MicroRNA与高血压及其靶器官损害的研究进展

徐 静,陈茜茜,侯明双,吕红英,贾冠军,寇雨顺,赵 磊,伊 琳

(1.甘肃中医药大学中西医结合学院,2.甘肃省中医药防治慢性病疾病重点实验室,3.甘肃中医药大学药学院, 甘肃 兰州 730000)

高血压是严重的心血管疾病,在我国高血压患病率随着年龄增长呈现出升高趋势。同时,高血压也是诱发脑卒中、心肌梗死、心力衰竭、慢性肾脏疾病等疾病的最主要因素。表观遗传学研究发现,高血压的发生与非编码RNA(MicoRNAs,miRNAs)对靶基因的调控密切相关。本文将综述miRNA和高血压及其靶器官关系的最新进展,以便更好的理解高血压的发病机制,为高血压及其靶器官损害的治疗及预防策略提供依据。

1 MicroRNA概述

MicroRNAs是由约22个核苷酸组成的具有高度保守性的单链非编码的RNA序列,是在转录后调节基因表达的小的内源性RNAs[1]。1993年人类发现了第一个 miRNA,7年后第二个miRNALet-7家族的发现,开启了miRNA在医学生物学领域的大量研究。miRNA的合成经历了转录、分解、转运、切割、解螺旋和结合等过程,最后被引到靶mRNA的3’端,从而抑制靶mRNA的翻译或促使其降解[1]。miRNA的异常表达或功能与多种人类疾病关系密切,因此,疾病相关miRNA为靶点的治疗逐渐成为了医学研究的热点。

2 MicroRNA对高血压的直接影响

2.1 miRNA对血管内皮细胞的影响miRNA对血管内皮的作用重点在于肾素-血管紧张素-醛固酮系统、一氧化氮、氧化应激调节、血管炎症和血管生成的控制以及在识别内皮特异性miRNA及其靶点等方面。近年来一系列关于miRNA的研究证实,miRNA参与了血管的生成、内皮细胞的增殖及其内皮细胞的功能障碍[2],对维持血管内皮细胞(vascular endothelial cell,VEC)的功能起着关键作用。

研究发现[3],高血压小鼠血管周围组织(perivascular tissues,PVAT)中miR-214对血管氧化应激反应以及抑制T细胞进入PVAT以减弱炎症反应;进一步研究发现,敲除 miR-214可阻止促纤维化T细胞因子和趋化因子受体活化,从而减弱T细胞趋化作用,减轻血管周围炎症,提示miR-214通过增加PVAT内的T细胞数量和促进局部促纤维化细胞因子的释放,加重内皮功能障碍和周围血管纤维化,导致血压持续升高,表明敲除 miR-214有利于血压的稳定和内皮功能的修复。Zou等[4]发现,给大鼠注射miR-214-3p抑制剂,会使eNOS表达增加,血压降低。进一步研究发现,给eNOS稳定的突变型大鼠注射miR-214-3p抑制剂后,miR-214-3p含量降低,但eNOS和血压水平均没有发生明显变化。说明miR-214-3p可以直接靶向eNOS,促进其生成NO,起到降血压的作用。

NO 的产生主要依赖于eNOS,在EC中起到维持血管张力和血压的作用,是维持心血管稳态的重要介质。有研究发现[5], eNOS 是miR-155的直接靶标。抑制miR-155 表达可以使人脐静脉内皮细胞中的 eNOS 表达和 NO 产生从而促使内皮依赖性血管舒张,降低血压。同时,抑制 miR-155 可逆转肿瘤坏死因子-α 诱导的 eNOS 表达下调和内皮依赖性血管舒张功能受损。此外,研究还发现辛伐他汀减弱肿瘤坏死因子-α(TIF-α)诱导的 miR-155 的上调,并改善TIF-α对 eNOS 表达和内皮依赖性血管舒张的影响。这些发现表明 miR-155 是 eNOS 表达和内皮依赖性血管舒张的重要调节剂。抑制 miR-155 可能是改善心血管疾病发展过程中内皮功能障碍的新治疗方法。

Shang等[6]研究发现,高血压患者外周血清中miR-483-3p水平与高血压的进展相关,并与血管功能呈正相关。ECs中miR-483-3p的过度表达抑制了血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)诱导的内皮功能障碍,同时降低了转化生长因子-β(TGF-β)、结缔组织生长因子(CTGF)、血管紧张素转换酶1(ACE1)和内皮素1(ET-1)的表达。miR-483-3p在高血压发病期间对EC功能有保护作用,因此可能被认为是高血压相关心血管疾病的潜在治疗靶点。

上述研究证明,miRNA可以调控EC的功能,通过影响 NO 和 eNOS 的表达来抑制EC异常的增殖与凋亡,通过与Ang Ⅱ之间的相互作用来调控血压。这些证据提示 miRNA 在维持高血压EC正常功能方面有着巨大潜力。

2.2 miRNA对血管平滑肌细胞的影响血管平滑肌对维持血管张力和稳定血压有着重要意义,高血压的危险因素刺激会使血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)异常增殖或凋亡,AngⅡ诱导的VSMC重塑和功能障碍是高血压发生的主要原因。

最近有研究表明[7],AngⅡ可以降低Bcl-2样蛋白1的(Bcl-xL)的表达,Bcl-2样蛋白1是一种新发现的可以抑制线粒体中未偶联质子通量的蛋白,能够降低VSMC中未偶联线粒体的表达。AngⅡ下调血管平滑肌细胞中Bcl-xL的miR140-5p表达可以解偶联线粒体和升高血压。抑制miR-140-5p可改善VSMC的线粒体生物功能,并减轻AngⅡ诱导小鼠的线粒体解偶联和高血压。

miRNA在抑制AngⅡ诱导VSMC重塑也有着重要作用。有研究发现[8],miR-135a-5p能够减轻自发性高血压大鼠(SHR)血管平滑肌的增殖和血管重塑,抑制或敲除miR-135a-5p阻止了SHR 血管平滑肌细胞中FNDC5的下调,FNDC5基因敲除可加重SHR的VSMC增殖。外源性FNDC5或FNDC5过表达减弱SHR的VSMC增殖,并阻止miR-135a-5p模拟物诱导的SHR VSMC增殖增强。SHR中miR -135a-5p基因敲除可减轻高血压,使FNDC5表达正常化,抑制血管平滑肌增殖,减轻血管重塑。这些结果表明,miR-135a-5p促进SHR中VSMC的增殖,而FNDC5抑制VSMC的增殖。沉默miR-135a-5p可通过解除FNDC5转录的抑制,减轻SHR中VSMC的增殖和血管重塑。Li等[9]研究发现,平滑肌细胞特异性miR-214基因敲除(miR-214cKO)可显著缓解AngⅡ诱导的高血压,同时抑制AngⅡ诱导的中层增厚、血管纤维化和炎症,进一步研究发现,抑制平滑肌细胞中的miR-214可通过上调Smad7抑制TGF-β的表达,从而阻止AngⅡ诱导血管平滑肌细胞重塑Smad2/3信号。

此外,也有很多的miRNA在VSMC增殖和迁移过程中发挥作用。Niu等[10]发现,miR-634模拟物能够抑制人主动脉平滑肌细胞(human aortic smooth muscle cells, HASMCs)的增殖和迁移。miR-634靶向HASMC中的Wnt4蛋白的表达,通过减少Wnt4的表达进而达到抑制VSMC的增殖和迁移的作用,减少高血压的发生。Wnt/β-连环蛋白是一种发育信号通路,参与损伤修复和组织内稳态的过程,Wnt/β-连环蛋白过度活跃能够促进肾素-血管紧张素系统的激活,并导致高血压的发生。miR-634通过抑制Wnt4/β-连环蛋白途径发挥了VSMC增殖和迁移的新调节器的作用,为理解miR-634在高血压干预中的作用提供了新的视角。新的一项研究发现[11],miR-149-5p通过抑制其特定靶点HDAC4,在抑制PDGF诱导的VSMC增殖、侵袭和迁移中发挥作用。因此miR-149-5p被认为可能是VSMC相关疾病的治疗靶点。

VSMC在维持血压稳定方面扮演了至关重要的角色,miRNA通过调控VSMC的增殖、迁移能力来起到维持血压稳态的作用,为高血压的治疗提供新的思路与办法。

2.3 miRNA对肾素-血管紧张素-醛固酮(RAAS)系统的影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)与高血压的发生密切相关,AngⅡ是该系统的主要成分有收缩血管诱导血管重塑和诱导血管平滑肌增殖的作用。血管紧张素转换酶(ACE)是AngⅡ的主要产物,通过靶向血管紧张素1型(AT1)受体参与高血压介导的心血管重塑。研究发现[12],miR-483-3p可以直接作用于RAAS的特定部分,并且miR-483-3p可以调节ACE、ACE2和AT2R水平的平衡和稳态,起到了RAAS系统调节器的作用,揭示了RAAS中miRNA和Ang II敏感性之间的复杂关系。有一项临床研究表明[13],在高血压患者的外周血中,miR-136的表达与RAAS的生化标志物ACE、RA、Ang II和ALD呈显著负相关。高水平的miR-136可预测高血压患者用药后的良好预后。因此,miR-136可作为高血压诊断的潜在生物标志物。

此外,RAAS的慢性激活促进并延续了充血性心力衰竭、全身性高血压和慢性肾病的综合征。循环系统和组织中AngⅡ和醛固酮水平过高会导致促纤维化、炎症和肥大环境,从而导致心血管和肾组织的重塑和功能障碍。因此,抑制RAAS系统的激活对于高血压及其靶器官损伤都有举足轻重的作用。在高血压中,microRNAs 作用于RAAS系统并调节相关信号通路诱导高血压及相关疾病。例如,研究发现[14],Trif 缺乏抑制了醛固酮诱导的心脏炎症反应和线粒体损伤,为解释醛固酮诱导的心脏肥大、纤维化和功能障碍提供一种新的分子机制。

越来越多的研究表明,RAAS系统与高血压的关系不止限于高血压本身,而是对高血压引起的全身靶器官损害都有关联。RAAS系统作为高血压病理机制中不可或缺的一环,对其的研究与探索会为高血压治疗带来意想不到的好处。

3 MicroRNA对高血压靶器官的影响

3.1 miRNA对肾脏的影响长期高血压会引起全身血管病变而导致一系列的靶器官损害,其中以心、脑、肾等靶器官损伤最为主要。而高血压所致的肾脏损伤已经成为终末期肾病的第二大病因,也是不良心血管事件的独立危险因素之一[15]。miRNA在高血压肾损害发病进程中作用广泛而复杂,可以参与到病理机制的各个环节,包括血流动力学因素和非血流动力学因素。

Cheng等[16]研究表明,肾脏中miR-204-5p高表达能够起到保护肾脏免受慢性肾脏损伤疾病侵害的作用,他们发现,miR-204对慢性肾损伤的保护作用涉及到了miR-204/SHP2/STAT3信号通路,miR-204靶向SHP2和抑制STAT3的激活保护肾脏免受纤维化损伤,同时该信号通路亦能够通过调节肾血管系统影响慢性肾损伤。Liu等[17]研究发现,miR-29表达会引起Sp1-TGF-β1/Smad3-NF-κB信号通路表达增强,促进肾脏纤维化。对人类CWAS数据进行生物信息学分析,对人类肾活检标本的小RNA进行深度测序分析并对肾脏特异性抑制miRNA和具有靶向基因破环的大鼠模型进行研究,结果发现肾脏中的miR-214-3p在功能上和潜在的遗传上与盐诱导高血压有关,而且确定了miR-214-3p是eNOS的直接调节因子,能够部分介导miR-214-3p对高血压的作用[18]。

3.2 miRNA对脑组织的影响高血压脑出血(hypertensive cerebral hemorrhage,HICH)会使miR-126表达降低,而高血压引起的EC损伤是高血压脑出血的重要原因。SUN等[19]发现在HICH小鼠的脑血管细胞中,Lnc FENDRR和血管内皮生长因子(VEGFA)表达增加,miR-126表达降低。FENDRR能够逆转由于凝血酶升高导致的VEGFA表达升高和人脑微血管内皮细胞(human brain microvascular endothelial cells,HBMECs)凋亡,而miR-126抑制剂可以消除FENDRR基因敲除对VEGFA表达和HBMECs凋亡的影响。同时,VEGFA的下调可减轻FENDRR和miR-126基因敲除对HBMECs凋亡的影响。FENDRR可通过miR-126上调VEGFA,促进HBMECs凋亡,进而加重小鼠HICH的病情。这些结果可能为HICH的治疗提供新的治疗靶点。

3.3 miRNA对心脏的影响高血压是导致慢性心力衰竭的最主要,最强大的因素。长期的高血压会引起左心室的心室重塑,导致高血压性心脏病的发生,最终发展成为慢性心力衰竭。

有研究表明[20],心力衰竭 (heart failure,HF) 患者的心脏 miRNA-132-3p水平升高,影响心肌细胞生长、自噬和收缩并机械地驱动心脏重塑过程。CDR132L 是一种特异性反义寡核苷酸,是一流的 miR-132 抑制剂,临床试验表明CDR132L能够选择性、剂量依赖性和有效的降低miR-132表达,可在临床前模型中减弱甚至逆转 HF。近来有研究提出了“肾-心轴”的概念[21],即HF和心脏纤维化与肾功能损害相关,慢性肾脏疾病患者更容易发生心脏纤维化。慢性肾脏病患者心脏纤维化的发生涉及到氧化应激、RAAS系统激活、炎症反应以及与成纤维细胞生长因子的调节作用等密切相关。microRNA可作为“肾-心轴”之间的信使在肾功能损害和心脏纤维化中起着重要作用,有许多的促纤维化microRNA在心脏和肾脏中的表达高度重合,而miRNA-21和miRNA-29是心脏和肾脏中表达最丰富的miRNA,是调节纤维化的主要分子。慢性心力衰竭和心脏纤维化的进展是一个复杂的过程,其机制还在进一步的探索当中,通过肾脏导致肾功能衰竭的心脏病加重-心脏轴进一步增加了这一过程的复杂性。虽然我们对潜在机制的理解仍在不断发展,但“肾-心轴”的提出为关注这一临床高度相关的问题提供了充分的理由,也为进一步探索它们之间的关系提供了一个方向。

4 外泌体MicroRNA在高血压中的作用

外泌体是直径在30～150 nm之间的细胞外囊泡,能够携带核酸、蛋白质、脂质以及代谢产物运输到细胞外环境。在高血压的相关研究中,外泌体被看作是细胞间信使,而miRNA则是外泌体的重要信息物质,其病理生理学作用主要涉及miRNA介导的RAAS、一氧化氮(NO)、氧化应激、血管炎症和血管生成的调节等[22]。

4.1 外泌体miRNA与血管重塑及内皮功能障碍高血压的血管重塑是由于血管活性肽释放诱导血管收缩、血管平滑肌细胞生长或凋亡导致了炎症和血管纤维化。在这一过程中每一步都需要外泌体作为“信使”发挥作用。血管重塑过程往往伴随着内皮和血管功能障碍的发生,包括细胞增殖、凋亡和迁移等过程。

miRNA能够调节RAAS成分,影响血管重塑和血压调节。例如,miR-155-5p过表达直接降低ACE水平来影响AngⅡ的释放,从而起到降血压、血管重塑的作用[23]。此外,有研究发现[24],SHR中的差异表达外泌体miRNA被发现可通过TGF-/MAPK信号通路参与血管重塑和维持血压稳态,但其具体作用机制还需要进一步的研究。

miR-21是血管重塑的重要调节因子,通过外泌体的运输显著降低内皮中NO和eNOS水平,导致血管功能障碍[25]。外泌体可以运输miR-125a抑制血管生成抑制剂(DLL4)的作用,促进血管的生成[26];miR-34a通过靶向Tigf2抑制内皮细胞迁移,促进了细胞凋亡,并抑制其的增殖作用[27]。

4.2 外泌体miRNA与炎症反应外泌体参与免疫调节机制,包括激活和抑制免疫反应、调节抗原呈递和免疫监测。来自免疫细胞或干细胞衍生的外泌体miRNA在暴露于应激或在促高血压刺激物影响下直接靶向促炎分子,调节炎症。进一步研究发现[28],SHR大鼠血清中存在miR-17,miR-17能够升高其下游靶点中的粘附分子-1(ICAM1)导致炎症发生。内质网应激增加巨噬细胞源性外泌体miR-106-5p表达,抑制转录因子E2f1和Pde3b刺激肾素产生从而导致炎症发生[29]。但外泌体miRNA在高血压的炎症反应中的具体作用尚未完全阐明,仍需进一步的研究和发现。

4.3 外泌体miRNA的潜在治疗作用外泌体miRNA在循环中的差异表达和它独特的细胞特异性为高血压的诊断和预后提供了有效潜在的生物标志物,同时也有希望成为高血压治疗强有力的靶点。已有研究表明,间充质基质细胞衍生外泌体(MSC-EXO)能够改善高血压大鼠表型,注射MSC-EXO不但能够减轻高血压大鼠的肺血管重塑和右心室损伤,还可以抑制血管内皮细胞凋亡和平滑肌细胞的增殖并且减轻炎症反应[30]。而外泌体miRNA因为其自身结构优势,更有希望为高血压靶向治疗带来意想不到的惊喜。高血压相关miRNA与靶基因总结见表1。

5 总结与展望

miRNA几乎涉及了所有细胞生物学功能,随着技术进步不断有新的miRNA出现在高血压复杂的病理生理过程中,在不同病理状态下miRNA发挥着不同的作用影响高血压进程以及靶器官的损害。近几年的研究已经确定一些miRNA可在临床上被用作诊断高血压的生物标志物,基于此开发miRNA的靶向治疗成为了新的研究热点。化学修饰的miRNA治疗首先进入了人们视野,但它具有一定的局限性,而纳米技术的兴起解决了化学修饰miRNA稳定性差、疗效低的问题,而且降低了miRNA治疗带来的副作用。目前,通过已知的纳米技术提高转染效率,定向靶细胞转移和联合治疗已成为研究的主要方向。但miRNA靶向治疗在临床应用中仍然面临着巨大挑战,亟待进行进一步的研究和探索。

外泌体来源的miRNA具有更好的结构稳定性和靶向作用,所以如何行使外泌体miRNA细胞间信使作用,实现更精准的药物递送成为了新的研究热点。虽然,目前在外泌体miRNA提取和识别方面还存在一定的不确定性和不稳定性,但是随着研究深入这些问题必将被克服,为外泌体miRNA的治疗打开一个全新的局面。