微RNA在血管性认知障碍发病机制中的研究进展

2022-11-25吴天娇李梓浩尹昌浩赵维纳

临床荟萃 2022年4期

吴天娇，常璐，李梓浩，徐丹，尹昌浩，赵维纳

(1. 牡丹江医学院研究生院，黑龙江牡丹江 157011；2.牡丹江医学院附属红旗医院神经内科，黑龙江牡丹江 157011)

血管性痴呆(vascular dementia，VaD)在老年人群中高发，患病率仅次于阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)，占痴呆症病因的第二位。有研究者提出了血管性认知障碍(vascular cognitive impairment，VCI)这一概念，涵盖了各种从轻度认知障碍到完全痴呆的血管性脑损伤相关的认知障碍[1]。发生VCI时寻求针对血管的治疗方法十分必要[2]。因此，了解VCI的发病机制具有重要的临床意义。微RNA(microRNA，miRNA)参与了包括血管疾病在内的多种疾病的发生、发展。miRNA是内源性小分子RNA，成熟的miRNA没有开放阅读框，通过翻译或转录发挥其修饰活性，从而抑制蛋白质的产生，在各种神经系统疾病中起重要作用[3-4]。有研究表明，miRNA是诊断VCI的生物标志物[5]。此外，越来越多的证据还揭示了，在动物模型中，miRNA在VCI的发病机制中发挥关键作用，为VCI的治疗提供了新的方向[6-9]。既往关于VCI的研究大多是针对影像学、危险因素等，本文将主要从血脑屏障(blood-brain barrier，BBB) 、突触可塑性、炎症和神经元自噬等方面对miRNA在VCI发病机制中的最新研究进展进行综述，旨在对VCI的早期治疗提供理论依据[10]。

1 miRNA与BBB

BBB是中枢神经系统和循环系统间的屏障，对维持中枢神经系统稳态和正常神经元功能至关重要[11]。BBB具有屏障特性，位于血液与脑、脊髓的神经细胞间，主要由内皮细胞及其紧密连接(tight junctions，TJs)组成，能维持离子平衡，参与营养物质转运，阻止有害物质进入神经组织[12-13]。BBB通透性增加时有害物质进入神经组织可能导致VCI的发生。所以，BBB在VCI的发病机制中起重要作用。其中脑血管内皮细胞之间的TJs对维持BBB功能起重要作用，构成TJs的主要蛋白包括：紧密连接蛋白-5、紧密连接蛋白-1、闭锁小带蛋白-1(zonule atresia protein-1，ZO-1)、连接蛋白等。下面将从这四种蛋白入手，介绍miRNA在VCI发病机制中的作用。

1.1紧密连接蛋白-5 紧密连接蛋白-5是构成TJs的主要蛋白。有研究发现，miRNA-150通过抑制紧密连接蛋白-5的表达，降低内皮细胞的存活率，从而增加BBB的通透性并导致神经功能缺损[14]。在小鼠脑微血管内皮细胞中，miRNA-15a/16-1 簇直接与紧密连接蛋白-5的3'非翻译区结合，并且病毒介导的miRNA-15a/16-1减少氧-葡萄糖剥夺诱导的紧密连接蛋白-5的mRNA和蛋白质下调，从而导致BBB功能障碍[15]。miRNA-15a/16-1介导BBB功能障碍的分子机制可能有助于发现缺血性卒中的新疗法。

1.2紧密连接蛋白-1 有研究发现，miRNA-212和miRNA-132在缺氧、创伤后小鼠和人脑微血管内皮细胞，人脑组织及血清外泌体中的表达增加[16]。紧密连接蛋白-1是潜在的miRNA-212和miRNA-132靶标。在受损的脑组织中，由于miRNA-212和miRNA-132表达增加，紧密连接蛋白-1水平下降，影响BBB的完整性，从而影响患者的神经功能和认知水平。

1.3ZO-1 有研究显示，miRNA-501-3p可通过改变ZO-1的表达，破坏TJs，影响BBB的通透性，从而导致脑低灌注而诱发脑白质病[6]。因而，抑制miRNA-501-3p的表达可能是治疗慢性脑灌注不足(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)引起认知障碍的潜在新疗法，有望减缓VCI的进展。对多发性硬化症患者的研究发现，miRNA-125a可能是ZO-1的调节剂，ZO-1表达下降影响BBB的功能，从而影响认知功能[17]。

1.4连接蛋白 miRNA-210是唯一证实的可直接调节BBB连接蛋白的miRNA，通过抑制连接蛋白的表达来影响BBB的完整性[18]。有研究表明，在大脑损伤4小时后，互补锁核酸(locked nucleic acid，LNA)对miRNA-210的抑制作用可增加大脑中连接蛋白的含量，并增加BBB的完整性和减轻脑水肿，miRNA-210通过抑制连接蛋白的表达来影响BBB的完整性，从而导致BBB对脑缺血缺氧损伤的敏感性增加[15]。如果通过单独或联合检测血液外泌体的miRNA含量从而针对性地进行干预可能成为治疗VCI的新策略，并且还可用于与BBB相关的其他神经系统疾病[19]。

2 miRNA与突触可塑性

突触可塑性指的是神经元在生理或病理状况中进行适应性和功能变化的能力，是学习和记忆的生物学基础。突触结构的丧失，如树突分支和树突棘，及无效的突触传递都是导致突触可塑性降低的主要原因[10]。有研究发现，miRNA可通过调节突触可塑性影响认知功能[20-22]。研究发现，双侧颈总动脉闭塞致VaD的大鼠的海马中miRNA-210-5p明显升高，表明miRNA-210-5p通过调控突触相关蛋白在海马CA1区的表达，减少突触数量，促进CCH，导致认知障碍[23]。miRNA-12和miRNA-124不仅与突触可塑性和长期记忆有关，并且为短暂记忆的早期阶段所必需，注射miRNA-12抑制剂可影响早期记忆功能[20]。而miRNA-124作为海马中表达最高的miRNA之一，在神经元中具有突出的活性[21]。miRNA-124在缺血缺氧时表达减少，尤其是急性脑梗死后，脑梗死程度越严重、梗死面积越大、miRNA-124水平越低。miRNA-132是与突触可塑性相关的研究最广泛的miRNA之一，在整个海马的兴奋性细胞层中表达，可以防止CCH引起的认知障碍[22]。特别是miRNA-132在海马CA1区中的表达下降可通过靶向电压门控钠通道α亚基1和2(Nav1.1和Nav1.2)加重CCH后的认知障碍。有趣的是，甲基胞苷-磷酸-鸟苷结合蛋白2(methyl-CpG binding protein 2, MeCP2)的增加可减轻miRNA-132下调导致的认知障碍，MeCP2已被证明可改善大鼠CCH后的认知功能和神经突触可塑性[24]。

3 miRNA与炎症

组织损伤后，炎症反应具有双重作用。某些炎症因子具有治疗潜力，可以通过抑制神经组织的炎症反应来抵抗缺血性损伤，对神经起到保护作用。然而，脑血管疾病可能诱发过度的炎症反应，包括氧化应激、炎症细胞浸润和毒性炎症介质的释放[25]。越来越多的证据支持miRNA参与调节炎症，进而调控认知障碍相关疾病[26]。

VCI中的血管病变会导致脑组织缺血缺氧，是急性的炎症过程，会诱导小胶质细胞活化，与VCI密切相关[7]。多项研究表明，miRNA可以调节炎症反应，是治疗VCI的潜在靶标[3，8-9，27-32]。在VCI动物模型中，miRNA-26b的表达减少了激活的小胶质细胞和靶向白细胞介素6(IL-6)的数量，从而控制炎症、降低神经毒性、减少VCI发生，并改善学习和记忆能力[3]。另一研究指出，缺血再灌注大鼠模型组生长阻滞特异性转录因子5(growth arrest specific transcript 5，GAS5)、白细胞介素1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的水平上调，导致miRNA-26b-5p水平下降，导致细胞凋亡和炎症反应，从而影响神经功能[8]。在术后认知功能障碍(postoperative cognitive dysfunction，POCD)模型小鼠中，miRNA-146a表达增加可抑制海马小胶质细胞活化，减轻学习记忆障碍，表明miRNA-146a在手术诱导的海马炎症和认知障碍的调控中发挥重要作用，不仅改善认知功能，还可以减轻小鼠海马tau蛋白过度磷酸化、减少β-淀粉样蛋白(amyloidβ，Aβ)积累、减轻神经炎症[9]。而在一项关于AD和VaD的研究中发现，miRNA-146a在VaD中表达增加，在AD中表达下降[27]。此外，miRNA-146a水平的升高还与载脂蛋白E ε4 (apolipoprotein E ε4，ApoE ε4) 等位基因有关。而消除小鼠内皮细胞miRNA-126也可表现出认知障碍，并且激活小胶质细胞，这表明抑制内皮细胞miRNA-126可促进炎症反应并导致脑血管疾病诱导的认知功能障碍[28]。在脑小血管疾病中，随着认知功能的下降，miRNA-126水平也将减低[29]。研究表明，孤儿核受体NR4A2参与学习和记忆，而miRNA-145-5p抑制NR4A2的功能，通过产生TNF-α导致神经元细胞死亡，并最终减轻缺血再灌注引起的炎症，抗miRNA-145-5p抑制剂的使用改善了大鼠的行为障碍[30]。在AD中，观察到ApoE ε4等位基因数量与miRNA-107水平呈负相关，在严重的痴呆症中观察到miRNA-107的中位水平下降幅度最大[31]。而miRNA-107通过抑制角蛋白1(keratin 1，KRT1)激活Notch信号通路，从而抑制了冠状动脉粥样硬化的炎症反应和内质网应激[32]。那么，当miRNA-107表达下降时，则会激活炎症反应。

有研究报道，在POCD的小鼠中，miRNA-181b-5p模拟物可以抑制促炎性介质的mRNA和蛋白表达，抑制剂诱导上述促炎因子的上调及小胶质细胞的升高[33]。相反的是，有研究发现，miRNA-223-3p通过促进小胶质细胞导致的炎性反应，加重脑缺血再灌注损伤，导致神经功能缺损，影响学习和记忆能力[34]。

此外，有研究发现，在大鼠脑出血(intracerebral hemorrhage，ICH)发生前1周，通过向侧脑室注射miRNA-21-5p，可以抑制炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的升高，并显著恢复出血性卒中引起的病理改变，如认知障碍[35]。以上研究表明，上述几种miRNA被抑制或表达减少可加重炎症反应从而导致VCI是明确的，但能否成为治疗VCI的靶点需要进一步研究。

4 miRNA与神经元自噬

自噬是细胞器和胞质蛋白被溶酶体降解的过程，是一种不可逆且进展迅速的过程[36]。而神经元细胞的死亡会导致运动和认知能力下降[37]。下文将列举与VCI神经元死亡相关的miRNA。脑缺血后，脑室内给予miRNA-29c抑制剂预处理可显著减少神经元死亡，并可在5天后修复脑损伤所致的认知障碍[38]。而另一研究表明miRNA-96在CCH大鼠体内的表达升高，抑制miRNA-96后可改善认知能力，并减少自噬，这表明预防自噬反应是减轻认知障碍的新机制，miRNA-96可能是VaD或AD的内源性靶点[39]。此外，溶酶体相关膜蛋白2(lysosome-associated membrane protein type-2, LAMP-2)是miRNA-27a的直接靶标，是自噬体与溶酶体融合的关键决定因素之一，LAMP-2表达下降，miRNA-27a就会降低溶酶体清除率，从而增加自噬[40]。有研究发现，在AD患者的脑脊液中观察到低水平的miRNA-299-5p，并且在AD小鼠脑中miRNA-299-5p表达很低，脑内注射miRNA-299-5p可以抑制细胞自噬，还可以改善小鼠的认知能力[41]。此外，miRNA-132和miRNA-26b的过度表达对神经元死亡和CCH诱导的认知障碍具有保护作用[3，42]。miRNA-132是正常细胞信号传导途径的一部分，它将学习与记忆形成联系，若其表达受损会影响脑血管，增加脑组织损伤，最终导致认知受损[43]。在缺血时，海马CA1区的神经元凋亡逐渐增加，神经元数量逐渐减少。此外，在局部缺血的早期，脂褐素和溶酶体的量增加，神经元凋亡也明显增加，提示神经元损伤逐渐加重，而海马CA1区miRNA-26b表达可能会降低[3]。

神经元自噬与认知障碍密切相关，而不同的miRNA在其中起到的作用不同，抑制miRNA-29c、miRNA-96以及miRNA-27a可改善认知能力，miRNA-299-5p、miRNA-132和miRNA-26b的过度表达会起到神经保护作用。不同的miRNA可以为不同时期的VCI治疗提供靶点，可改善神经元死亡所致的认知障碍[44]。