miRNA與動脈粥樣硬化

蘇綺宋麗石鑫程熠鄭楊

(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院心血管診治中心，吉林 長春 130021)

動脈粥樣硬化是老年人常見病和多發(fā)病。近來，小分子RNA(miRNA)特異性表達成為動脈粥樣硬化研究的熱點。miRNA能夠調(diào)控哺乳類動物編碼蛋白質(zhì)基因的30%，人類基因組大約編碼超過1 000種的miRNA〔1〕。研究miRNA組成和變化規(guī)律，對動脈粥樣硬化新診斷方法和治療方案的確立大有助益。本文就miRNA在動脈粥樣硬化中的作用和進展加以概述。

1 miRNA的形成和作用機制

miRNA是一類大小為19～25個堿基(平均為22個堿基)的內(nèi)源性非編碼小RNA分子，通常與靶基因mRNA的3'-非編碼區(qū)(3'-untranslated region，3'-UTR)結(jié)合調(diào)控翻譯。

1.1 miRNA的形成 多數(shù)miRNA編碼于基因間區(qū)域和反義區(qū)域，具有其自身的miRNA啟動子和調(diào)節(jié)元件，其中大約40%miRNA編碼基因存在于蛋白和非蛋白基因的內(nèi)含子，甚至在非編碼蛋白基因轉(zhuǎn)錄而成的RNA外顯子區(qū)。

RNA聚合酶Ⅲ或RNA聚合酶Ⅱ是miRNA的產(chǎn)生過程中重要的合成酶。它們以上述編碼miRNA的DNA為模板，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生長約1 kb pri-miRNA，pri-miRNA具有5'帽子結(jié)構(gòu)、莖環(huán)結(jié)構(gòu)和3'多聚腺苷酸尾。Drosha是一種RNA聚合酶Ⅲ，它可切割pri-miRNA的5'帽子結(jié)構(gòu)和3'多聚腺苷酸尾，釋放莖環(huán)而產(chǎn)生70～100 bp的pre-miRNA。pre-miRNA生成后，從細胞核轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)，由Dicer切割成雙鏈瞬時雙螺旋miRNA(成熟miRNA與其互補序列互相結(jié)合成所謂miRNA:miRNA* 雙螺旋結(jié)構(gòu))。

miRNA*是miRNA的互補序列。在miRNA:miRNA*雙螺旋中，只有其中一條單鏈可以選擇性結(jié)合到RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing complex，RISC)上去而成為成熟miRNA，隨后另一條立即被降解。成熟miRNA的產(chǎn)生是隨機選擇的結(jié)果，但由于兩條鏈的穩(wěn)定性有所不同，導(dǎo)致機會的不等。miRNA:miRNA* 雙螺旋的結(jié)構(gòu)，兩條鏈的3'端均有2個游離核苷酸懸臂。此外，它的兩條鏈不完全配對，miRNA鏈上靠近5'端有一個不與miRNA*鏈相應(yīng)位置配對的小突起。這個小突起顯著地減弱了miRNA鏈5'端的穩(wěn)定性。成熟miRNA的產(chǎn)生總是趨向于選擇更不穩(wěn)定的5'端，結(jié)果往往是雙鏈解開后miRNA鏈結(jié)合到RISC中，這樣極度不對稱的選擇性的好處是，不會因為miRNA* 鏈結(jié)合到RISC中的比例過多而顯著降低miRNA對翻譯的抑制效率。單鏈miRNA與靶mRNA的3'-UTR不完全互補配對，從而阻斷該基因的翻譯過程〔2，3〕。

1.2 miRNA的作用機制 miRNA能夠破壞或阻止mRNA的翻譯，miRNA的上調(diào)導(dǎo)致目標蛋白質(zhì)的下調(diào)，而miRNA的下調(diào)導(dǎo)致目標蛋白質(zhì)的上調(diào)。單鏈miRNA與靶mRNA的3'-UTR不完全互補配對，從而阻斷該基因的翻譯過程，但該翻譯抑制的詳細機理尚未完全清楚。miRNA表達下調(diào)在炎癥疾病中比較普遍，基因突變、表觀遺傳失活、轉(zhuǎn)錄下調(diào)和轉(zhuǎn)錄后異常加工都可導(dǎo)致miRNA表達下調(diào)或缺失。miRNA編碼基因啟動子區(qū)域的突變也可導(dǎo)致過表達;miRNA在靶基因mRNA的3'-UTR區(qū)結(jié)合位點的突變，可以導(dǎo)致其過表達。同時，3'-UTR區(qū)的突變也可產(chǎn)生新的miRNA結(jié)合位點〔4〕。

2 miRNA參與調(diào)控動脈粥樣硬化發(fā)病細胞生物學(xué)變化

動脈粥樣硬化發(fā)病涉及多種細胞、多種分子的參與。血管內(nèi)皮細胞、內(nèi)皮祖細胞、血管平滑肌細胞、血小板是動脈粥樣硬化的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)。內(nèi)皮損傷，單核細胞黏附并侵入內(nèi)皮下間隙，攝取脂質(zhì)并轉(zhuǎn)化為巨噬細胞;同時，內(nèi)皮細胞脫落也引起血小板黏附。血小板、巨噬細胞及內(nèi)皮細胞均可分泌細胞因子，刺激血管平滑肌細胞增生，進而形成斑塊。多種miRNA在上述細胞均有特異性表達。此外，存在于人血清中的miRNA，有望成為動脈粥樣硬化檢測的生物標記物。

2.1 miRNA與血管內(nèi)皮細胞 血管內(nèi)皮損傷是動脈粥樣硬化發(fā)病的關(guān)鍵初始環(huán)節(jié)，miRNA對血管內(nèi)皮細胞正常功能具有重要作用。敲除Dicer和Drosha，改變成熟miRNA的生成，可影響內(nèi)皮細胞專一性受體激酶(endothelial cell-specific receptor kinase，Tie-2)、血管內(nèi)皮生長因子受體 2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)、一氧化氮合酶3等重要血管生成因子的表達，并降低內(nèi)皮細胞的增殖和遷移〔5，6〕。miR-126、miR-10a、miR-34a、miR-217、miR-200、miR-146c 和 miR-181a在抑制細胞增殖和衰老上起重大作用;miR-31、miR17-3、miR-155、miR-221、miR-222和miR-126是血管炎性反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子〔7，8〕。由此可見，miRNA的正常形成和成熟是血管內(nèi)皮細胞維持正常功能的基礎(chǔ)。

miRNA在血管內(nèi)皮細胞也有特異性表達。研究發(fā)現(xiàn):miR-126、miR-221、miR-222、mir-130a、let-7 family、miR-21 和 miR-27b是內(nèi)皮細胞高表達miRNA，多數(shù)miRNA調(diào)節(jié)Flt-1、Nrp-2、FGFR、c-Met等血管生成調(diào)節(jié)因子受體表達〔9～11〕。

2.2 miRNA和內(nèi)皮祖細胞 內(nèi)皮祖細胞通過增殖分化為成熟血管內(nèi)皮細胞，修復(fù)損傷血管，改善內(nèi)皮功能，具有抑制動脈粥樣硬化的作用。研究發(fā)現(xiàn):冠心病病人的內(nèi)皮祖細胞數(shù)目減少，其內(nèi)皮祖細胞中miR-221和miR-222的表達要高于正常人〔12〕。內(nèi)皮祖細胞生成 miR-126、miR-130a、miR-221、miR-222和miR-92a，而這些miRNA對血管生成起重要作用;在動脈粥樣硬化患者內(nèi)皮祖細胞中，這些miRNA調(diào)節(jié)失控〔13〕。

2.3 miRNA和血管平滑肌細胞 血管平滑肌細胞表型的改變是血管內(nèi)皮損傷后動脈粥樣硬化發(fā)病的特征階段。miRNA是血管平滑肌細胞分化的分子開關(guān)，它通過影響轉(zhuǎn)錄因子和細胞骨架的表達，調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞表型〔14〕。miR-145是正常血管平滑肌細胞中豐度最高的miRNA，是血管平滑肌細胞表型至關(guān)重要的調(diào)節(jié)因子，其表達能顯著下調(diào)血管平滑肌細胞去分化〔15〕。同樣，miR-133也是調(diào)控血管平滑肌細胞表型的分子開關(guān)〔16〕。

2.4 miRNA與單核細胞、巨噬細胞 單核細胞、巨噬細胞、樹突狀細胞、淋巴細胞和中性粒細胞，是動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中不可或缺的細胞基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn):在單核細胞向巨噬細胞分化過程中，miR-21表達增加;miR-223和miR-15a和miR-16表達下降，導(dǎo)致核轉(zhuǎn)錄因子-KB(NF-kB)激酶(IKKα)高度表達，影響NF-kB途徑，進而影響巨噬細胞的分化〔17，18〕。miR-214干擾磷酸酶和緊張素同系物(tensin homolog)調(diào)節(jié)細胞生存狀態(tài)〔19〕。miR-146a 調(diào)控 Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)〔20〕;在來源于單核細胞的樹突狀細胞和巨噬細胞中，miR-511是TLR4的陽性調(diào)節(jié)因子，TLR4促進氧化型低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)誘導(dǎo)的巨噬細胞向泡沫細胞分化過程，miR-125a-5p 也有部分調(diào)節(jié)作用〔21～23〕。miR-146a 在氧化型LDL刺激形成的樹突狀細胞中，通過CD40配體(CD40L)影響原炎癥細胞因子的分泌〔24〕。miR-155調(diào)節(jié)interleukin-1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使c-Fos表達沉默，是樹突狀細胞成熟過程中必不可少的環(huán)節(jié)〔25，26〕。另有研究發(fā)現(xiàn):miR-155 和 miR-221 可以通過p27kip1、KPC1和SOCS-1，影響IL-12的生成，進而影響樹突狀細胞的發(fā)育和凋亡〔27〕。

2.5 miRNA與血小板 近年研究發(fā)現(xiàn):血小板黏附、活化和聚集也是動脈粥樣硬化發(fā)病機制中的重要環(huán)節(jié)。血小板中存在mRNA和mRNA剪接所需分子(Dicer、TAR RNA-binding protein 2和Ago2)，可翻譯出與止血和炎癥相關(guān)的蛋白〔28～30〕。生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn):每個miRNA平均可以識別300余個mRNA〔27，31〕。miR-223 可與 P2Y12(adenosine 5'-diphosphate receptor)的mRNA發(fā)生靶向作用，免疫沉淀實驗也證實:P2Y12 mRNA存在于血小板 Ago2免疫沉淀物中〔32〕。miR-15a、miR-339-3p、miR-365、miR-495、miR-98 和 miR-361-3p 在激活的血小板表達異常〔33〕。

3 血漿中游離的miRNA與動脈粥樣硬化

存在于人血漿中的miRNA逐漸成為疾病檢測的生物標記物。動脈粥樣硬化，冠狀動脈狹窄，是導(dǎo)致心肌梗死的原因。人類肌肉富含的 miRNAs(miR-1、miR-133a、miR-499)，心肌富含特異的miR-208a。研究發(fā)現(xiàn):健康人血漿中含有低濃度的miR-1、miR-133a和miR-499，但不含有miR-208a。而急性心肌梗死人類血漿中，上述miRNAs水平顯著升高;冠狀動脈閉塞后0 h內(nèi)，miR-208a難以在血漿中檢測到，然而1 h后即可顯著升高到并可檢測到。miR-208a未能在非急性心肌梗死患者血漿中檢出，但在急性心肌梗死患者檢出率高達90.9%，并可在癥狀發(fā)生4 h內(nèi)的急性心?；颊叩难獫{中檢測出因此，miR-208a對急性心肌梗死的診斷具有較高的敏感性和特異性。人類血漿中miR-208a心肌特異升高可作為心肌損傷前期診斷的新型生物標記物。

4 結(jié)語

血管細胞和血液細胞共同構(gòu)成動脈粥樣硬化的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)，miRNA是上述各種細胞調(diào)節(jié)動脈粥樣硬化進程的重要環(huán)節(jié);血漿中游離的miRNA具有作為動脈粥樣硬化新型生物標記物的前景。動脈粥樣硬化是老年人常見多發(fā)病，進一步深入研究miRNA及miRNA調(diào)節(jié)機制，將為老年患者動脈粥樣硬化的預(yù)防和治療奠定基礎(chǔ)。

1 Friedman RC，F(xiàn)arh KK，Burge CB，et al.Most mammalian mRNAs are conserved targets of microRNAs〔J〕.Genome Res，2009;19(1):92-105.

2 Lee Y，Kim M，Han J，et al.MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II〔J〕.EMBO J，2004;23(20):4051-60.

3 Rodriguez A，Griffiths-Jones S，Ashurst JL，et al.Identification of mammalian microRNA host genes and transcription units〔J〕.Genome Res，2004;14(10):1902-10.

4 Sonkoly E，Pivarcsi A.MicroRNAs in inflammation〔J〕.Int Rev Immunol，2009;28(6):535-61.

5 Suárez Y，F(xiàn)ernández-Hernando C，Pober JS，et al.Dicer dependent microRNAs regulate gene expression and functions in human endothelial cells〔J〕.Circ Res，2007;100(8):1164-73.

6 Kuehbacher A，Urbich C，Zeiher AM，et al.Role of Dicer and Drosha for endothelial microRNA expression and angiogenesis〔J〕.Circ Res，2007;101(1):59-68.

7 Decembrini S，Bressan D，Vignali R，et al.MicroRNAs couple cell fate and developmental timing in retina〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2009;106(50):21179-84.

8 O'Hara AJ，Wang L，Dezube BJ，Tumor suppressor microRNAs are underrepresented in primary effusion lymphoma and Kaposi sarcoma〔J〕.Blood，2009;113(23):5938-41.

9 Urbich C，Kuehbacher A，Dimmeler S.Role of microRNAs in vascular diseases，inflammation，and angiogenesis〔J〕.Cardiovasc Res，2008;79(4):581-8.

10 Poliseno L，Tuccoli A，Mariani L，et al.MicroRNAs modulate the angiogenic properties of HUVECs〔J〕.Blood，2006;108(9):3068-71.

11 Minami Y，Satoh M，Maesawa C，et al.Effect of atorvastatin on microRNA 221/222 expression in endothelial progenitor cells obtained from patients with coronary artery disease〔J〕.Eur J Clin Invest，2009;39(5):359-67.

12 Zhang Q，Kandic I，Kutryk MJ.Dysregulation of angiogenesis-related microRNAs in endothelial progenitor cells from patients with coronary artery disease〔J〕.Biochem Biophys Res Commun，2011;405(1):42-6.

13 Albinsson S，Sessa WC.Can microRNAs control vascular smooth muscle phenotypic modulation and the response to injury〔J〕.Physiol Genomics，2011;43(10):529-33.

14 Zhang C.MicroRNA-145 in vascular smooth muscle cell biology:a new therapeutic target for vascular disease〔J〕.Cell Cycle，2009;8(21):3469-73.

15 Torella D，Iaconetti C，Catalucci D，et al.MicroRNA-133 Controls vascular smooth muscle cell phenotypic switch in vitro and vascular remodeling in vivo〔J〕.Circ Res，2011;109(8):880-93.

16 Cekaite L，Clancy T，Sioud M.Increased miR-21 expression during human monocyte differentiation into DCs〔J〕.Front Biosci(Elite Ed)，2010;2:818-28.

17 Li T，Morgan MJ，Choksi S，et al.MicroRNAs modulate the noncanonical transcription factor NF-kappaB pathway by regulating expression of the kinase IKKalpha during macrophage differentiation〔J〕.Nat Immunol，2010;11(9):799-805.

18 Li LM，Hou DX，Guo YL，et al.Role of microRNA-214-targeting phosphatase and tensin homolog in advanced glycation end product-induced apoptosis delay in monocytes〔J〕.J Immunol，2011;186(4):2552-60.

19 Nahid MA，Satoh M，Chan EK.Mechanistic role of microRNA-146a in endotoxin-induced differential cross-regulation of TLR signaling〔J〕.J Immunol，2011;186(3):1723-34.

20 Howell KW，Meng X，F(xiàn)ullerton DA，et al.Toll-like receptor 4 mediates oxidized LDL-induced macrophage differentiation to foam cells〔J〕.J Surg Res，2011;171(1):27-31.

21 Tserel L，Runnel T，Kisand K，et al.MicroRNA expression profiles of human blood monocyte-derived dendritic cells and macrophages reveal miR-511 as putative positive regulator of Toll-like receptor 4〔J〕.J Biol Chem，2011;286(30):26487-95.

22 Chen T，Huang Z，Wang L，et al.MicroRNA-125a-5p partly regulates the inflammatory response，lipid uptake，and ORP9 expression in ox-LDL-stimulated monocyte/macrophages〔J〕.Cardiovasc Res，2009;83(1):131-9.

23 Chen T，Li Z，Jing T，et al.MicroRNA-146a regulates the maturation process and pro-inflammatory cytokine secretion by targeting CD40L in oxLDL-stimulated dendritic cells〔J〕.FEBS Lett，2011;585(3):567-73.

24 Dunand-Sauthier I，Santiago-Raber ML，Capponi L，et al.Silencing of c-Fos expression by microRNA-155 is critical for dendritic cell maturation and function〔J〕.Blood，2011;117(17):4490-500.

25 Ceppi M，Pereira PM，Dunand-Sauthier I，et al.MicroRNA-155 modulates the interleukin-1 signaling pathway in activated human monocytederived dendritic cells〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2009;106(8):2735-40.

26 Lu C，Huang X，Zhang X，et al.miR-221 and miR-155 regulate human dendritic cell development，apoptosis，and IL-12 production through targeting of p27kip1，KPC1，and SOCS-1〔J〕.Blood，2011;117(16):4293-303.

27 Landry P，Plante I，Ouellet DL，et al.Existence of a microRNA pathway in anucleate platelets〔J〕.Nat Struct Mol Biol，2009;16(9):961-6.

28 Denis MM，Tolley ND，Bunting M，et al.Escaping the nuclear confines:signal-dependent pre-mRNA splicing in anucleate platelets〔J〕.Cell，2005;122(3):379-91.

29 Weyrich AS，Schwertz H，Kraiss LW，et al.Protein synthesis by platelets:historical and new perspectives〔J〕.J Thromb Haemost，2009;7(2):241-6.

30 Miranda KC，Huynh T，Tay Y，et al.A pattern-based method for the identification of microRNA binding sites and their corresponding heteroduplexes〔J〕.Cell，2006;126(6):1203-17.

31 Nagalla S，Shaw C，Kong X，et al.Platelet microRNA-mRNA coexpression profiles correlate with platelet reactivity〔J〕.Blood，2011;117(19):5189-97.

32 Osman A，F(xiàn)alker K.Characterization of human platelet microRNA by quantitative PCR coupled with an annotation network for predicted target genes〔J〕.Platelets，2011;22(6):433-41.

33 Dimmeler S，Zeiher AM.Circulating microRNAs:novel biomarkers for cardiovascular diseases〔J〕?Eur Heart J，2010;31(22):2705-7.