miRNA对低氧/缺血损伤脑神经的保护作用研究进展*

曹晓宇，武柯含，杨海霞，边 帅，赵艺杰，孙 颖，阿勇嘎，张渊博，谢 伟,2，邵 国，2, 鲍牧兰，2，巴德仁贵,2

(1.包头医学院内蒙古自治区低氧转化医学重点实验室,内蒙古包头 014040;2.包头医学院医学技术与麻醉学院神经科学研究所)

低氧/缺血会对神经系统产生损伤，但抑制氧自由基和炎性因子的产生可减轻低氧/缺血状态对脑神经的损伤作用, 这也是目前临床治疗相关疾病的一个重要策略。低氧/缺血预适应(hypoxia/ischemia preconditioning,H/IPC)指机体接受短暂的低氧/缺血刺激可使组织、器官甚至生物体对随后的严重低氧/缺血压力具有适应性的现象。作为机体的一种内源性保护机制，低氧/缺血预适应可以通过抑制氧自由基和炎性因子来保护神经细胞。目前研究表明，低氧/缺血预适应刺激miRNA的表达变化可能是其发挥保护作用的重要机制之一。

1 miRNA的概述、作用机制及相关功能

1.1miRNA概述 miRNA是一类非编码的小RNA分子，约18～24个核苷酸大小，最早在线虫中发现，后证实在动植物及微生物、病毒中均有存在。研究表明，miRNA在细胞分化、增殖和凋亡等许多生物学过程中起重要作用。一般可利用实时荧光定量PCR或者基于分子杂交的方法进行检测。

miRNA是由核内编码miRNA的基因转录出初级转录本pri-microRNA，pri-microRNA可在一定区域被含有特定核糖核酸酶的Dorsha和相关蛋白催化形成含有60～70个核苷酸的茎-环pri-microRNA，即pre-miRNA。pre-miRNA在细胞质的特定区域内被Dicer酶及其他蛋白质催化形成成熟的microRNA，发挥其生物学功能[1]。

1.2miRNA的机制及相关功能 随着研究的逐渐深入，发现miRNA的作用机制复杂多样，由最初经典的microRNA基因沉默机制3’UTR区结合作用转向了5’UTR区、启动子区和编码区[2]。由此产生了“seed序列”及“种子规律”等理论方法[3]。

miRNA能对靶mRNA起到剪切、降解、抑制翻译等作用，故miRNA在调控基因表达方面的研究不断被深化。突出表现在其与癌症的发生发展密切相关，可通过检测相关miRNA来辅助诊断及治疗癌症。研究表明miR-21可作为重要生物标志物运用于乳腺癌的诊断、治疗及预后[4]判断。在恶性肝肿瘤中，miRNA的表达也存在明显差异,对恶性肝肿瘤的转移、预后等都能起到调控作用。有研究揭示，miR-203和miR-124是肝癌诊断的新型生物标记物，miR-21、miR-122和miR-223可同时观察肝炎和恶性肝肿瘤的产生[5]。在血清学检测中，肺癌患者的miR-486、miR-30d、miR-1、miR-499也较正常人有明显差异，可运用于非小细胞肺癌的诊断治疗[6]。此外，血清中的miRNA与糖尿病前期及Ⅱ型糖尿病的诊断密切相关，过表达miR-133及miR-1可抑制心肌肥大[7]。

2 miRNA与低氧/缺血损伤

2.1缺血/低氧预适应 现如今，国内外对缺血、低氧和低氧预适应都有较为全面的研究。缺血/低氧预处理可对某些疾病起到保护作用，miRNA在过程中发挥重要作用。1986年Murry将给予非致死性、短暂、轻度缺血或再灌注操作能使机体产生强大的抗损伤能力，再遇到致死性缺血时可有耐受力来保护器官的现象称为缺血预适应(Ischemia Preconditioning，IPC)[8]。2003年科学家又提出缺血后适应通过实验证实与IPC有同样效果[9]。低氧预适应(Hypoxia Preconditioning，HPC)则是指给予一定低氧刺激使其获取在致死量时的耐受性[10]。近年来，越来越多研究者提出并证实适度低氧可预防和治疗由缺血导致的脑部疾病、由神经损伤导致的退行性疾病和精神疾病。在20世纪30年代，“低氧训练”的概念被前苏联科学家Sirotinin提出，美国Johns Hopkins等人又提出“高住低训”的概念，即运动员在高海拔睡觉休息在海平面进行训练，可大大提高运动员水平[11]。在我国，1999年吕国蔚教授也为小鼠创造出重复低氧环境，发现小鼠在低氧条件下耐受力明显增强[12]。缺血/低氧预适应两者均为内源性保护现象都可应用于多种缺血/低氧性疾病的治疗中。

2.2miRNA与缺血/低氧性疾病联系 miRNA与急性脑梗死密切关联。在对患者进行远隔缺血预适应操作后检测到血清中miR-21下降速度和增幅明显增大[13]。潘振伟等研究发现，缺血预适应导致多种miRNA的表达发生不同层次的上调或下调，从而进一步推测miR-1和miR-133在缺血性心律失常的调节中可作为药物靶点进行治疗[14]。在心肌缺血实验中，miR-1和miR-328在小鼠心肌缺血或再灌注模型发生明显变化[15]。构建心肌细胞低氧损伤模型后，发现在心肌细胞中miR-486可减轻低氧造成的损伤并抑制细胞凋亡，发挥保护作用[16]。在局部脑缺血小鼠中，19种miRNA在脑内的表达发生不同层次变化[17]。作为调控新生儿或儿童缺氧缺血性脑病(Hypoxic-Ischemic Encephalopathy，HIE)的重要分子，miRNA可作为分子标志物判断HIE的严重程度。在减轻脑水肿缺血症状方面，多种miRNA作为潜在的治疗靶点发挥重要作用[18]。急性缺血性脑卒中患者miR-9和miR-124表达水平在外周血中明显高于健康人，可作为脑损伤程度判定的生物标记物[19]。由此表明miRNA在缺血低氧的相关疾病中发挥重要作用。

3 miRNA在低氧/缺血预适应中的神经保护机制

3.1通过调节基因、蛋白进行保护 miRNA可通过调节基因、蛋白进行神经保护。研究表明，miRNA在脑缺血再灌注损伤过程中起到一定作用，但其机制尚不明确。通过构建大鼠脑缺血再灌注模型并给予电刺激后发现，miR-29c的过表达导致重复序列包含蛋白2(Repeat-containing protein2，Birc2)和植物受体激酶(BRI-Associated Kinase1，Bak1)的mRNA在梗死区域表达减少，并且增加了梗死面积和凋亡细胞数量，恶化病情，由此推断miR-29c可通过调控凋亡基因Birc2和Bak1来达到神经保护作用[20]。在帕金森病的研究中显示，miR-7和miR-153可调节α突触核蛋白基因的表达，miR-181a也可通过调节基因表达来起到保护神经的作用[21]。在PC12细胞实验中，通过分析凋亡率和乳糖脱氢酶释放量发现miR-9a-5p可抑制人叉头框蛋白O1(Forkkhead box-O1，FOXO1)表达，证实在被过氧化氢损伤后的神经细胞miR-9a-5p可起到一定保护作用[22]。针对心肌细胞构建缺氧/复氧模型，在双荧光素酶基因检测中发现miR-124-3p的靶基因是受体相互作用蛋白激酶1(Receptor-interacting protein kinases1，RIPK1)，miR-124-3p可通过调节RIPK1表达达到保护作用[23]。

miRNA不仅能通过调控基因表达起到神经保护作用，还可利用海马神经元通过脑源性神经营养因子达到效果。研究表明，在体外培养72小时的海马神经元，利用慢病毒转染的手段，将miR-132转入神经元并用β-淀粉样蛋白处理形成阿尔茨海默症病理模型，通过实时荧光定量PCR手段测得miR-132表达水平，发现通过miR-132可改变脑源性神经营养因子的表达从而达到抑制神经损伤的作用[24]。

3.2通过信号通路进行保护 miRNA可通过调节信号通路进行神经保护。研究表明，阿尔茨海默症模型中，发现GSK-3β是多种信号级联反应的关键元素[25]。miR-135a、miR-135b-5p可以通过下调GSK-3β进而促进核因子E2相关因子(nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2)/抗氧化反应元件(anti-oxidative response element，ARE)信号通路起到保护神经元作用。miR-9和miR-124可抑制Rap2a表达，导致GSK-3β活性降低，使神经干细胞更新、修复损伤能力增强，在阿尔茨海默症中发挥神经协同保护作用[26]。用Aβ1-42建立阿尔茨海默症细胞模型，发现miRNA可使Aβ42导致的细胞凋亡数量减少，GSK-3β活性增加，miR-21可在体外通过PDCD4/PI3K/Akt/GSK-3β信号通路的方式达到保护作用[27]。已有研究证实，利用miRNA可使神经元凋亡、能改变神经元微结构并影响炎症过程从而达到降低癫痫的发病率的目的[28]。miR-181a通过调控P13K/Akt/GSK3β信号通路，降低神经元细胞的凋亡率和细胞漏出率，增加NAD+数量，影响海马神经元发育起到抗癫痫作用[29]。采用线栓法建立MCAO大鼠模型中，检测miR-17-5p和第10号染色体中缺失的磷酸酶及张力蛋白同源蛋白(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的mRNA表达水平，发现miR-17-5p可介导调控PTEN信号通路起到保护作用[30]。还有实验表明，miR-146a可通过下调Toll样受体4(Toll-like receptor，TLR4)信号通路减少炎症因子释放缓解神经性疼痛[31]。

4 展望

近年来，越来越多的研究证实miRNA可在低氧/缺血脑神经损伤中起到保护作用。miRNA作为某些疾病的生物标志物，通过控制相关基因表达起到针对性疗效。现研究中，可用药物干预miRNA治愈疾病，如益生菌可调节miRNA治疗肠道疾病。并且随着未来人口老龄化的到来，关于阿尔茨海默症、帕金森病等神经性老年高发疾病将越来越受到大众的关注，研究者也在不断探讨miRNA与其相互作用，不断攻克着医学难关。目前，miRNA的作用机制虽已基本明确，但其在低氧/缺血预适应方面还有待进一步研究，所以miRNA在低氧/缺血损伤方面的探索研究将前景广阔。