層流切應(yīng)力通過(guò)miRNAs抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖

陳國(guó)軍(綜述)，胡雪松(審校)

(廣東醫(yī)學(xué)院附屬深圳福田區(qū)人民醫(yī)院心內(nèi)科,廣東 深圳 518000)

血管剪切應(yīng)力是由于血管內(nèi)血液流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力，為機(jī)械力，其通過(guò)轉(zhuǎn)換成細(xì)胞內(nèi)信號(hào)而影響內(nèi)皮細(xì)胞病理生理功能。微RNA(microRNA，miRNA)廣泛參與調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的基因表達(dá)。目前認(rèn)為層流剪切應(yīng)力可通過(guò)減少血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥發(fā)生、抑制其增殖、內(nèi)皮細(xì)胞血管新生及炎癥反映發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用,而這一作用通過(guò)誘導(dǎo)miRNA表達(dá)并作用目的蛋白實(shí)現(xiàn)[1-4]。該文就近年來(lái)層流剪切力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能等研究進(jìn)展予以綜述。

1 層流切應(yīng)力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞功能機(jī)制

目前層流切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能影響的具體機(jī)制仍然需要進(jìn)一步闡明。目前研究認(rèn)為,層流剪切應(yīng)力可通過(guò)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)而調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞生物學(xué)功能[5]。在轉(zhuǎn)錄水平分子機(jī)制上，血流產(chǎn)生剪切應(yīng)力引起基因表達(dá)的改變已經(jīng)得到廣泛的研究并證實(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，在血管層流剪切應(yīng)力作用下，如核因子κB、轉(zhuǎn)錄因子kruppel-like factor 2(KLF2)、去乙?；傅绒D(zhuǎn)錄因子被發(fā)現(xiàn)起著傳遞誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)作用，從而參與內(nèi)皮細(xì)胞各項(xiàng)功能的調(diào)節(jié)[6-8]。最近不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始重視轉(zhuǎn)錄后水平研究切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)控的機(jī)制。miRNA是一系列高度保守非編碼家族性RNA(長(zhǎng)度多位19～22個(gè)核苷酸)，可在基因轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)目標(biāo)信使RNA(mRNA)基因表達(dá)或促進(jìn)其功能衰退，從而調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞功能[9-10]。目前研究發(fā)現(xiàn)，層流剪切應(yīng)力通過(guò)miRNA在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)基因表達(dá)而發(fā)揮作用，miRNA在層流剪切應(yīng)力對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)節(jié)上起著關(guān)鍵傳遞作用[11-13]。miRNA是一類家族性基因，具有許多表型，不同種類在內(nèi)皮細(xì)胞中起著不同作用，在層流剪切應(yīng)力影響下，部分miRNA表達(dá)上調(diào)，而一部分會(huì)產(chǎn)生表達(dá)抑制[14-16]，正是通過(guò)miRNA與目標(biāo)mRNA的結(jié)合影響內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用，目前已發(fā)現(xiàn)miRNA參與血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老、增殖及炎性反應(yīng)等多方面的調(diào)控，在血管性疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[17-18]。

2 miRNA的基本特征

miRNA是一個(gè)家族性的RNA(20～26個(gè)核苷酸的長(zhǎng)度)，可調(diào)節(jié)真核生物中的基因表達(dá)，最早于線蟲中發(fā)現(xiàn)，并發(fā)現(xiàn)廣泛存在于真核生物細(xì)胞內(nèi)。目前為止在人類發(fā)現(xiàn)約有700多個(gè)基因組，其中20%～30%參與蛋白質(zhì)翻譯的調(diào)節(jié)，miRNA通過(guò)沉默基因表達(dá)而抑制蛋白質(zhì)的翻譯，或通過(guò)加速mRNA功能減退，發(fā)揮了各種病理生理作用，包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、代謝及血管新生等[19-21]。此外，miRNA在某些疾病當(dāng)中具有高度的組織特異性，可作為疾病診斷的特異標(biāo)志物，用于疾病的診療。miRNA是由RNA聚合酶Ⅱ催化轉(zhuǎn)錄而成，在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)Drosha和DGCR8/Pasha加工修飾成為前體miRNA(pre-miRNA)，前體miRNA為60～70個(gè)核苷酸長(zhǎng)，經(jīng)特殊蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至胞質(zhì)中(主要的miRNA)，在胞質(zhì)中由Dicer酶或在胞核被CAF(Dicer酶的同族物)剪切、修飾加工成熟，形成20～26個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的成熟miRNA[22-24]。

3 剪切力對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)調(diào)控的影響

Wang等[25]認(rèn)為，血管層流切應(yīng)力對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞具有保護(hù)作用，層流切應(yīng)力可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞基因的表達(dá)，參與調(diào)節(jié)血管張力、誘導(dǎo)血栓形成、控制細(xì)胞生命周期以及血管炎性反應(yīng)等，起到減少內(nèi)皮細(xì)胞炎癥發(fā)生及抑制其增殖的作用。他們利用DNA基因芯片技術(shù)檢測(cè)內(nèi)皮細(xì)胞DNA發(fā)現(xiàn)，將內(nèi)皮細(xì)胞暴露在15×10-5N/cm2的層流切應(yīng)力作用24 h后，大約有3%左右的基因表達(dá)增加一倍以上或顯著下降，其中表達(dá)上調(diào)的基因主要參與抗氧化、抗內(nèi)皮細(xì)胞增殖、減少細(xì)胞炎性反應(yīng)，而表達(dá)下調(diào)基因主要與DNA合成及細(xì)胞生命周期有關(guān)，這表明層流切應(yīng)力具有調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞基因表達(dá)發(fā)揮保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞作用。同樣，Weber等[26]也利用基因技術(shù)，在一些剪切力反應(yīng)基因的啟動(dòng)子上游序列中確定了一種應(yīng)力響應(yīng)元件。有研究發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)元件與血管內(nèi)皮細(xì)胞DNA特異性結(jié)合，可使基因產(chǎn)物上調(diào)或下調(diào)，這類基因包括：一氧化氮合酶、內(nèi)皮素1、原癌基因c-Fos、c-Jun、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β和單細(xì)胞趨化蛋白1等[27]。層流切應(yīng)力對(duì)miRNA表達(dá)的影響由Ni等[28]比較了內(nèi)皮細(xì)胞在有無(wú)層流剪切壓力(12×10-5N/cm2)miRNA的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)層流處理約12 h的內(nèi)皮細(xì)胞在芯片上的569個(gè)miRNA中，有35個(gè)miRNA顯著上調(diào)，而26個(gè)顯著下調(diào)[27-28]。miR-19A就是其中一個(gè)經(jīng)切應(yīng)力處理出現(xiàn)顯著下調(diào)的基因型，它在靜止?fàn)顟B(tài)下高度表達(dá)，而經(jīng)剪應(yīng)力處理后，表達(dá)水平顯著下降。進(jìn)一步檢測(cè)目的蛋白的研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定過(guò)表達(dá)miR-19A，可顯著減低目標(biāo)蛋白cyclinD1的水平，使細(xì)胞周期停滯在G1/S期，抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。反之miR-19a被抑制后，內(nèi)皮細(xì)胞增殖顯著增加，由此證實(shí)層流剪應(yīng)力通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)，發(fā)揮抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖的作用[29]。

4 miRNA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的作用

miRNA是一個(gè)家族的高度保守的非編碼單鏈RNA，可在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因表達(dá)而發(fā)揮作用。目前超過(guò)700個(gè)miRNA在人類基因組已經(jīng)確定，其中20%～30%調(diào)節(jié)人體的蛋白質(zhì)編碼基因而發(fā)揮病理生理作用[30]。目前認(rèn)為miRNA對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用是在細(xì)胞衰老、血管生成和血管炎癥等方面發(fā)揮作用。其中miR-34A、miR-217、miR-200、miR-146C和miR-181A等基因型參與調(diào)節(jié)細(xì)胞應(yīng)激和增殖；miR-130A、miR-210、miR-424、miR-17-92、miR-27-B、miR-217基因型參與促血管生成； miR-221和miR-222具有抗血管生成的屬性；而miR-31、miR17-3β、miR-155、miR-221、miR-222、miR-126等基因型則參與調(diào)控血管炎癥的發(fā)生、發(fā)展[30-31]。血管內(nèi)皮細(xì)胞功能與心血管疾病關(guān)系密切，而miRNA則參與血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)，因此認(rèn)為miRNA的表達(dá)分析對(duì)心血管疾病的早期診斷及治療意義重大。

5 層流切應(yīng)力抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖機(jī)制

Ju等[32]在剪切應(yīng)力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞增殖的機(jī)制研究中，認(rèn)為血管層流剪切應(yīng)力可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞特定基因表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用，其中穩(wěn)定的層流剪切應(yīng)力可抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管新生及減少炎癥反應(yīng)，從而起到抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用。他們對(duì)層流剪切應(yīng)力調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖的機(jī)制進(jìn)行了深入研究，研究表明層流剪切應(yīng)力通過(guò)誘導(dǎo)miR-19a表達(dá)上調(diào)，miR-19a通過(guò)與cyclinD1基因3′-非翻譯區(qū)結(jié)合，抑制cyclinD1基因表達(dá)，減低蛋白cyclinD1在內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)含量而發(fā)揮作用，而cyclinD1在細(xì)胞周期中具有促進(jìn)G1/S細(xì)胞周期進(jìn)展的功能，抑制了cyclinD1可導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞停留在G0/G1細(xì)胞周期。歸納可得層流剪切應(yīng)力可通過(guò)miR-19a作為傳遞載體，通過(guò)抑制目標(biāo)cyclinD1基因表達(dá)，減少cyclinD1從而阻礙內(nèi)皮細(xì)胞增殖進(jìn)程而發(fā)揮抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖作用[33]。

Urbich等[33]也對(duì)層流剪切應(yīng)力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞增殖的機(jī)制進(jìn)行了研究，他們的研究表明層流剪切應(yīng)力可引起miR-101表達(dá)上調(diào)，并可與雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)3′-非翻譯區(qū)結(jié)合，抑制mTOR基因表達(dá)，減低蛋白mTOR在內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)含量而發(fā)揮作用，而mTOR與cyclinD1一樣，使內(nèi)皮細(xì)胞停留在G0/G1細(xì)胞周期。

層流剪切應(yīng)力可通過(guò)miR-101a作為傳遞載體，通過(guò)抑制目標(biāo)mTOR基因表達(dá)，減少蛋白mTOR表達(dá)，阻礙內(nèi)皮細(xì)胞細(xì)胞周期進(jìn)程，抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖作用。他們的研究進(jìn)一步補(bǔ)充了層流剪切應(yīng)力通過(guò)誘導(dǎo)miRNA表達(dá)，調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞功能的具體機(jī)制[34]。

Doebele等[34]學(xué)者在血管生長(zhǎng)因子對(duì)血管形成機(jī)制的研究中表明，血管生長(zhǎng)因子可通過(guò)下調(diào)miR-101發(fā)揮促進(jìn)血管形成作用，miRNA可直接作用于組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)發(fā)揮作用，miRNA表達(dá)上調(diào)可抑制EZH2下調(diào)發(fā)揮作用，相反抑制miRNA可引起EZH2的表達(dá)增加，引起血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖從而促使血管生成。Zhou等[35]在對(duì)miR-101調(diào)控前列腺癌內(nèi)皮細(xì)胞功能的研究中，發(fā)現(xiàn)人為使miR-101的表達(dá)上調(diào)，可使目的基因EZH2表達(dá)下調(diào)，發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖作用，從而起到抗腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，延緩腫瘤進(jìn)程的積極保護(hù)作用[36]。

6 展 望

血流切應(yīng)力通過(guò)miRNA調(diào)控目標(biāo)mRNA表達(dá)發(fā)揮作用，最終發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用，血流切應(yīng)力可通過(guò)調(diào)控miRNA的表達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)，因此進(jìn)一步了解層流切應(yīng)力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài)、功能及與動(dòng)脈血管損傷等作用機(jī)制，對(duì)從分子水平探索預(yù)防和治療心血管疾病具有重要意義。目前切應(yīng)力通過(guò)miRNA影響內(nèi)皮細(xì)胞功能的部分靶標(biāo)已得到證實(shí)，但是miRNA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)控的機(jī)制仍有待進(jìn)一步完善，值得進(jìn)一步探討。

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