的外泌体可能为卒中的治疗开辟新的途径。

5 结论和未来展望

miRNA在脑血管疾病的发生和预后中起着重要的作用，但其确定的基因靶标和信号通路仍不十分清楚，明确它们参与疾病发生和发展的确切机制有利于开发新的基于miRNA的诊疗方法。miRNA作为新型候选药物，吸引了广大科研工作者的目光。miRNA模拟物和拮抗剂可以靶向调控特定的miRNA成为未来脑血管疾病诊断和治疗的新方法［25］。作为生物学标志物，miRNA与蛋白（蛋白质及其代谢物）相比具有很多优势，miRNA可以通过实时荧光定量基因扩增检测系统（QPCR）轻松检测到，由于信号的放大作用，它更加敏感，同时相对于昂贵的抗原抗体反应，miRNA的检测更加便宜。miRNA在脑血管疾病相关的诊断、治疗、预后中可能发挥巨大作用，但在动物实验结果转换成临床实践之前，仍然需要解决一系列技术难题。例如，可能存在的脱靶效应、如何确定合适的给药方案和获得具有最优疗效和最小不良反应的最低剂量。一旦基于miRNA的治疗领域的挑战和问题得到解决，将会成为市场上蛋白质抑制剂强有力的竞争者。