MicroRNA在微血管病變調(diào)控機制方面的研究進展*

朱振浩， 王 明

(南方醫(yī)科大學(xué)1第二臨床醫(yī)學(xué)院，2珠江醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合腎病中心，廣東廣州510282)

MicroRNA是新近發(fā)現(xiàn)的一種小分子RNA，參與了機體多種疾病的發(fā)生發(fā)展。近年研究發(fā)現(xiàn)，microRNA通過多種調(diào)控機制參與了微血管病變的發(fā)生發(fā)展。深入了解其調(diào)控機制不僅能夠豐富人們對微血管病變的認識，對微血管病變的診療也具有重要的指導(dǎo)意義。現(xiàn)就microRNA在微血管病變發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控機制予以概述。

1 MicroRNA的概述

MicroRNA(下文中帶數(shù)字的microRNA用miR表示，如:miR-100)是一類內(nèi)生的非編碼小分子RNA，長約20～25個核苷酸，序列高度保守。編碼microRNA的基因以多種形式存在于基因組中，包括單拷貝、多拷貝、基因簇等，其表達具有階段特異性和組織特異性。MicroRNA基因轉(zhuǎn)錄后經(jīng)過一系列加工處理才形成成熟的microRNA，包括了核內(nèi)和核外2次酶切過程。在細胞核內(nèi)，核糖核酸酶Drosha能夠?qū)icroRNA基因轉(zhuǎn)錄后形成的原始microRNA(primary microRNA，pri-miRNA)剪切為前體microRNA(precursor microRNA，pre-miRNA)，剪切后其長度縮短為70～90個核苷酸。pre-miRNA通過核轉(zhuǎn)運蛋白被轉(zhuǎn)運出核，在核外經(jīng)核糖核酸酶Dicer進一步酶切加工形成長度為20～25個核苷酸的成熟microRNA。

成熟microRNA通過多種方式行使其抑制基因表達的生物功能，包括轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控。轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控是最主要的調(diào)控方式，是指microRNA與靶mRNA結(jié)合位點(包括3’非編碼區(qū)和編碼區(qū))結(jié)合，進而抑制基因表達。其中，與3’非編碼區(qū)結(jié)合是microRNA調(diào)控基因表達的經(jīng)典作用方式，也是絕大多數(shù)microRNA發(fā)揮作用的方式。microRNA能夠與其它蛋白質(zhì)一起組成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RNA-induced silencing complex，RISC)，通過與其靶mRNA分子的3’端非翻譯區(qū)域(3’-untranslated region，3’UTR)互補結(jié)合，抑制靶基因表達。近年研究表明，microRNA還可以與靶mRNA的編碼區(qū)結(jié)合發(fā)揮基因表達抑制作用。在Tay等［1］的研究中，通過對小鼠干細胞Oct4、Sox2和Nanog 3種mRNA(維持小鼠胚胎干細胞的多能性)的觀察，發(fā)現(xiàn)microRNA通過與這3種mRNA編碼區(qū)結(jié)合而起到抑制干細胞分化作用，說明靶mRNA編碼區(qū)也是microRNA調(diào)控基因表達的靶點。此外，microRNA還可能在轉(zhuǎn)錄水平對基因表達進行調(diào)控。研究表明microRNA參與了DNA甲基化引起的表觀遺傳學(xué)基因沉默過程［2］。而DNA甲基化能夠抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄，屬于轉(zhuǎn)錄水平的基因表達調(diào)控。

2 MicroRNA參與炎癥作用介導(dǎo)微血管損傷

炎癥作用是微血管損傷的重要原因之一。MicroRNA通過多種方式參與了微血管炎癥損傷作用的調(diào)節(jié)。其機制主要包括了:(1)調(diào)控炎癥基因的表達;(2)參與細胞因子的表達和釋放;(3)調(diào)節(jié)炎癥細胞的趨化。

2．1 MicroRNA通過調(diào)控炎癥基因表達參與微血管損傷 MicroRNA可通過調(diào)控炎癥基因表達參與微血管損傷，包括調(diào)節(jié)炎癥基因表達上游環(huán)節(jié)和直接調(diào)控炎癥基因表達。環(huán)氧化酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)是一種病理狀態(tài)下表達的促炎酶，能夠改變微血管血流動力學(xué)，增強微血管炎癥反應(yīng)，是微血管病變發(fā)展的重要原因。Reddy等［3］在微血管平滑肌的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-200能夠促進COX-2的表達，增加單核細胞的趨化及其在血管內(nèi)皮的錨定，加速微血管內(nèi)皮炎癥損傷。Zeb(一種轉(zhuǎn)錄抑制因子)作為miR-200的靶點，在外源性沉默Zeb表達的情況下，同樣能夠增加細胞的促炎癥反應(yīng)和COX-2的轉(zhuǎn)錄活性。研究還顯示，Zeb能夠抑制微血管內(nèi)皮細胞炎癥基因COX-2的啟動子，從而抑制其轉(zhuǎn)錄，表明miR-200通過抑制Zeb的表達來啟動炎癥基因COX-2的轉(zhuǎn)錄，從而加重微血管內(nèi)皮的炎癥損傷。Villeneuve等［4］的研究發(fā)現(xiàn)，miR-125能下調(diào)微血管內(nèi)皮細胞中花斑3－9阻抑蛋白同系物1(suppressor of variegation 3-9 homolog 1，Suv39h1)的表達，后者通過染色質(zhì)甲基化沉默促炎因子白細胞介素6(interleukin 6，IL-6)和單核細胞趨化蛋白1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP1)的基因。因此，miR-125可通過抑制Suv39h1使炎癥基因IL-6和MCP1的表達上調(diào)，從而增加微血管內(nèi)皮細胞的炎癥損傷，加劇微血管損害。上述實驗提示microRNA能夠通過調(diào)控炎癥基因表達的上游環(huán)節(jié)(包括轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和染色質(zhì)甲基化酶等)參與微血管炎癥損傷。此外，microRNA還可以直接調(diào)控炎癥相關(guān)基因的表達。如miR-126可直接調(diào)控炎癥相關(guān)的血管細胞黏附分子1表達，后者加速白細胞在微血管的浸潤，從而加劇微血管的炎癥損傷［5］。miR-31、miR-125b、miR-124a 等也能直接調(diào)控炎癥基因的表達，參與微血管炎癥損害。

2．2 microRNA通過調(diào)控細胞因子的表達和釋放參與微血管損傷 細胞因子主要是由激活的淋巴細胞和單核細胞釋放，參與微血管的炎癥損傷。常見的細胞因子包括:腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)、IL、干擾素等。microRNA 可通過調(diào)控細胞因子的表達和釋放參與微血管損傷。Zeng等［6］的研究發(fā)現(xiàn)，在利用內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肺微血管損傷動物模型體內(nèi)，TNF-α、IL-6、IL-1β 和 miR-146a表達均上調(diào)。進一步實驗發(fā)現(xiàn)，miR-146a抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的TNF-α、IL-6和IL-1β上調(diào)，其機制是通過下調(diào)IL-1受體相關(guān)激酶和TNF受體相關(guān)因子-6的表達。據(jù)此推測機體通過上調(diào)miR-146a表達來抑制內(nèi)毒素誘導(dǎo)的細胞因子TNF-α、IL-6和IL-1β的表達和釋放，從而減弱微血管炎癥損害。因此，在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肺微血管損傷動物模型中，炎癥介質(zhì) TNF-α、IL-6、IL-1β以及miR-146a水平同時升高。通過增加miR-146a水平降低微血管細胞因子的濃度，可能是減輕微血管炎癥損傷的新途徑，從而改善微血管病變的預(yù)后。此外，miR-221、miR-23a、miR-335等也參與了微血管炎癥損傷中多種細胞因子的調(diào)控。

2．3 MicroRNA通過調(diào)控炎癥細胞趨化參與微血管損傷 趨化因子與趨化因子受體結(jié)合之后，使炎癥細胞向趨化因子來源地遷移，加重微血管炎癥反應(yīng)。除損傷組織和炎癥細胞外，microRNA也參與了炎癥反應(yīng)中炎癥細胞趨化調(diào)控，包括對趨化因子和趨化因子受體的調(diào)控。Gonsalves等［7］研究發(fā)現(xiàn)，miR-195a能夠與巨噬細胞炎癥蛋白1β(macrophage inflammatory protein 1β，MIP-1β)的 mRNA3’端非翻譯區(qū)互補結(jié)合，抑制MIP1β表達。miR-146b則能抑制CXC趨化因子10(CXC chemokine 10，CXCL10)的表達，起到抑制炎癥反應(yīng)作用［8］。此外，miR-430能夠抑制另一種趨化因子基質(zhì)細胞衍生因子1α(stromal cell-derived factor 1α，SDF1α)表達［9］。SDF1α 在內(nèi)皮細胞中的表達能夠促進T細胞在微血管內(nèi)皮的黏附和趨化［10］。除抑制趨化因子表達外，microRNA還能夠調(diào)節(jié)炎癥細胞趨化因子受體的表達，如miR-146b抑制C-C趨化因子受體3(C-C chemokine receptor type 3，CCR3)、CXC趨化因子受體 4(CXC chemokine receptor 4，CXCR4)等趨化因子受體表達;miR-430能抑制 CXCR7的表達［9］;miR-150則通過與CXCR4的非編碼區(qū)結(jié)合抑制CXCR4的表達，后者表達下調(diào)將抑制內(nèi)皮祖細胞移行和血管再生［11］，減慢微血管損傷修復(fù)。因此，通過對趨化因子及其受體表達的抑制，microRNA抑制炎癥細胞向損傷血管的遷移，從而減弱微血管的炎癥損傷。但在微血管病變中，相關(guān)microRNA表達下調(diào)導(dǎo)致炎癥趨化因子水平增高，進而使炎癥細胞聚集、釋放炎癥介質(zhì)，加重微血管損傷。提示通過增加微血管中相關(guān)microRNA水平，抑制炎癥細胞向微血管的遷移可作為微血管炎癥損傷防治的新思路。

3 MicroRNA參與腎素-血管緊張素系統(tǒng)(reninangiotensin system，RAS)介導(dǎo)的微血管損傷

RAS參與人體水、電解質(zhì)、血壓以及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等的生理調(diào)節(jié)，也是微血管病變發(fā)生發(fā)展的重要原因。近年研究表明，microRNA通過多種機制參與了RAS所涉及的微血管損害，包括:(1)血管內(nèi)皮功能調(diào)節(jié);(2)平滑肌細胞的黏附和遷移;(3)血管纖維化等。

3．1 MicroRNA參與了RAS介導(dǎo)的微血管內(nèi)皮功能調(diào)節(jié)紊亂 RAS能夠使內(nèi)皮細胞功能發(fā)生紊亂，加速微血管的損害。MicroRNA參與了RAS介導(dǎo)的微血管內(nèi)皮功能調(diào)節(jié)紊亂，包括內(nèi)皮細胞損傷、凋亡、增殖和移行等。在Liu等［12］的研究中，通過實時定量PCR和Western blotting發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染了miR-155質(zhì)粒的人臍靜脈內(nèi)皮細胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)表達的血管緊張素Ⅱ1型受體(angiotensinⅡtype 1 receptor，AT1R)比未轉(zhuǎn)染的內(nèi)皮細胞低。AT1R的表達下調(diào)能夠抑制RAS系統(tǒng)的信號傳遞，減弱RAS對微血管內(nèi)皮的損傷。研究還發(fā)現(xiàn)，HUVECs的增殖能夠被含有AngⅡ的培養(yǎng)基所抑制，加速其凋亡。進一步實驗證實，miR-155能夠抑制AngⅡ?qū)UVECs的損害，其機制是通過抑制AngⅡ誘導(dǎo)的磷酸化作用和細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2)激活，進而改善內(nèi)皮細胞增殖、移行以及血管管狀結(jié)構(gòu)形成。相關(guān)研究還表明，miR-155還可以通過下調(diào)AT1R和轉(zhuǎn)錄因子Ets-1改善內(nèi)皮遷移和炎癥損傷［13］。Ets-1調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞炎癥分子表達，并減弱內(nèi)皮細胞活化和移行，抑制微血管損傷修復(fù)。

3．2 MicroRNA參與了RAS介導(dǎo)的平滑肌細胞黏附和遷移 AngⅡ能夠增強血管平滑肌細胞向內(nèi)膜的黏附和遷移能力，加重微血管管腔的狹窄，從而加速微血管病變發(fā)展。MicroRNA參與RAS對平滑肌細胞黏附和遷移的調(diào)節(jié)。Remus等［14］的研究發(fā)現(xiàn)，miR-181a能抑制AngⅡ誘導(dǎo)的平滑肌細胞向血管內(nèi)膜的黏附和遷移。此外，miR-181a還能抑制血管平滑肌細胞骨橋蛋白的表達，后者是血管細胞的主要黏附及趨化因子。通過抑制AngⅡ和骨橋蛋白的表達，miR-181a減弱血管平滑肌細胞向內(nèi)膜粘附遷移所導(dǎo)致的血管狹窄，從而減輕微血管損害。

3．3 MicroRNA參與了RAS介導(dǎo)的微血管纖維化 在Zheng等［15］關(guān)于血管外膜的研究中，發(fā)現(xiàn)過量表達的miR-155不影響AngⅡ mRNA的表達量，但其蛋白質(zhì)表達量下調(diào)。此外，通過轉(zhuǎn)染pSUPER/miR-155能夠抑制AngⅡ介導(dǎo)的ERK1/2的活化，從而減弱成纖維細胞中α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)表達，改變成纖維細胞的表型。在微血管病變中，低水平的miR-155不足以抑制AngⅡ，從而上調(diào)α-SMA表達。α-SMA表達上調(diào)使成纖維細胞表型發(fā)生轉(zhuǎn)化，纖維合成加快，從而加速微血管纖維化。miR-324-3p則通過下調(diào)脯氨酰內(nèi)肽酶(prolyl endopeptidase，Prep)抑制Prep蛋白對血管緊張素的降解，進而促進微血管基質(zhì)的沉積，加速微血管纖維化［16］。

4 microRNA參與氧化應(yīng)激介導(dǎo)的微血管損傷

氧化應(yīng)激損傷是微血管病變進展的重要原因。microRNA參與氧化應(yīng)激介導(dǎo)的微血管損傷，包括升高氧化應(yīng)激水平和直接參與氧化應(yīng)激對微血管的損傷。在Murray等［17］的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-200b能夠通過下調(diào)氧化抗性蛋白1(oxidation resistance 1，Oxr1)的基因表達，增加氧化應(yīng)激水平。研究還發(fā)現(xiàn)，miR-25上調(diào)NADPH氧化酶4(NADPH oxidase 4，NOX4)表達，增強高膽固醇誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激［18］。MicroRNA還可通過對谷胱甘肽、細胞色素P450、核因子E2相關(guān)因子2等多種參與氧化調(diào)節(jié)因子的調(diào)控，升高氧化應(yīng)激水平。氧化應(yīng)激水平升高能夠促進血管細胞產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)。ROS是細胞內(nèi)一種重要信使，能夠使促凝血因子、黏附因子、內(nèi)皮素和VEGF、TGF-β及MCP1等蛋白表達，最終導(dǎo)致內(nèi)皮細胞損傷、血流動力學(xué)調(diào)節(jié)受損，加速微血管病變的惡化。此外，microRNA還直接參與氧化應(yīng)激對微血管的損害。Bae等［19］的研究發(fā)現(xiàn)，let-7f(一種與血管生成相關(guān)的microRNA)能夠調(diào)控血小板反應(yīng)蛋白2(thrombospondin 2，TSP-2)。而TSP-2參與微血管病變中氧化應(yīng)激對骨髓源血管生成細胞的損害，從而起抗血管再生作用。提示microRNA直接參與了氧化應(yīng)激所致的血管再生紊亂。

5 MicroRNA參與物質(zhì)代謝介導(dǎo)的微血管損傷

5 ．1 MicroRNA參與脂代謝異常介導(dǎo)的微血管損傷

脂代謝異常不僅能對大血管造成損傷，近年研究表明，脂代謝異常還能損傷微血管，是加速微血管病變進展的重要原因。MicroRNA通過調(diào)控脂代謝參與了其介導(dǎo)的微血管損害，其機制涉及了脂肪炎癥因子合成、脂肪細胞分化、脂肪氧化等多方面。在Zhu等［20］的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-335參與了脂肪炎癥因子包括瘦素、TNF-α、IL-6等的釋放，這可能與微血管中脂肪組織所致的炎癥反應(yīng)相關(guān)。miR-30c能誘導(dǎo)多能干細胞中脂肪細胞標(biāo)記基因的表達，并增加甘油三酯在干細胞內(nèi)的堆積，從而加速其向脂肪細胞分化［21］。此外，miR-335也能刺激脂肪細胞分化。Meerson等［22］的研究發(fā)現(xiàn)，過量表達miR-221組中能夠檢測到脂肪代謝下游的瘦素和TNF-α。而在瘦素或者TNF-α處理組中，miR-221表達則被抑制。提示miR-221處于脂肪代謝調(diào)控的上游。miR-221還下調(diào)Ets-1和脂肪連接蛋白;Ets-1與血管生成有關(guān)，其下調(diào)能抑制血管生成。脂肪連接蛋白則與線粒體功能、氧化應(yīng)激相關(guān)［23］。脂代謝紊亂，血中甘油三酯升高，高密度脂蛋白降低，促使血管彈性下降，血管硬化，特別是微小血管內(nèi)膜粗糙及退行性改變，造成血小板聚集增強，阻塞管腔，從而加速微血管病變的進展。另外，血脂升高還能促進腎小球系膜細胞的增生從而加速腎微血管硬化。

5 ．2 MicroRNA參與糖代謝異常介導(dǎo)的微血管損傷

MicroRNA通過對胰島素水平和胰島素抵抗調(diào)節(jié)加速糖代謝紊亂，進而加劇高糖環(huán)境對微血管的損害。在Zhao等［24］的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-30d降低胰島素轉(zhuǎn)錄因子肌腱膜纖維肉瘤癌基因同系物A(v-maf musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homologue A，MafA)的水平，從而下調(diào)胰島素基因轉(zhuǎn)錄，降低胰島素產(chǎn)量。大量研究證實，microRNA還參與β細胞功能的調(diào)節(jié)紊亂，從而降低β細胞胰島素的分泌和釋放。Kornfeld等［25］通過對肥胖模型以及肥胖人群的觀察，發(fā)現(xiàn)miR-802能夠降低葡萄糖耐量，減弱胰島素敏感性，加重胰島素抵抗。其它研究中還發(fā)現(xiàn)miR-143、miR-181、miR-107、miR-103 等也能增加胰島素抵抗，加速糖代謝的紊亂;另外，miR-143還通過抑制胰島素信號誘導(dǎo)的蛋白激酶B活化來影響糖代謝［26］。MicroRNA參與的糖代謝異常使機體處于高糖環(huán)境，高糖環(huán)境增加有害的糖基化終末產(chǎn)物、氧化應(yīng)激以及炎癥反應(yīng)等，從而加速微血管病變的進展。

6 MicroRNA調(diào)控微血管病變的其它機制

MicroRNA還存在其它調(diào)控微血管病變的機制。(1)MicroRNA能降低微血管的彈性，加重微血管損害。在Goettsch等［27］的研究中，通過堿性磷酸酶活性和基質(zhì)礦化分析，發(fā)現(xiàn)下調(diào)miR-125b水平能夠增加堿性磷酸酶活性和血管基質(zhì)的礦化。表明miR-125b下調(diào)能夠促進基質(zhì)礦化，降低血管彈性，加速血管硬化，從而加重微血管損害。(2)MicroRNA還能增加上皮細胞的膠原產(chǎn)量，損害微血管。如miR-29c表達下調(diào)能增加上皮細胞Ⅰ型膠原的產(chǎn)量，從而加速微血管硬化［28］。(3)MicroRNA還能增加微血管基質(zhì)的沉積。Long等［29］的研究表明，miR-29c促進微血管細胞外基質(zhì)的沉積，從而阻塞微血管，加重微血管損害。(4)MicroRNA還參與了內(nèi)皮細胞的血管再生調(diào)節(jié)。MicroRNA通過影響內(nèi)皮細胞的功能，干擾內(nèi)皮細胞誘導(dǎo)的血管再生［30］。血管再生抑制延緩微血管損傷修復(fù)，加速缺血組織器官的衰竭。

7 展望

越來越多的研究證實microRNA在微血管病變發(fā)生發(fā)展中起了重要作用;隨著研究的不斷深入，人們對microRNA調(diào)控微血管病變機制有了一定的認識;但其具體的調(diào)控機制仍不夠明朗，尤其是各調(diào)節(jié)機制間的關(guān)系有待進一步的探索和研究。對于microRNA調(diào)控微血管病變機制的深入了解，不僅能夠加深人們對微血管病變認識，而且能為微血管病變的診斷和治療提供新思路。