
脑卒中是目前引起全球人口死亡和导致长期致残的重要原因,缺血性脑卒中的发生率、致残率和死亡率均较高,给社会和家庭均带来沉重负担。微小核糖核酸(miRNA)参与多种生物学过程,如增殖、分化、代谢、突触形成、血管新生和细胞凋亡等,在脑血管病的危险因素中发挥着不可或缺的调节作用。其可能成为缺血性脑卒中快速诊断和治疗效果评价的重要生物标志物,对缺血性脑卒中危险因素的干预提供了预防途径。主要综述miRNA在缺血性脑卒中危险因素如高血压、糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化和颈动脉狭窄等中表达的研究进展,以期对疾病的预防和诊治提供新的思路。
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脑卒中是目前引起全球人口死亡和致残的重要原因,缺血性脑卒中是由脑缺血、缺氧引起的,严重影响人们的健康和生活质量,具有较高的发病率、致残率和死亡率。目前,缺血性脑卒中的治疗最有效的方法仍是在有效的时间窗内实现阻塞血管的血栓溶解和/或机械再通来建立早期再灌注,缺血性卒中溶栓治疗方面疗效受限于狭窄的时间窗、治疗的适应症以及溶栓药物的绝对及相对禁忌症,但仍有大量的患者尚未在有效时间窗内到达医院接受治疗,且现有的溶栓、取栓之外仍未发现强有效的明显改善卒中预后结局的特效药物,因此目前迫切需要临床医生和科研人员设计研发更有效的治疗途径来克服目前使用药物的局限性、减少不良反应和扩大适应症。
微小核糖核酸(microRNA,miRNA)是一类内生的、长度为19~25个核苷酸的小RNA,其在细胞内具有多种重要的调节作用。miRNA参与多种生物学过程,如增殖、分化、代谢和细胞凋亡等。每个miRNA可以有多个靶基因,而几个miRNA也可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个miRNA来调控多个基因的表达,也可以通过几个miRNA的组合来精细调控某个基因的表达。据推测,miRNA调节着人类1/3的基因。miRNA参与多种生物学过程,如增殖、分化、代谢、突触形成、血管新生和细胞凋亡等[1,2,3]。miRNA在多种脑血管病的危险因素中发挥着不可或缺的调节作用。本文主要综述miRNA在缺血性脑卒中危险因素如高血压、糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化和颈动脉狭窄等中表达的研究进展,以期对疾病的预防和诊治提供新的思路。
高血压是脑卒中的第一危险因素,脑卒中发病率、死亡率的上升与血压升高有密切的关系。血压的升高会导致血管壁的损伤,引起缺血性或出血性卒中的发生发展。许婵婵等[4]研究发现在自发性高血压大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR)和年龄匹配的Wistar-Kyoto(WKY)大鼠主动脉中miRNA-1(miR-1)、miR-155和miR-208存在明显差异,与WKY大鼠相比,成年SHR主动脉中miR-155的表达较少,并且与血压呈负相关,提示其可能参与高血压的发生和病理生理进程,大鼠主动脉中miR-208的表达随年龄的增长而下降,表明其可能在血管发育中起作用。Ceolotto等[5]研究发现位于人血管紧张素Ⅱ受体1(angiotensin Ⅱ type 1 receptor,AT1R)3’-UTR(非翻译区)的沉默多态性(+1166A/C单核苷酸多态性)与高血压和心血管并发症有关,AT1R蛋白表达与收缩压和舒张压呈正相关,与miR-155表达水平呈负相关,血浆转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)可能在miR-155和AT1R蛋白表达之间的相互作用中具有调节作用,因为它与miR-155表达呈负相关,与CC基因型受试者的AT1R蛋白表达呈正相关。miR-155可能通过控制血压来调节脑卒中的发生率。其他一些miRNA,包括miR-125a/b-5p、miR-22和miR-487b,也被证明可以调控血压。在培养的人微血管内皮细胞中进行miRNA深度测序发现30个预测了由已知参与高血压或血压调节的基因编码的靶mRNA,内皮miRNA对由与血压调节相关的基因编码的mRNA进行了广泛的调控,这为研究miRNA在高血压中的作用机制提供了新的独特的基因调控基础[6]。
糖尿病被认为是脑梗死的独立危险因素。Cai等[7]在研究糖尿病脑梗死的病理机制时发现RAF1通过miR-146b-3p下调激活有助于糖尿病脑梗死中RAF/p38丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPKs)/环氧化酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)信号通路的激活,这和糖尿病脑梗死的进展和发展密切相关,miR-146b-3p的异常表达似乎是糖尿病脑梗死发展的关键决定因素,它可能成为检测和干预DMCI的新的治疗靶点。Long等[8]在研究miR-223和序列相似家族5成员C(family with sequence similarity 5, member C,FAM5C)在患有或不患有糖尿病的脑梗死患者外周血单个核细胞中的表达时发现在所有患者和健康对照中,miR-223-3p的表达与FAM5C mRNA呈负相关,miR-223-3p质粒与FAM5C 3’-UTR双荧光素酶质粒共转染显著抑制了荧光素素酶活性(P<0.01),FAM5C而非miR-223是2型糖尿病患者腔隙性脑梗死的危险因素。研究发现在发生脑卒中的2型糖尿病患者中,miR-223显著下调,miR-144显著上调。糖尿病在没有缺血性脑卒中的情况下也可以影响脑部miRNA的表达[9],研究发现循环miRNA let-7i和miR-15a在接受溶栓治疗的急性缺血性卒中患者和未接受溶栓治疗的患者之间表达差异有统计学意义,与非溶栓组相比,阿替普酶静脉溶栓组显示let-7i的上调和miR-15a的下调,并且这和脑卒中患者的早期功能预后和3个月改良Rankin量表有密切关系[10]。
近年来,表观遗传学成为了研究热点,母体糖尿病会改变子代基因表达,导致发育中的大脑神经管缺陷,基因表达调控的机制仍然未知。据推测,神经干细胞(neural stem cell,NSC)暴露于高葡萄糖/高血糖会导致表观遗传机制的激活,从而在大脑发育过程中改变基因的表达和细胞命运。为了检查高血糖引起的神经干细胞表观遗传学的变化,Shyamasundar等[11]从正常妊娠和链脲佐菌素诱导的糖尿病妊娠小鼠中分离NSC进行培养发现高血糖增加了Dcx和血小板活化因子乙酰水解酶异构体1b亚基1(platelet-activating factor acetylhydrolase 1b1,Pafah1b1)蛋白的表达,同时降低了4种预测的miRNAs(miR-200a、miR-200b、miR-466a-3p和miR-466d-3p)的表达,NSC中特定miRNA的敲除导致Dcx和Pafah1b1蛋白的表达增加,从而证实了预测靶点,并通过增加神经元和神经胶质谱系标记的表达来改变NSC的命运,由于表观遗传变化是可逆的,因此它们有望成为糖尿病患者脑卒中有价值的治疗靶点,以改善功能结局。
心脏病,尤其是风湿性心脏病和心房纤颤,心脏内形成微栓子脱落后随血液循环进入大脑导致心源性脑栓塞。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在心血管疾病中发挥重要的调节作用。横纹肌肉瘤-2相关转录物(rhabdomyosarcoma-2 associated transcript,RMST)在动脉粥样硬化中的作用机制尚不清楚,Zhang等[12]研究发现在血清和血管内皮细胞中,RMST水平升高,而miR-224-3p水平降低。受试者特征曲线提示RMST对动脉粥样硬化有临床诊断价值,在血管内皮细胞中,RMST敲低能明显提高细胞活力并抑制炎症因子的产生,此外,miR-224-3p直接靶向RMST,抑制其表达,RMST敲低有助于增强细胞活力和抑制炎症反应,这可能为控制动脉粥样硬化的进展提供新的见解。
自从发现前蛋白转化酶枯草溶菌素9型(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9,PCSK9)以来,就已经引入了许多直接靶向PCSK9的治疗策略,主要目标是通过应用抗体或抑制其生产来降低PCSK9蛋白水平,Naeli等[13]发现miR-191、miR-222和miR-224可以直接与PCSK9的3’-UTR相互作用并调节其表达。而低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)代谢调节又和脑血管病有着不可或缺的关系。非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)包括miRNA和环状RNA(circular RNA,circRNA)是mRNA和蛋白质表达的关键调节因子,对心血管病理生理学有重要影响,临床和实验研究阐明了特定miRNA对两者施加的潜在影响直接和间接调节循环高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)、LDL和极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein,VLDL)代谢和心血管风险,这些相关miRNA中的一些包括miR-148a、miR-128-1、miR-483、miR-520d、miR-224、miR-30c、miR-122、miR-33、miR-144和miR-34,被认为是心血管疾病的靶点,其中一些ncRNA影响脂蛋白代谢和心血管疾病发生发展,miRNA和cirRNA已被提议作为治疗包括动脉粥样硬化在内的心脏代谢疾病的强大治疗靶点[14]。
动脉粥样硬化中,血管壁、血清和免疫细胞中的miRNA参与了动脉粥样硬化的发生发展,在脑卒中的病理生理进程中发挥着直接或间接的作用[15]。颈动脉粥样硬化合并易损斑块是脑梗死的高危因素。Zhang等[16]在颈动脉斑块与血清miRNA水平的相关性研究中发现miR-320b是颈动脉粥样硬化和易损斑块的特异性血清标志物,其与传统因素的结合是诊断脑血管疾病的最佳手段,B超检查结合血清miR-320b表达和传统指标可用于预测缺血性卒中高危人群。Lu等[17]研究发现miR-15a水平升高的急性缺血性卒中患者预后较好,miR-15a在前循环梗死和小动脉粥样硬化脑卒中中上调,血液miR-15a与IL-6、胰岛素样生长因子-1和急性脑缺血有关,它可以作为脑卒中的潜在诊断生物标志物和治疗靶点。动脉粥样硬化斑块破裂伴随着miR-221和miR-222的颈动脉斑块表达的急剧下降,circR-284是miR-221/miR-222活性的潜在抑制剂,血清circR-284/miR-221具有作为颈动脉斑块破裂和脑卒中发生的诊断标志物的潜力[18]。miR-212与血红蛋白、高密度脂蛋白胆固醇和脂蛋白(a)联合预测增强了对动脉粥样硬化存在的评估敏感性和特异性[19]。
血管新生在动脉粥样硬化中也发挥了重要作用,Welten等[20]研究14q32 miRNA在内膜增生和加速动脉粥样硬化中的作用发现抑制14q32 miRNA导致缺血后新生血管形成增加,并且miR-494也减少动脉粥样硬化,同时增加斑块稳定性,使用基因沉默寡核苷酸(gene silencing oligonucleotide,GSO)在体内抑制14q32 miR-329、miR-494和miR-495,GSO-495降低了内膜增生和动脉粥样硬化的加速,也影响多种次要结果,包括巨噬细胞渗透、斑块稳定性和总血浆胆固醇水平,14q32 miR-495是预防再狭窄的潜在靶标。此外,miR-155通过靶向人内皮细胞中的促炎转录因子,参与动脉粥样化形成相关的炎症反应,发挥对动脉粥样硬化发生的保护作用[21]。这些研究表明了miRNA在动脉粥样硬化发生发展中的潜在复杂机制和细胞特异性。
无症状颈动脉狭窄(asymptomatic carotid artery stenosis,ACAS)在管腔狭窄>50%患者中的进展被认为是缺血性卒中的潜在危险因素,然而缺乏ACAS进展的亚临床分子生物标志物。Zhou等[22]研究发现miR-342-5p在ACAS中高表达,血清miR-342-5p的上调是一项有价值的诊断生物标志物,可预测缺血性卒中事件的发生。研究发现miR-199b-3p、miR-27b-3p、miR-130a-3p、miR-221-3p和miR-24-3p在ACAS进展的患者中表现出显著更高的表达[23]。特定的循环miRNA表达谱可以提供一种新的工具,补充ACAS进展的监测,改善预防缺血性脑卒中的治疗方法。
颈动脉狭窄(carotid artery stenosis,CAS)是脑梗死的主要原因之一,其早期诊断和干预十分必要。鉴于miRNA在脑血管疾病中的重要作用,Zhu等[24]研究发现血清miR-455-5p表达下调有望作为CAS早期诊断的生物标志物,血清miR-455-5p是CAS程度的独立危险因素,对脑缺血事件的发展有一定的预测价值,这可能与miR-455-5P通过靶向细胞信号转导抑制因子3对氧化低密度脂蛋白诱导的内皮细胞损伤具有保护作用有关。
脑小血管病、焦虑抑郁、雌激素、年龄和环境因素均和缺血性脑卒中的发生发展有关,并且影响卒中的预后结局,在这些中风的危险因素中也有多种miRNA的广泛参与。
中枢神经系统小血管疾病(CNS small vessel disease,SVD)是脑卒中、痴呆和猝死的一个众所周知的与年龄相关的危险因素,Sfera等[25]研究发现上调的miRNA-29沉默了与毛细血管稳定性相关的18个基因的表达,导致SVD(第一次攻击)的主要血管脆弱性,反过来增加了暴露于抗精神病药物(antipsychotic drugs,APD)(第二次攻击)后发生脑血管不良反应如猝死的风险。
抑郁症一直与心脑血管疾病的发病率和死亡率有关。Warriach等[26]在一项有关抑郁和脑血管病的相关性研究中发现慢性应激抑郁时,由于下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活,糖皮质激素水平升高,导致高血糖,从而引起胰岛素抵抗,这是缺血性脑梗死的一个危险因素,抑郁症的慢性应激激活了血小板受体,导致内皮功能障碍和脑血管疾病的发生,抑郁症患者的糖皮质激素升高通过抑制miR-132的表达来减少脑源性神经营养因子依赖的谷氨酸受体的上调,谷氨酸受体参与与抑郁症和神经疾病相关的各种神经回路。揭示了抑郁症患者的诊断、预防和治疗策略对降低总体缺血性脑卒中的发病率和死亡率的重要性。
孕酮是一种有效的神经保护剂,是脑卒中潜在的治疗药物。脑源性神经营养因子是孕酮保护作用的关键介质,孕酮诱导的皮质星形胶质细胞脑源性神经营养因子释放是由膜相关的孕酮受体Pgrmc1介导的,抑制let-7增强孕酮诱导的神经保护并促进脑卒中后的功能恢复[27]。其他包括代谢综合证、口服避孕药、药物滋用、睡眠呼吸障碍病、偏头痛、高同型半氨酸血症、高脂蛋白血症、炎症、感染、血流动力学异常、血黏度增高、及血小板功能亢进等,这些相关危险因素中miRNA研究已成为热点,具有广阔的研究空间和重要研究价值。
年龄因素是脑血管病的独立危险因素,且是不可干预因素,它也是神经退行性疾病的风险因素,Srinivasan等[28]对黑腹果蝇的研究发现miR-34是大脑衰老和神经退化的修饰物,miR-34突变体表现出早期衰老的表现,包括寿命缩短、神经退化和抑制性组蛋白标记H3K27me3的积聚,保守的miR-34在影响大脑中随年龄增长的蛋白平衡方面的作用。Rusu-Nastase等[29]研究表明miR-29在自然衰老过程中适应性增加,并提示其作为丝氨酸蛋白酶抑制剂H1转录抑制因子的作用,具有潜在的治疗价值,可对抗不利的基质重塑和衰老相关的组织纤维化。
在全球工业化的背景下,PM2.5已成为全球第4大缺血性脑卒中危险因素,Chen等[30]研究首次系统地阐述了PM2.5对传统脑血管危险因素(高血压、高血糖、血脂异常和心房颤动)的影响,还描述了PM2.5对血小板参数、巨核细胞激活、血小板甲基化以及诱导的内皮细胞氧化应激、局部肾素-血管紧张素系统激活和miRNA改变的影响,这为PM2.5对脑梗死未来的临床和基础研究指出一些方向。
在正常细胞和病变细胞中,miRNA可以靶向多个调控网络中的数百种蛋白质。正常表达的miRNA对大脑的正常发育和功能发挥是必需的,而脑细胞或神经血管网络系统中miRNA的表达失调增加了对脑卒中和其他相关神经细胞功能障碍的易感性。脑缺血后,数百种miRNA的表达在急性期和慢性期都发生了显著变化,脑细胞或神经血管系统中miRNA的表达失调增加了对脑卒中和其他神经功能障碍的易感性。总之,miRNA在多种脑血管病的危险因素中发挥着不可或缺的调节作用。尤其循环miRNA在急性卒中患者的外周血中发生变化,并且它们可能会成为各种脑卒中亚型快速诊断和治疗效果评价的生物标志物,对卒中危险因素的干预提供了脑血管病预防的一个重要途径,miRNA的研究从分子层面为疾病的干预提供了一个全新的途径,具有重要的研究价值。
所有作者均声明不存在利益冲突





















