新生儿缺氧缺血性脑损伤中微小RNA的研究进展

庄静 综述，陈全景 审校

(1.湖北医药学院，湖北十堰 442000；2.湖北医药学院附属东风医院，湖北十堰 442000)

新生儿缺氧缺血性脑损伤(hypoxic-ischemic brain damage，HIBD)是由产时或孕晚期脑缺氧和缺血引起的脑损伤[1]，能导致成人和儿童死亡或长期神经损伤[2-3]，是全球儿童急性期死亡以及慢性神经损害的主要原因[4]，也是全球足月和早产的新生儿围产期脑损伤主要的危险因素[5-7]。围产期缺血和缺氧发生率为1‰～6‰，并且在新生儿HIBD中约40%的新生儿因HIBD死亡，还有30%的患儿遗留终身神经损伤[8-9]，如脑瘫、癫痫、认知、行为、注意力、社交和学习困难等[10-12]。脑水肿是新生儿HIBD发生、进展和恶化的重要病理生理改变[13]。新生儿HIBD能够通过诱导复杂的细胞级联反应，导致动物及人的局部细胞死亡和严重的脑功能障碍[14]。HIBD能够迅速诱导大量基因表达，然后上游基因表达的改变影响下游基因的表达变化，导致全身性级联反应，随后出现脑功能严重恶化[15]。HIBD的逐步进展导致微小RNA(miRNA)改变，并且miRNA能够影响与细胞分化相关的信号传导通路[16]。并且不同的miRNA能够参与新生儿HIBD神经细胞损伤、细胞凋亡、神经保护、血管生成、细胞迁移、昼夜节律等过程[13，17-18]。本文对新生儿HIBD中miRNA的作用研究进展进行综述，探讨miRNA在新生儿HIBD病理生理过程中的潜在影响，为新生儿HIBD的靶向治疗提供新思路。

1 miRNA的概述

miRNA是在植物、动物和一些病毒中发现的小的内源性非编码RNA分子，由20～22个核苷酸组成，具备RNA沉默和转录后基因表达调控功能[19- 20]，其主要作用是参与基因表达转录后水平的调节，在生物体内调节多种生物过程。miRNA首先被证实为发育过程中的调节因子，消耗早期发育阶段留下的mRNA[21-22]。有研究显示，已知的miRNA中约有70%在大脑中特异性表达，其在神经系统发育和神经功能中发挥着极为重要的作用[23]。miRNA与靶基因的3’非翻译区(3’UTR)相结合，通过抑制或增强部分蛋白质翻译影响其作用[21]。miRNA能够调控细胞增殖、细胞凋亡、神经细胞寿命、神经元基因表达、脑细胞形态、肌肉分化和干细胞分裂等多种生物过程。有研究表明，miRNA与神经修复及再生也密切相关[24]。另外还有一些体内外研究揭示，miRNA在调节肿瘤细胞侵袭、转移和迁移中也能发挥关键作用[25]。不同miRNA之间的相互作用能够导致基因表达的条件特异性、时间特异性和个体特异性。在HIBD的病理生理过程中miRNA也作为调节因子介导转录后基因表达[26]，从而参与脑水肿、脑损伤等过程[17]，可为miRNA作为分子标志来研究新生儿HIBD发生的分子机制及治疗靶点提供理论基础及实践依据。

2 miRNA与HIBD

HIBD被认为是新生儿急性死亡和慢性神经系统损伤的主要原因，也是围产期足月新生儿脑损伤常见的原因。近年来随着对miRNA调节机制的深入研究，发现miRNA在神经系统的发育调控及重塑中发挥着重要作用。在新生儿HIBD中miRNA参与细胞凋亡、细胞增殖、神经损伤、昼夜节律等病理生理过程。相关研究发现miRNA在大脑中特异性表达，为进一步了解新生儿HIBD患儿的病理生理及新的治疗的研究提供理论依据。

2.1 与神经保护相关的miRNA

新生儿HIBD能够造成短期以及长期的神经系统损伤，通过探索miRNA在新生儿HIBD中的神经保护作用，为新生儿HIBD的治疗提供新方法。Zhang Z B等[27]的研究通过建立大鼠的HIBD模型证实，在新生儿HIBD中miRNA-7a-2-3p的表达降低，另外发现miRNA-7a-2-3p过表达可以延长神经元存活时间并减少神经元凋亡。miRNA-7a-2-3p的过表达也能够促进氧葡萄糖剥夺(oxygen-glucose deprivation，OGD)损伤后PC12细胞、SH-SY5Y细胞和原代皮层神经元的形态、数量以及轴突长度变化。在体外缺氧条件下miRNA-21促进大鼠神经干/祖细胞(neural stem/progenitor cells, NSPCs)的增殖并增强细胞周期蛋白D1的表达，而在缺氧条件下去除miRNA-21基因能够抑制细胞周期蛋白D1的表达。PI-3-K是参与细胞增殖的最重要途径之一。miRNA-21的过表达能够激活PI-3-K信号传导途径而促进NSPCs的增殖，为干细胞治疗应用于新生儿HIBD提供了新思路[14]。Fang H等[17]的研究发现，对HIBD新生大鼠模型注射pre-miRNA-128后，pre-miRNA-128组较正常对照组神经细胞凋亡率降低、逃避潜伏期缩短和小鼠游泳时间增加，证实miRNA-128在HIBD新生大鼠的脑损伤中具有保护作用。HIBD新生大鼠模型中miRNA-129-5p的升高能够降低神经细胞凋亡率和减少脑萎缩，并且还能增强HIBD新生大鼠的学习和记忆能力[13]。另外有研究显示，miRNA-129-5p能够通过Wnt/β-连环蛋白信号通路靶向COL3A1来改善右美托咪啶在HIBD中的神经保护作用[26]。miRNA-592-5p通过抑制HIBD新生大鼠海马细胞中的PGD2/DP信号传导通路，从而保护HIBD新生大鼠的海马细胞[28]。在体外OGD模型中miRNA-132在海马神经元中高表达，miRNA-132通过过表达来调节BCL-2、Bax、细胞色素c、半胱天冬酶-9和半胱天冬酶-3以保护海马神经元免受OGD的影响，从而减少OGD诱导的细胞凋亡并增加海马神经元的细胞活力。miRNA-132也能通过抑制FOXO3减少OGD诱导的细胞凋亡。miRNA-132在细胞水平上调节神经轴突的生长、树突结构以及突触结构和功能，在系统水平上调节视觉皮层结构和功能的可塑性方面发挥重要作用[19]。在缺氧条件下miRNA-27a通过调节凋亡相关基因caspase-3和FOXO1表达而发挥神经保护作用[29]。目前miRNA在新生儿HIBD的神经保护研究还相对较少，亟待进一步深入的研究。

2.2 与神经损伤相关的miRNA

新生儿HIBD的病理生理过程包括各种级联反应，并且最终能够导致神经细胞死亡和继发性脑损伤[17]。最新研究显示，miRNA能够参与新生儿HIBD的神经损伤的病理生理过程。围产期的HIBD大鼠模型中少突神经胶质细胞中miRNA-138及miRNA-338表达的变化可以导致脑白质损伤[21]。在HIBD中miRNA-17-5p水平的下调能够促进未成熟脑中硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)的表达，激活NLRP3炎性体加重脑损伤[5,30]。Zhou X M等[13]研究证实，miRNA-21能够介导缺氧缺血性神经元凋亡。脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)通过调节Trkb/MiR134信号传导通路参与HIBD发病过程，而miRNA-134通过负调节CREB/BDNF途径增加缺氧缺血和再灌注损伤引起的海马神经细胞死亡[31]。还有一些研究显示，miRNA-210增加了新生儿大脑对HIBD的易感性，并且miRNA-210也通过降低连接蛋白occludin和β-连环蛋白的表达从而负向调节新生儿血脑屏障的完整性，导致脑水肿和免疫球蛋白G(IgG)渗漏[32]。在缺氧缺血3 h后新生儿大脑中miRNA-210水平将显著升高[33]。miRNA-210也能够在新生儿HIBD中引起脑微血管反应造成脑损伤[34- 35]。Ma Q等[36]研究发现，在新生大鼠的脑中给予miRNA-210模拟物后会造成血清IgG外渗到脑组织，破坏血脑屏障的完整性引起脑水肿。miRNA在新生儿HIBD的神经损伤方面目前国内外文献报道较少，为进一步了解其作用还需继续研究证实。

2.3 与昼夜节律相关的 miRNA

HIBD的存活者中易出现睡眠昼夜节律紊乱，在儿童和青少年时形成睡眠昼夜节律障碍的发生率高。在人体内睡眠昼夜节律主要受下丘脑、松果体等的调控。健康足月新生儿会出现睡眠-循环(sleep-wake cycling, SWC)，是建立昼夜节律和大脑完整性的关键标志。HIBD新生儿经常无法建立正常的SWC或SWC的发作明显延迟，出现睡眠异常或不连续的特征[37-38]。Verwey M等[39]通过车轮运行实验影响新生大鼠的昼夜节律来制备HIBD的大鼠模型，发现在HIBD的新生大鼠中运动的昼夜节律变得相对失常。Yang Y等[18]的研究显示，在HIBD后miRNA-325-3p表达升高，miRNA-325-3p通过靶向芳烷基胺N-乙酰转移酶(Aanat)mRNA的3’-UTR负调节其蛋白质表达，使松果体中合成的关键调节因子Aanat和褪黑素的表达严重减少，影响新生大鼠运动的昼夜节律。Yan P等[40]研究进一步证实，在HIBD中miRNA-325-3p能阻断去甲肾上腺激素诱导的Aanat的转录，从而损害松果体细胞中的褪黑素合成。Cui H等[15]研究发现，在HIBD后大脑皮质中miRNA-182表达显著下降。Ding X等[41]研究通过在新生大鼠HIBD后在松果体中进行了全基因组miRNA筛查发现，miRNA-182在松果体中高度富集，并进一步证实了miRNA-182表达在HIBD后显著降低，miRNA-182靶向Clock基因的3’-UTR来调节其基因的表达。在体外OGD培养的松果体细胞中两个钟基因表达的CLOCK和BMAL1蛋白质水平显著升高，并证实miRNA-182能够选择性调节CLOCK蛋白表达，导致新生儿HIBD后的昼夜节律紊乱。另外还有一些miRNA能够调节昼夜节律，但是目前在HIBD中缺乏相关研究。miRNA-132能够调节在视交叉上核中一个关键的昼夜调节基因Per2的mRNA稳定性[42]。miRNA-152和miRNA-494通过有节律地波动共同调节钟基因Bmal1来控制外周昼夜节律[43]。有研究显示miRNA-483和miRNA-183在松果体中靶向Aanat mRNA的3’-UTR来控制外周昼夜节律[44-45]。miRNA在新生儿HIBD中昼夜节律方面的具体作用及其机制还有待进一步研究。

3 展望

新生儿HIBD是造成新生儿死亡的重要原因之一，可以遗留智力低下、癫痫等神经系统后遗症[46-47]。早发现、早诊断、精准治疗，减少神经系统后遗症的发生是HIBD的主要管理目标。miRNA作为近年来研究的热点在新生儿HIBD中的作用越来越被人们所重视。但是截止目前，国内外对于miRNA在新生儿HIBD中的作用涉及文献报道仍相对较少，且仍存在很多问题亟待解决。首先，一种miRNA可以同时参与多种基因的调控，多种miRNA能够协同调控同种基因表达，例如miRNA-325-3p、miRNA-483和miRNA-183都靶向Aanat mRNA调节昼夜节律[39,44-45]。其次，在新生儿HIBD中部分miRNA有神经保护及神经损伤的双向作用，能够将其考虑作为新生儿HIBD靶向治疗的新方法、新技术，但是目前此方面的研究还停留在动物实验和体外氧糖剥夺(OGD)模型阶段，将miRNA应用新生儿HIBD的治疗可能还需很漫长的时间。新生儿HIBD中miRNA对于其临床诊断及预防作用还不明确。相信随着miRNA研究的不断深入，将更加明确miRNA在HIBD中体内外作用的分子机制，为新生儿HIBD的早期诊断、精准靶向治疗，减少后遗症提供理论支持，呵护儿童健康。