miRNA表达水平对缺血性脑卒中作用机制的研究进展

来源:用户上传      作者:

　　[摘要] 缺血性脑卒中（IS）发病率具有增高的趋势，目前缺乏诊断IS敏感的特异性生物学标志物。miRNA因其组织特异性强、易于放大信号通路、平均半衰期较长、能够反复冻融等优点，故其作为生物标志物已成为诊断IS的研究热点。本文综述了在IS中对细胞具有保护与损伤作用的miRNA及其作用机制，并且讨论了对于IS具有潜在诊断价值的miRNA，以及有助于确定IS分期的miRNA，以期为IS的研究、临床诊断及治疗提供新思路、新靶点。
　　[关键词] miRNA;缺血性脑卒中;生物标志物;分子机制
　　[中图分类号] R743.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2020）02-0189-04
　　Research progress on action mechanism of miRNA expression levels on ischemic stroke
　　ZHANG Qinzheng1  ZHENG Yangyang1   LI Qi1   CHEN Hongjuan1   YAN Benchun2   MA Runyao1   ZHANG Han1  YAN Hairun1
　　1.Department of Laboratory， Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical College， Mudanjiang   157011， China; 2.Department of Urinary Surgery， Hongqi Hospital Affiliated to Mudanjiang Medical College， Mudanjiang   157011， China
　　[Abstract] The incidence of ischemic stroke （IS） is increasing， but currently there is no sensitive specific biomarkers for the diagnosis of IS. MiRNAs have become a research hotspot in the diagnosis of IS because of their strong tissue specificity， easy amplification of signal pathways， long average half-life， and ability of repeated freezing and thawing. This article reviews the miRNAs that protect and damage cells in IS and their mechanism of action， discusses the miRNAs with potential diagnostic value for IS as well as the miRNAs that help determine the IS stage in order to provide new ideas and new targets for the study， clinical diagnosis and treatment of IS.
　　[Key words] MiRNA; Ischemic stroke; Biomarker; Molecular mechanism
　　腦卒中（Stroke）又称中风，已成为世界范围的第二死亡疾病和第三致残疾病[1]。其中，缺血性脑卒中（Ischemic stroke，IS）约占其80%。临床上，诊断IS主要依赖于临床症状表现和影像学检查。目前尚无准确诊断急性缺血性脑卒中（Acute ischemic stroke，AIS）的生物标志物。因此，从分子生物学角度对IS的发病机制进行深入研究，积极探索有效的生物标志物具有重大的临床价值。
　　miRNA（micro RNA）是一类由20～25个核苷酸组成的内源性非编码单链小RNA分子，通过完全或不完全碱基互补配对原则与特定靶基因信使RNA（mRNA）的3’-非翻译区（3’-UTR）或5’-UTR，抑制mRNA翻译或直接降解其特定mRNA，在基因转录调控和生物体正常发育中发挥重要作用。miRNA作为蛋白表达过程中的调节物质，可较早反映IS患者的生理病理变化。据研究报道，miRNA是神经细胞生长的调节因子，并参与神经功能调节。部分miRNA对于IS患者或小鼠的神经细胞等存在保护或损伤作用，探索其保护或损伤作用机制对于IS诊断和评估预后具有重要意义，甚至可以根据不同机制而确定不同治疗靶点，为IS的治疗提供新方向。
　　1 miRNA参与细胞保护作用
　　1.1 通过调控靶基因Caspase 3
　　Ni J等[2]研究发现，在IS患者和实验动物的血浆及大脑中，miR-let-7c-5p的含量显著降低。Caspase 3是受miR-let-7c-5p调控的靶基因，诱导miR-let-7c-5p过度表达通过抑制中风后小胶质细胞激活以保护大脑免受缺血损伤，这一过程可能是通过参与Caspase 3表达调控机制实现的。诱导miR-let-7c-5p过度表达可能是治疗IS的一个新方法，值得进一步探讨。miR-let-7c-5p是miRNA let-7c家族成员。但有研究表明，miRNA let-7c可促进ox-LDL诱导的人内皮细胞凋亡，提示miRNA let-7c具有促进动脉硬化作用[3]。 　　1.2 通过调控脑血管内皮细胞整合素αvβ3
　　梁国安等[4]研究发现，缺血缺氧性脑损伤可诱导miR-210表达上调，促进脑组织血管内皮生长因子（VEGF）表达和血管再生，从而发挥内源性脑保护机制。Zhang H等[5]研究表明，以RGD-exo作为靶向载体，通过NIRF成像和免疫荧光证实RGD-exo：miR-210的靶向性，短暂大脑中动脉闭塞（MCAO）小鼠模型静脉给药后，RGD-exo：miR-210与缺血区反应性脑血管内皮细胞整合素αvβ3 结合，致使缺血部位miR-210增加，从而减弱中风症状。关于miR-210的机制尚不完全明确，仍存在争议。Huang L等[6]研究认为，miR-210的抑制显著降低TNF-α，IL-1β，IL-6，CCL2和CCL3的表达，而对TGF-β和IL-10没有显著影响，因此可以抑制IS急性期的促炎反应和减少脑损伤。已报道miR-210有20多种直接靶标，而miR-210对IS调节的最终结果可能取决于多种靶基因作用的平衡和整合。
　　1.3 通过调控炎性因子TNF-α、IL-1β及AKT和ERK信号通路
　　脂肪干细胞（ADSCs）疗法是治疗中风有前景的方法，ADSCs是外泌体的重要来源，且外泌体中多为miRNA。Geng W等[7]首次证实miR-126在AIS患者血浆和缺血后大鼠血浆以及脑组织中下调。为了明确miR-126的作用，通过过表达或敲低技术来上调或下调ADSCs中miR-126的表达，从而分别获得miR-126+和miR-126-。ADSCs衍生外泌体可导致神经细胞死亡减低和细胞增殖，miR-126+进一步增强这一结果，而miR-126-则相反。通过免疫荧光分析Bv2细胞的活化，揭示miR-126+ 在治疗MCAO大鼠中的潜在功能。相比miR-126-，miR-126+更能抑制Bv2细胞活化。采用ELISA法监测脑组织中TNF-α和IL-1β表达，显示miR-126+相比miR-126-更显著抑制TNF-α和IL-1β产生，表明miR-126在MCAO大鼠外源性调节的神经炎症中起重要作用。为进一步验证miR-126+对TNF-α和IL-1β分泌的影响，研究者构建了氧和葡萄糖剥夺（OGD）模型，miR-126+和miR-126-处理Bv2细胞，结果与上述相同。Pan Q等[8]研究发现，miR-126在内皮细胞（ECs）和内皮祖细胞（EPCs）中高表达，增强细胞增殖和迁移，保证血管完整。
　　Luo Q等[9]研究表明，来自ADSCs的miR-126过表达在缓解急性心肌缺血性损伤中具有治疗意义。Qu M等[10]研究发现，miR-126可通过抑制其靶標酪氨酸磷酸酶非受体9型（PTPN9）以及激活AKT和ERK信号通路减少脑萎缩体积并改善缺血小鼠神经功能。miR-126具有两条链：miR-126-3p和miR-126-5p，两者过表达均促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）增殖、缺血性小鼠脑血管生成及神经生长，并进一步改善神经功能。Zheng T等[11]研究发现，miR-130a可通过PTEN/PI3K/AKT途径对IS发挥神经保护作用。
　　1.4 通过调控MAPK途径
　　研究表明，MAPK信号传导可影响血脑屏障（BBB）的完整性[12]，增强IS后神经细胞炎症小体活化，对神经细胞增殖、适应和分化具有重要作用，对于脑缺血期间炎症和细胞凋亡的调节至关重要。尽管有许多关于miR-145和MAPK途径在脑血管疾病或中风中的作用研究，但尚未研究在IS中miR-145与MAPK信号传导途径之间的关联。Xue WS等[13]研究，通过靶向MAPK途径治疗IS，探索miR-145在神经干细胞（NSCs）功能中的作用。miR-145的过表达促进了NSCs中MAPK通路的相关mRNA和蛋白的表达，而miR-145的表达下调抑制了MAPK通路。miR-145在NSCs中的过表达促进了G1/S-特异性周期蛋白-D1（Cyclin D1）、巢蛋白（Nestin）、神经元特异性烯醇化酶（NSE）和胶质纤维酸性蛋白（GFAP）蛋白上调，增强了NSCs活性，促进细胞增殖和分化，同时抑制Cleaved-caspase 3表达和细胞凋亡。miR-145通过靶向MAPK途径在大鼠IS治疗中保护NSCs的功能，对IS治疗进展具有重要意义。侯丽淳等[14-15]预测miR-145为编码CD40的靶基因，miR-145在IS患者血清中表达水平上调，其过表达将抑制CD40基因表达从而减少血管内炎症因子释放。Dong H等[16]研究发现，miR-22也可通过MAPK途径减轻IS大鼠炎症。
　　1.5 通过调控AMPK活性
　　AMP依赖蛋白激酶（AMPK）在IS中的作用仍然存在争议，对于神经元新生可能具有双重作用。Wang Z等[17]研究认为，miR-27b直接靶向AMPK，影响其表达。在小鼠模型中，miR-27b抑制剂（miR-27b antagomir）显著增强行为功能恢复和空间记忆能力，并通过调节AMPK活性促进IS恢复。
　　2 miRNA参与细胞损伤作用
　　2.1 通过调控Bcl-2和Bcl-w
　　Yin KJ等[18]研究表明，miR-497是一种促凋亡调节因子，在缺血性神经细胞死亡调控中起关键作用。在Bcl-2和Bcl-w的3’-UTR上有miR-497的结合位点，miR-497过表达通过抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-w促进缺血性神经细胞死亡。Chen X等[19]研究发现miR-497通过抑制Bcl-2和微管相关蛋白1A/1B-轻链3（LC3）加剧梗死面积和神经功能损伤，且LC3在神经元自噬过程中至关重要。miR-497激动剂（miR-497 agomir）仅抑制线粒体靶向Bcl-2表达，而不是ER靶向的Bcl-2。在大脑缺血发生后，miR-497明显增加，对神经细胞死亡调控具有关键作用。 　　另有研究認为[20]，在IS小鼠模型中，miR-15a/16-1表达增加，抑制抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-w，促进炎症反应加重脑损伤。小鼠尾静脉注射miR-15a/16-1 antagomir抑制miR-15a/16-1活性，显著降低IL-6、MCP-1、VCAM-1、TNF-α的表达，增加Bcl-2和Bcl-w的表达，从而减小脑梗死体积，并改善IS小鼠神经功能。之前研究发现，OGD诱导的miR-15a表达上调可升高小鼠脑血管内皮细胞（CEC）。在体外，miR-15a功能丧失可导致Caspase-3活性增强，高尔基体片段减少。提示miR-15a的高表达抑制Bcl-2，并在OGD诱导的CEC凋亡中起负作用。
　　2.2 通过调控Nrf2和HO-1表达
　　Ma Q等[21]采用实时PCR技术检测在发病6 h内AIS患者血浆和中性粒细胞中的miR-93水平降低，在体外治疗中miR-93 agomir通过诱导Bv2细胞周期G1期停滞抑制OGD诱导的Bv2细胞增殖。Wang P等[22]研究认为，miR-93可直接结合在核因子红细胞相关因子2（Nrf2）的3’-UTR靶点，然后减弱Nrf2和血红素加氧酶-1（HO-1）表达。Nrf2/HO-1通路是一种重要防御机制，可抵抗缺血/再灌注后有诱导的氧化应激反应，从而miR-93可加重脑缺血损伤。
　　2.3 通过调控靶基因Mcl-1
　　miR-106b-5p对IS神经功能影响等具有负相关关系。Li P等[23]认为miR-106b-5p上调是脑缺血损伤的重要原因，继续探索了miR-106b-5p中风的分子机制，在MCAO大鼠脑内Bax表达上调，Bcl-2表达下调。采用荧光素酶报告基因实验测定证明Mcl-1是miR-106b-5p的靶基因，Mcl-1是Bcl-2家族的抗凋亡成员。miR-106b-5p antagomir显著降低丙二醛（MDA），恢复超氧化物歧化酶（SOD）活性，增加Mcl-1表达，并减少Bax表达，从而减少梗死体积，降低神经细胞损伤，改善神经功能。miR-106b-5p antagomir的研究对于未来治疗IS具有临床意义。
　　3 展望
　　miRNA具有组织特异性强，信号通路易放大，平均半衰期较长，可反复冻融等优点，已成为多种疾病的新型生物标志物。但尚无miRNA作为IS诊断标志物应用于临床，需进一步研究。Ma Q等[21]评估miR-93在IS发病后6 h内诊断和预测潜力，发现血浆和中性粒细胞中的miR-93是诊断AIS潜在生物标志物，首次为miR-93在AIS中的诊断价值提供证据，且中性粒细胞中的miR-93水平为AIS患者潜在预后生物标志物。李东斌等[24]研究显示，血浆外泌体源性miR-422a对于IS早期（发病1-3d）具有极高的诊断价值。Li DB等[25]研究认为，联合检测miR-422a和miR-125b-2-3p表达水平有利于确定IS的进展阶段。
　　近年来，对于IS的研究进展已取得较大进步，IS发生后短时间内可以在体液中检测到miRNA表达水平上调或下调，检测其表达水平变化对神经细胞及功能的影响，有助于对IS进行诊断和预后监测。但目前部分miRNA对于IS的发病意义还存在争议，这可能与发病机制不同、检测样本量小等原因有关，需要进一步研究。随着对miRNA研究的深入，检测miRNA对IS的分期、分类具有指导作用，对于早期干预IS进展也具有重要临床价值，且有望成为IS早期诊断和评估预后的新型标志物和治疗新靶点，发展前景广阔。
　　
　　[参考文献]
　　[1] Murray CJ，Vos T，Lozano R，et al. Disability-adjusted life years （DALYs） for 291 diseases and injuries in 21 regions，1990-2010：A systematic analysis for the global burden of disease study 2010[J].Lancet，2012，380（9859）：2197-2203.
　　[2] Ni J，Wang X，Chen S，et al. MicroRNA let-7c-5p protects against cerebral ischemia injury via mechanisms involving the inhibition of microglia activation[J]. Brain Behav Immun.2015，49：75-85.
　　[3] Faccini J，Ruidavets JB，Cordelier P，et al. Circulating miR-155，miR-145 and let-7c as diagno-stic biomarkers of the coronary artery disease[J]. Sci Rep，2017，7：42916.
　　[4] 梁国安，姚桂飞，范海玲. 脑缺血缺氧后新生鼠miR-210表达与脑血管再生的关系[J]. 华中科技大学学报（医学版），2018，47（4）：431-436.
　　[5] Zhang H，Wu J，Wu J，et al. Exosome-mediated targeted delivery of miR-210 for angiogenic therapy after cerebral ischemia in mice[J]. Nanobiotechnology.2019，17（1）：29.
　　[6] Huang L，Ma Q，Li Y，et al. Inhibition of microRNA-210 suppresses pro-inflammatory response and reduces acute brain injury of ischemic stroke in mice[J]. Exp Neurol，2018，300：41-50. 　　[7] Geng W，Tang H，Luo S，et al. Exosomes from miRNA-126-modified ADSCs promotes functional recovery after stroke in rats by improving neurogenesis and suppressing microglia activation[J].Am J Transl Res，2019，11（2）：780-792.
　　[8] Pan Q，Zheng J，Du D，et al. MicroRNA-126 Priming enhances functions of endothelial progenitor cells under physiological and hypoxic conditions and their therapeutic efficacy in cerebral ischemic damage[J]. Stem Cells Int，2018，2018：2912347.
　　[9] Luo Q，Guo D，Liu G，et al. Exosomes from MiR-126-Overexpressing adscs are therapeutic in relieving acute myocardial ischaemic injury[J]. Cell Physiol Biochem，2017，44（6）：2105-2116.
　　[10] Qu M，Pan J，Wang L，et al. MicroRNA-126 regulates angiogenesis and neurogenesis in a mouse model of focal cerebral ischemia[J]. Mol Ther Nucleic Acids，2019，16：15-25.
　　[11] Zheng T，Shi Y，Zhang J，et al. MiR-130a exerts neuroprotective effects against ischemic stroke through PTEN/PI3K/AKT pathway[J]. Biomed Pharmacother，2019，117：109117.
　　[12] Fann DY，Lim YA，Cheng YL，et al. Evidence that NF-κB and MAPK signaling promotes NLRP inflammasome activation in neurons following ischemic stroke[J]. Mol Neurobiol，2018，55（2）：1082-1096.
　　[13] Xue WS，Wang N，Wang NY，et al. MiR-145 protects the function of neuronal stem cells through targeting MAPK pathway in the treatment of cerebral ischemic stroke rat[J].Brain Res Bull，2019，144：28-38.
　　[14] 侯麗淳，杨慧，关雪莲，等. MiRNA-145与miRNA-146 a在缺血性脑卒中的表达研究[J]. 中风与神经疾病杂志，2019，36（2）：124-126.
　　[15] 侯丽淳，杨慧，关雪莲，等. miRNA-145在缺血性脑卒中的表达研究[J]. 黑龙江医药科学，2019，42（1）：45-46，48.
　　[16] Dong H，Cui B，Hao X. MicroRNA-22 alleviates inflammation in ischemic stroke via p38 MAPK pathways[J]. Mol Med Rep，2019，20（1）：735-744.
　　[17] Wang Z，Yuan Y，Zhang Z，et al. Inhibition of miRNA-27b enhances neurogenesis via AMPK activation in a mouse ischemic stroke model[J]. FEBS Open Bio，2019，9（5）：859-869.
　　[18] Yin KJ，Deng Z，Huang H，et al. MiR-497 regulates neuronal death in mouse brain after transient focal cerebral ischemia[J]. Neurobiol Dis，2010，38（1）：17-26.
　　[19] Chen X，Lin S，Gu L，et al. Inhibition of miR-497 improves functional outcome after ischemic stroke by enhancing neuronal autophagy in young and aged rats[J]. Neurochem Int，2019，186（18）：30662-30664.
　　[20] Asevedo Campos de Resende T，de Fátima Bernardes V，Carolina da Silva J，et al. Loss of heterozygosity of mIR15A/MIR16-1，negative regulators of the antiapoptotic gene BCL2，is not common in odontogenic keratocysts[J]. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol，2018，125（4）：313-316.
　　[21] Ma Q，Li G，Tao Z，et al. Blood microRNA-93 as an indicator for diagnosis and prediction of functional recovery of acute stroke patients[J]. J Clin Neurosci，2019，62：121-127.
　　[22] Wang P，Liang X，Lu Y，et al. MicroRNA-93 downregulation ameliorates cerebral ischemic injury through the Nrf2/HO-1 defense pathway[J]. Neurochem Res，2016， 41（10）：2627-2635.
　　[23] Li P，Shen M，Gao F，et al. An Antagomir to microRNA-106b-5p ameliorates cerebral ischemia and reperfusion injury in rats via inhibiting apoptosis and oxidative stress[J].Mol Neurobiol，2017，54（4）：2901-2921.
　　[24] 李东斌，王伟，黎入莹，等. 血浆外泌体源性miR-422a在缺血性脑卒中患者中的表达变化及其作为诊断标志物的探讨[J]. 中华检验医学杂志，2018，41（9）：658-663.
　　[25] Li DB，Liu JL，Wang W，et al. Plasma exosomal miR-422a and miR-125b-2-3p serve as biomarkers for ischemic stroke[J].Curr Neurovasc Res，2017，14（4）：330-337.
　　（收稿日期：2019-07-17）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-15151314.htm