miRNA 对细菌性脑膜炎中血脑屏障影响的研究进展

2021-03-27陈明杰曹梦园王晨豫闫雪琪齐亚银

现代畜牧兽医 2021年12期

陈明杰，曹梦园，曹芳，王晨豫，闫雪琪，齐亚银

（石河子大学动物科技学院，新疆石河子 832000）

细菌性脑膜炎是一种严重的中枢神经系统感染性疾病。近年来，犊牛、羔羊等动物患细菌性脑膜炎的病例多有报道，因其独特的致病特点及药物难以治疗，对养殖业造成一定的经济损失。细菌性脑膜炎与血脑屏障的防御功能被破坏相关[1]，但大部分药物不能顺利通过血脑屏障，无法有效治疗该疾病。血脑屏障的通透性升高是导致发病的关键因素。血脑屏障是由血管内皮细胞、星形胶质细胞及周细胞组成的动物体血液循环系统和神经系统之间的特殊屏障[2]，可维持脑组织内环境稳态，调节神经系统环境稳定。完整的血脑屏障对维持大脑功能至关重要[3]，是细菌性脑膜炎预防与治疗的关键。

微小RNA 是一类长约18～25 个核苷酸序列的内源表达的非编码短单链RNA，通过对mRNA 的降解或瞬时翻译抑制负调控靶基因的表达[4]。有研究表明，当血脑屏障被破坏时，一些miRNA的表达会发生变化，调控这些变化的miRNA 可能会减弱细菌对血脑屏障和神经细胞的损伤[5]。miRNA 在维持血脑屏障的完整性中起到重要的调节作用[6]。因此，探究miRNA与血脑屏障损伤的相互影响在畜牧业以及人类细菌性脑膜炎疾病的防御与控制等方面尤为重要。

1 细菌性脑膜炎与血脑屏障

1.1 细菌性脑膜炎

细菌性脑膜炎是一种细菌穿越血脑屏障导致脑组织发生炎症的疾病，该疾病常导致软脑膜、蛛网膜以及蛛网膜下腔发生炎症[7]。目前，细菌性脑膜炎被认定为因感染造成死亡的十大诱因之一，愈后的患者大部分均存在不同程度的神经系统后遗症[8]。抗生素对微生物的治疗愈发有效，药物吸收后通过全身血液循环运送到靶器官并发挥作用，但血脑屏障使药物很难作用于脑膜炎的炎症部位，因此治疗脑膜炎至今仍是需要继续探索的难题[9]。

细菌性脑膜炎多数病原菌是在宿主体内经过多层次的发展而逐渐形成[10]，其致病过程通常为病原菌定殖，随后侵入血管系统繁殖引起菌血症，穿越宿主的血脑屏障诱发炎性反应，导致脑组织出现病理性损伤，如脑水肿、化脓性脑炎、神经细胞凋亡等[11-13]。

1.2 血脑屏障

19 世纪末，有人发现在静脉中注射苯胺染料后，全身组织均染色，只有脑组织不被染色，由此提出了血脑屏障的概念[14]。电子显微镜的发展解释了血脑屏障的解剖结构。血脑屏障是一层连续覆盖在脑毛细血管上的内皮细胞，细胞之间存在紧密连接被认为是血脑屏障的最主要结构[14]。血脑屏障与中枢神经系统疾病中的阿尔茨海默病、缺血性脑卒中、癫痫、脑胶质瘤、视神经脊髓炎有关。有研究表明，单纯性疱疹病毒1（HSV-1）感染能够引发单纯性疱疹性脑炎（HSE），HSV-1感染能够破坏血脑屏障的完整性和通透性，促进病毒、免疫细胞和细胞因子向脑实质运动，导致中枢神经系统炎症反应增强，进而损害大脑【15】。Niu 等[16]研究发现，血脑屏障的破坏对于多发性硬化症（MS）的发生与发展至关重要。

2 miRNA

miRNA在细胞的增殖、分化、凋亡、代谢等生命活动的调控中发挥重要作用。若miRNA 表达发生变化，可使生命体代谢、内环境稳态、机体内平衡紊乱，导致机体发生疾病。

2.1 miRNA调控基因的表达机制

根据碱基互补配对原则，miRNA 与信使RNA 的3'非编码区中的特定序列结合，起到调控信使RNA 的作用[17]。当miRNA 与靶基因3'UTR 的特定序列不完全匹配时，抑制mRNA翻译，但不会破坏mRNA本身；当miRNA与靶基因3'UTR 的特定序列完全匹配时，miRNA 破坏mRNA 的稳定性，降解mRNA，从而降低蛋白质的生成[18]。上述两种情况最终的调控机制相同，目的均为减弱蛋白质的生成，其过程是与mRNA结合位点结合，调节靶基因的转录，最终减少翻译的蛋白，表观上为减少靶基因的表达。除此之外，当二者不完全匹配后，还可通过去除mRNA 的3'端多聚腺苷酸尾巴，减弱mRNA的稳定性[19]。

2.2 miRNA的研究进展

近年来，随着对miRNA 的研究不断深入，人们发现miRNA可参与多种疾病的进程。Lian等[20]研究发现，直肠癌miR-128 通过SIRT1/ROS/DR5 通路诱导细胞凋亡。Ghuwalewala 等[21]研究发现，在口腔鳞状细胞癌miR-146a通过CD24/AKT通路调节癌症干细胞表型。Zhang等[22]研究发现，miR-378-3p 通过负调节ATG12 减轻挫伤性脊髓损伤。Zhang 等[23]研究发现，下调miRNA-98-5p 使PI3K/Akt信号通路失活，可增强心脏功能，降低1/R心肌组织中的心肌酶水平和梗死面积，抑制氧化应激、炎症反应、巨噬细胞浸润。

3 miRNA与血脑屏障

炎症刺激下，miRNA在维持血脑屏障的完整性中起重要作用。将脑微血管内皮细胞分离到体外培养后，炎症培养为试验组，正常培养为对照组，经过测序对比发现，与对照组相比，试验组107种miRNA 表达水平发生变化，98种miRNA 下调与肿瘤坏死因子和干扰素-γ 有关[24]，并且出现血脑屏障损伤。结果表明，这些差异表达的miRNA 均与血脑屏障功能密切相关。另有研究发现，解剖多发性硬化患者尸体时，从脑部的毛细血管中发现与血脑屏障有关的miR-125a-5p表达减少；进行体外表达试验，结果表明，miR-125a-5p可明显改善血脑屏障功能[25]。石瑜等[26]研究发现，多发性硬化患者脑组织中miRNA表达量明显增加，经小鼠模型试验验证表明，miRNA负性调控血脑屏障的通透性。

调控miR-124可减弱脑组织中的炎症反应，其调节机制是通过MAPK通路抑制小胶质细胞的活化，对细菌性脑膜炎具有一定的治疗作用[247。此外，还有一些miRNA，如miR-145、miR-137、miR-493、miR-126，可通过调节MAPK 调控细胞凋亡、神经炎症、神经发生和血管生成等过程[28]。刘利群[29]研究表明，miR-34b-5p 可能在发育期惊厥性脑损伤后早期神经细胞凋亡中发挥重要作用，并且通过构建复发性癫痫大鼠模型证明，miR-34b-5p 介导星形胶质细胞的凋亡继而导致血脑屏障的损伤。Sheng等[30]研究发现，miRNA-22 可以抑制小胶质细胞焦亡的发生，抑制细胞膜孔的开放，抑制炎症因子的释放和GSDMD 的表达，进而减少神经功能的损伤。Zhang 等[31]研究表明，miR-21a-5p 通过抑制CNTF/STAT3/Nkrf 通路，上调神经毒性反应性星形胶质细胞（A1）极化，促进创伤性脊髓损伤。更有试验表明，miR-21a-5p 可调节新生小鼠的小胶质细胞，保护大脑免受损伤导致的炎症[32]。

罗文君等[33]研究发现，miR-135a-5p 表达异常降低是胶质瘤的重要分子病理学特征，TRAF5是miR-135a-5p的天然靶基因，miR-135a-5p 通过调节TRAF5介导MAPK或NF-KB 等通路促进肿瘤的发生发展。miR-135a-5p 通过抑制ROCK1/2的表达改善脑缺血-再灌注损伤。miR-135a-5p参与脑部损伤的调节，调控胶质细胞瘤的发展，表明miR-135a-5p与脑部的细胞调节息息相关。

Liu 等[34]研究发现，将聚合物纳米技术与miRNA 调控技术相结合，开发出一种靶向聚合物纳米颗粒，将抗miR-21 和miR-124 共同递送大脑中，抗miR-21 和miR-124 同时调节肿瘤细胞中突变的RAS/PI3K/PTEN/AKT 信号通路，实现胶质母细胞瘤的组合治疗。试验证明，该药物可成功穿越血脑屏障，并有效减少肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭以及肿瘤血管的生成。