microRNA调控血管平滑肌细胞参与动脉粥样硬化的研究进展

郭霖 姜希娟, 张艺琳 杨邱月 宋治洁 杨琳

(天津中医药大学 1中西医结合学院,天津 301617;2基础医学实验教学中心)

近年来,心血管疾病(CVD)在全球范围内发病率逐年上升,并成为全球首要死因。据WHO统计,每年大约有3.3亿人患病,占全球死亡人数的31%〔1〕;动脉粥样硬化(AS)是CVD的主要病理基础,因此防治AS是降低CVD发病率和死亡率的有效手段。AS主要累及大中动脉,受累动脉中膜的血管平滑肌细胞(VSMC)通过表型转化、增殖、迁移和分泌等多途径参与AS的进程〔2〕,并且是防治AS的重要细胞靶点。近期,内源性非编码单链微小RNA(microRNA)在AS中的作用备受关注,而VSMC是其重要靶细胞之一〔3〕。本文针对microRNA调控VSMC表型转化、增殖、迁移、凋亡等方面的影响做系统阐述。

1 microRNA、VSMC与AS

microRNA是19～25个核苷酸构成的高度保守非编码单链微小RNA,其作用是通过与靶基因mRNA的非编码区(5′-UTR/3′-UTR)结合,阻断mRNA翻译或诱导其降解,阻断翻译过程,从而抑制靶基因表达,影响细胞增殖、迁移、凋亡和分泌等过程〔4〕。在某些情况下,microRNA也可通过影响mRNA的翻译状态,使其翻译的蛋白产物发生量变,从而对疾病产生影响〔5〕。

起源中胚层的VSMC存在两种表型,即胚胎时期的“合成型”和具有成年特征的分化表型“收缩型”,二者在增殖、收缩、合成等方面均明显不同。与收缩型相比,合成型VSMC的增殖、迁移能力明显增强。在某些因素刺激下,分化成熟的“收缩型”可转化为分化程度低的“合成型”,这种表型转化体现了VSMC具有较强的可塑性〔6〕。VSMC通过转化表型、增殖、凋亡等参与多种疾病的发生发展。

AS常累及大中动脉的内膜,受累动脉中膜的VSMC由收缩型转化为合成型,并从中膜迁移入内膜,参与AS的发生与发展,并贯穿动脉病变的始终〔7〕。AS早期,VSMC的表型相对稳定,增殖率较低。随着AS的发展,血小板、单核细胞和淋巴细胞分泌的细胞因子和整合素等物质均可促进VSMC异常增殖〔8〕,表型也从收缩型向合成型转化,下调α-平滑肌肌动蛋白(SMA),使其收缩力下降;上调骨桥蛋白(OPN),使蛋白聚糖合成增加,并大量进入内膜〔9〕。进入内膜的VSMC部分吞噬氧化修饰的低密度脂蛋白(ox-LDL),演变为斑块主要细胞成分“泡沫细胞”,后者约50%源于VSMC〔10〕;部分VSMC及其衍生的细胞外基质形成纤维帽,覆盖于斑块之上,进而促进AS的进展;有研究发现,巨噬细胞受VSMC的影响,产生趋化因子、生长因子,促使其增殖并向内膜迁移;而VSMC的“异常”增殖也促进炎因子的产生,致稳定斑块转化为易损斑块,最终形成恶性循环,加重AS的发展〔11〕。但也有研究发现,在AS晚期,VSMC增殖可防止纤维帽破裂,具有稳定斑块的保护作用〔12〕。可见,VSMC在AS的作用尚待进一步阐明。近期发现多种microRNA参与了VSMC的上述变化,基于此类发现为研究VSMC在AS的作用提供了新思路。

2 microRNA调控VSMC

多种microRNA参与AS的发生与发展。韩迎春等〔13〕利用miR-223/载脂蛋白(Apo)E双敲(miR-223/ApoEDKO)小鼠,经油红O染色发现其主动脉斑块面积增多,且实时荧光定量聚合酶链反应(qPCR)检测发现DKO小鼠血管组织中白细胞介素(IL)-6、趋化因子(CCL2)表达显著升高,促进AS的进展。Ye等〔14〕复制ApoE-/-小鼠AS模型,并通过尾静脉注射抗miR-155,结果发现主动脉组织miR-155表达显著降低,AS斑块面积明显减少,因此抑制miR-155可能会部分阻碍AS发展。研究发现姜黄素可上调miR-126从而抑制相关信号通路,发挥抗AS的特性〔15〕。此外,由于部分microRNA的作用复杂,对AS的发展有双向作用。深入研究发现,VSMC是多种microRNA的重要靶细胞,microRNA通过调控VSMC的表型转化、迁移、增殖和凋亡等“异常”改变,从而对AS产生影响。

2.1microRNA调控VSMC表型转化 大量研究表明microRNA可以促使VSMC表型由收缩型向合成型转变,诱导AS的发生与发展〔16〕。VSMC的收缩表型可调节血管张力、血压和血流分布,分泌血管调节因子,以维持血管的正常功能。但受到某些因素刺激时,VSMC由收缩型向合成型转化,诱导血管新内膜的形成;细胞增殖、迁移和合成细胞外基质(ECM)的能力增强,引起血管重构,加重AS的临床表现〔17〕。研究发现miR-206通过影响腺苷二磷酸(ADP),减少miR-26a的释放,从而维持VSMC的收缩表型〔18〕。miR-133抑制VSMC转录因子(Sp-1)表达,进而影响其下游靶基因表达,最终抑制VSMC表型转化〔19〕。miR-143、miR-145则可通过维持VSMC收缩表型、抑制其转化,影响AS的进程〔20,21〕。研究发现,抑制miR-182-3p表达可减少VSMC表型转化,抑制新内膜的形成,减缓VSMC增殖、迁移的速度,减少炎症因子的分泌,从多环节抑制AS的发展〔22〕。综上,microRNA通过影响VSMC的表型转化,参与AS进程。

2.2microRNA调控VSMC增殖、迁移 大量研究表明microRNA可通过促进或抑制VSMC的增殖、迁移影响AS。叉头盒蛋白亚家族(FOX)P1是AS的保护因子且影响VSMC增殖,通过抑制miR-206表达,发现FOXP1表达增加〔23〕。miR-379可作用于胰岛素样生长因子(IGF)-1,抑制VSMC增殖、迁移,从而抑制AS的发展〔24〕。除了干预VSMC表型转化外,miR-145与靶基因KLF5、MYOCD结合还可以抑制VSMC增殖,进而抑制AS的进展〔25〕。Zhang等〔26〕研究发现在AS患者血清中,hsa-miR-148b的水平降低,VSMC增殖和迁移能力显著降低。此外,miR-128-3p、miR-490-3p、miR-188-3p和miR-29a-3p均可抑制VSMC增殖、迁移,进而抑制AS的进展〔27～30〕。在缺氧环境下,miR-214、miR-665促进VSMC增殖,加重AS的临床表现〔31,32〕。Sun等〔33〕证实miR-19a与Ras同源家族成员(Rho)B基因位置结合,以Ras入手研究发现VSMC增殖、迁移能力增强,促进AS的发展。miR-221、miR-222调节磷酸酶与张力蛋白同源物(PTEN)/蛋白激酶B(Akt)信号通路,促进VSMC发生增殖、迁移,进一步影响AS〔34～36〕。此外,miR-138、miR-675和miR-147b也可促进VSMC增殖、迁移,加重AS的进展〔37～39〕。可见,多种microRNA通过不同途径影响VSMC增殖和迁移,介入AS的进程。

2.3microRNA调控VSMC凋亡 VSMC凋亡会加速CVD的进展,诱发弹性蛋白碎裂、钙化、糖胺多糖沉积等变性〔13〕,且近期发现microRNA可参与调控VSMC的凋亡〔40〕。研究证实miR-210通过抑制肿瘤抑制因子腺瘤性息肉病(APC)和wnt通路,调控MEF2C基因,进而抑制VSMC凋亡,增加AS晚期纤维帽的稳定性〔41〕。Chen等〔42〕发现miRNA-125b通过靶向血清反应因子(SRF),促进VSMC凋亡,加快AS的进展。另有研究证实,抑制miR-21表达可促进VSMC凋亡,从而诱发AS〔43,44〕。miR-148b基于Wnt/catenin信号通路也可促进细胞凋亡,加重AS的发展〔45〕。Lai等〔46〕证实miR-574-5p直接靶向ZDHHC14基因,抑制细胞凋亡,加重AS程度。可见,microRNA通过不同途径影响VSMC的凋亡,且在不同阶段影响VSMC的凋亡效果也不尽相同。microRNA调控VSMC机制:其中microRNA通路/靶点及作用如下:miR-206,ADP/核糖基化因子(ARF)6/溶质载体家族8成员A1反义RNA1(SLC8A1),抑制VSMC表型转化:miR-206,ADP/ADP核糖基化因子(ARF)6/溶质载体家族8成员A1反义RNA 1(SLC8A1)〔18,23〕;miR-133,Sp-1/细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKN)1A〔19〕;miR-143,Ras/RhoA/DNMT3a(DNA甲基转移酶3A)/ATP结合盒转运蛋白(ABC)A1〔20,21〕;miR-145,Ras/RhoA/ABCA1〔20,21〕;miR-182-3p,细胞外信号调节激酶(ERK)/丝裂原激活蛋白(MAP)〔22〕。抑制VSMC的增殖、迁移:miR-379,IGF-1〔24〕;miR-148b,WNT/核心因子β-连环素(β-catenin)〔26,45〕;miR-128-3p,FOXO4/基质金属蛋白酶(MMP)9〔27〕;miR-490-3p,HMGB1/PI3K-AKT〔28〕;miR-188-3p,成纤维细胞生长因子(FGF)1〔29〕;miR-29a-3p,肿瘤坏死因子及其受体(TNFRSF1A)〔30〕。促进VSMC增殖、迁移:miR-214,Nck相关蛋白(NCKAP)1〔31,32〕;miR-665,p15/p16/p21〔32〕;miR-19a,细胞周期蛋白(cyclin)d1/细胞分裂周期素(cdc25A)/MMP/inhibitor-SMA/SM22/RHOB〔33〕;miR-221,具有Kazal基序的回归诱导富含半胱氨酸的蛋白质(RECK)/MMP2/MMP9/金属蛋白酶抑制剂(TIMP)3〔34,35〕;miR-222,RECK/MMP2/MMP9/TIMP3〔34～36〕;miR-138,线粒体钙单向转运体(MCU)/串联孔域酸性敏感K通道(TASK-1)〔37〕;miR-675,MAPK/NF-κB〔38〕;miR-147b,Wnt/catenin/YY(阴阳)1〔39〕。抑制VSMC凋亡:miR-210,肌细胞增强因子(MEF)2C/半胱天冬酶(Caspase)-3/Bcl-2相关X蛋白(Bax)/BCL2 相关的细胞死亡激动因子(Bad)〔41〕;miR-125b,血清反应因子(SRF)〔42〕;miR-21,同源性磷酸酶-张力蛋白(PTEN)/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/转化生长因子(TGF)β1〔43,44〕;miR-574-5p,锌指DHHC型棕榈酰转移酶(ZDHHC)14〔46〕。

综上,microRNA与AS密切相关,针对其研究有望开辟诊疗的新领域。VSMC表型转化、增殖、迁移和凋亡等是AS发生与发展的重要环节,并且有望成为AS诊疗的新靶点。部分microRNA可抑制VSMC增殖迁移,如上调miR-145、miR-148b等,或下调miR-665、miR-214等,进而抑制AS的进展;抑制VSMC的凋亡的microRNA,如miR-210、miR-21,可稳定斑块;抑制miR-206、miR-143等microRNA可以减少VSMC的表型转化,控制AS的进展,但其明确机制有待深入探索。