MicroRNAs與動脈粥樣硬化的關系

摘要：微小分子核糖核酸（MicroRNAs ， miRNAs）是一類長約21-25nt 的非編碼的內源性單鏈 RNA 分子，序列在物種間具有高度保守性，其主要通過與靶 mRNA 的 3'非翻譯區(qū)的堿基形成完全或不完全配對，從而達到直接降解或抑制靶 mRNA，進而發(fā)揮沉默基因或調控的作用，而這一作用使其廣泛參與了細胞的增殖、分化、凋亡及腫瘤的發(fā)生等過程。近來越來越多的研究表明，microRNAs在動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）的發(fā)生發(fā)展過程中也發(fā)揮了極其重要的作用。另外一些微小核糖核酸可能是動脈粥樣硬化的診斷標志物或者治療目靶。現(xiàn)就最近的研究闡述miRNAs與動脈粥樣硬化發(fā)生過程的關系。

關鍵詞：微小分子核糖核酸；動脈粥樣硬化

從上世紀中葉開始，心腦血管疾病已成為導致世界人口死亡的主要疾病之一，其發(fā)病率及死亡率逐年升高，而據(jù) WHO 估計，至2020 年全球因心血管疾病死亡的人數(shù)將占到總死亡人數(shù)的36%[1]：在我國心血管疾病的發(fā)展趨勢同樣不容樂觀，而在眾多致殘致死的心血管疾病當中，動脈粥樣硬化更是占到了75%以上[2]；目前對于該病的發(fā)病機制大部分研究者都較為認同自身炎癥反應學說與免疫機制，但是在發(fā)病的整個過程中，血管與炎癥跟免疫等等各個環(huán)節(jié)都需要進行相互協(xié)調與作用，關于這方面的關系尚未得到相應說明。近些年關于內源性非編碼的微小 RNA的研究為這方面的深入研究提出了新的方向與思路。本文就 miRNAs 分子的概述以及近年有關 miRNAs 與動脈粥樣硬化關系研究的部分進展作一綜述。

1 miRNAs的形成和作用機制

MiRNAs是一類大小為19～25個堿基的內源性非編碼小 RNA 分子， 通常與靶基因 mRNA的3'-非編碼區(qū)（ 3'-untranslated region， 3'- UTR）相 結合調控翻譯 ，在生物進化過程中是一類高度保守的非編碼小RNAs， 通過堿基互補或部分堿基互補與目標 mRNA 結合， 降解目標 mRNAs和抑制目標 mRNAs的翻譯，在轉錄后水平調節(jié)基因表達。

1.1 miRNAs的形成 多數(shù) miRNAs 編碼于基因間區(qū)域和反義區(qū)域，具有其自身的 miRNAs 啟動子和調節(jié)元件，其中大約40% miRNAs 編碼基因存在于蛋白和非蛋白基因的內含子中，甚至在非編碼蛋白基因轉錄而成的 RNA 外顯子區(qū)。在細胞核中經(jīng)RNA 聚合酶Ⅱ的作用，產(chǎn)生初級轉錄產(chǎn)物 （ pri-miRNA） ，大于 1kb ，有一莖環(huán)結構， 5'端有一帽子結構， 3'端有-poly尾巴。在大多數(shù)真核細胞， pri- miRNA 在細胞核中經(jīng)DROSHA 和DGCR8蛋白復合體調控作用， 轉化為次級轉錄產(chǎn)物 （ pre-miRNA）， 大小約 70bt ， 是一有莖環(huán)結構的雙鏈核苷酸，與 Ran- GPT依賴的核轉運受體輸出蛋白-5結合后進入細胞質， 在Ran-Dicer（（一種 miRNA 合成的關鍵酶））作用下， 剪切成大小約 22 bt左右的雙螺旋結構， 其中一條為成熟 MicroRNA， 另一條為其互補鏈 （ dsRNA ）， MiRNA與dsRNA的復合物與 RNA誘導沉默復合體（ RISC）結合，在其中雙鏈無損傷的展開， dsRNA 被降解。同時， MicroRNAs分子引導 RNA 誘導沉默復合體接近靶基因[3，4]。

1.2 miRNAs的作用機制 miRNAs 可以直接破壞mRNA的有效轉換，其單位的上調能夠直接引發(fā)目標蛋白質下降，而其單位的下調則能夠引發(fā)目標蛋白質的上調。單鏈 miRNA 與靶 mRNA 的 3'- UTR不完全互補配對，從而阻遏該基因的轉換過程，但是目前對于該種阻滯轉換過程的機理并沒有完全研究清楚。miRNA 表達下調一般在炎癥中較為常見，導致其表達下調的原因主要有：基因突變、轉錄下調、表觀遺傳失活等幾個方面。同時，國外研究學者在研究過程中發(fā)現(xiàn)miRNA 編碼基因啟動子區(qū)域的突變也會對表達產(chǎn)生一定影響；miRNA 在靶基因 mRNA 的 3'- UTR區(qū)結合位點的突變，可以導致其過表達；同時，3'- UTR 區(qū)的突變也可產(chǎn)生新的 miRNA 結合位點[5]。

2 miRNAs 參與調控動脈粥樣硬化發(fā)病細胞生物學變化

在動脈內膜中，內皮細胞是十分重要的一個組成部分，當動脈內膜收到損傷或者出現(xiàn)功能紊亂時，其細胞也會存在不同程度影響。當患者患有高脂血癥，其氧化修飾的低密度脂蛋白（ ox- LDL） 與膽固醇都會對動脈內膜造成不同程度的功能損傷。在血流動力學出現(xiàn)變化的條件下，比如患者血壓發(fā)生變化、血管血流出現(xiàn)變化、動脈內膜受損等等情況都會導致血管內膜連續(xù)性收到破壞，從而引發(fā)損傷。最具特征性的病變是有多種 miRNAs 在上述細胞均有特異性表達并參與調控動脈粥樣硬化相關因素，包括內皮細胞的生長、分化、死亡和凋亡，內皮祖細胞炎癥細胞細胞因子脂質調節(jié)等，從而影響動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。

2.1 MiRNAs與內皮細胞 在動脈粥樣硬化各種危險因素的刺激下，內皮細胞的損傷是動脈粥樣硬化的早期改變。MiRNA對內皮細胞的影響主要表現(xiàn)在影響內皮細胞的生物學功能。最近的研究顯示：MiRNAs對內皮細胞的主要作用機制可以通過下面幾個途徑進行調節(jié)：①內皮的結構與功能性能完整程度；②內皮細胞黏附分子調節(jié)與表達；③調節(jié)內皮細胞的增殖、遷移與參與能力；④調節(jié)內皮細胞代謝功能。MicroRNA126在人內皮細胞中特異性高度表達， Wang[6]等在體內敲掉老鼠的MicroRNA126，從而影響了老鼠血管完整性及其內皮細胞的代謝功能。Sua？魥rez[7]在 Dicer基因沉默的小鼠發(fā)現(xiàn)MicroRNA221和MicroRNA222能夠調節(jié)內皮細胞的一氧化氮合成酶的蛋白水平。另外，研究發(fā)現(xiàn)[8] Dicer缺失會令鼠生長過程中由于血管新生障礙而死亡過早，相似的研究中發(fā)現(xiàn)通過RNA干擾方法敲除人或動物血管內皮細胞（endothelial cell，EC）中的 Dicer會顯著地減少EC遷移、毛細血管形成及血管芽形成[9]。Dicer缺陷或敲除常伴隨一些新生血管基因的表達改變，包括血管內皮生長因子 VEGF 和它的受體一氧化氮合酶和IL-8[9]。

目前研究證實很多miRNAs 參與到血管的生成過程中來。如 MiR-21、MiR-23a、MiR-24、MiR-29a、MiR-31、MiR-99a、MiR-100 MiR-103、 MiR-106家族等在內皮細胞中高表達，并有促進血管生成的作用，而 MiR-15，MiR-16，MiR-20a，MiR-20b 則有抑制血管生成的作用[10]。另一個與動脈粥樣硬化發(fā)展密切相關的為血管再內皮化，動脈粥樣硬化主要是因為細胞發(fā)生損傷與凋亡。循環(huán)中的內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）經(jīng)過大量臨床實證已經(jīng)被學者發(fā)現(xiàn)其為維持內皮細胞完整性的方面起著主要作用。EPCs通過細胞正常代謝將新EPCs取代原有受損或者凋亡細胞，從而達到細胞的修復作用[11]。國外學者最近研究過程中也發(fā)現(xiàn) miR-221/222對于動脈粥樣硬化個體中較非動脈粥樣硬化個體表達有顯著差異，呈增高趨勢[12]。此外，研究還發(fā)現(xiàn) miR-221/222 表達與EPCs 的數(shù)量是呈負相關趨勢。

2.2 miRNAs與巨噬細胞 動脈粥樣硬化從病理上來講是一種慢性炎癥反應，其主要病理機制為巨噬細胞攝取 ox-LDL，再通過一系列轉變形成泡沫細胞，泡沫細胞再分泌促炎癥因子，炎癥因子能夠導致細胞的損傷甚至是壞死，從而發(fā)生噬斑。有相關研究發(fā)現(xiàn) miRNA的作用機制主要是通過調節(jié)炎癥因子的表達參與。Chen 等[13] 在研究過程中發(fā)現(xiàn)氧化低密度脂蛋白 ox-LDL 誘導的人外周血單核細胞miRNA 呈現(xiàn)差異性表達。其中 miR-125a-5p 因子表達差異性最為嚴重，發(fā)生明顯上調。除此之外，其還發(fā)現(xiàn)了抑制 miR-125a-5p 的表達能夠明顯提升細胞對脂類的影響，并提高清道夫受體的表達與炎癥細胞因子的代謝。該研究中進一步對miR-125a-5p 的靶基因進行了預測，證實 ORP9（oxysterol bindingprotein-like 9）是 miR-125a-5p 作用的基礎?？梢砸种?miR-125a-5p 分泌與表達來提升 ORP9 在 mRNA 和蛋白水平的表達。通過以上的研究證明： miR-125a-5p 有很大可能參與調控ox-LDL 刺激的單核細胞過程，從而導致炎癥反應，影響脂類攝取與 ORP9 表達。

2.3 MicroRNAs與血管平滑肌細胞 血管平滑肌細胞在動脈硬化中由收縮表型轉化為合成表型增殖，由中膜向內膜遷移， 吞噬脂質轉化為泡沫細胞，同時分泌細胞外基質， 參與AS斑塊的形成。研究提示多個MiRNAs 在血管平滑肌細胞中特異表達，并通過對血管平滑肌細胞的表型轉化、增殖及遷移的參與動脈硬化斑塊的形成。Cheng等[14] 發(fā)現(xiàn)MicroRNA145是正常血管壁和血管平滑肌細胞中最多表達的MiRNAs，并且在培養(yǎng)的大鼠血管平滑肌細胞或球囊損傷的大鼠頸動脈中發(fā)現(xiàn)MicroRNA145是血管平滑肌細胞表型的標志并調節(jié)表型的轉化， 同時在球囊損傷的大鼠頸動脈中發(fā)現(xiàn) MicroRNA145有抑制血管新生內膜的生長作用。Elia等[15]發(fā)現(xiàn)在人體中主動脈瘤中 MicroRNA145和M icroRNA143的表達比正常主動脈明顯下降，同時在MicroRNA145 和MicroRNA143 在受急慢性血管壓力的小鼠的血管平滑肌細胞中表達下降的，在MicroRNA145和MicroRNA143 基因敲除的小鼠中，因血管平滑肌細胞的不完全分化出現(xiàn)了大動脈的結構修飾， 上述多項研究證明MicroRNA145和MicroRNA143對血管平滑肌的表型及分化有調節(jié)作用。

3 miRNAs與動脈粥樣硬化相關性疾病

最近在自發(fā)性高血壓大鼠主動脈中檢測出一些 miRNA的表達差異。 Xu 等[16]檢測miR-1，miR-133a，miR-155和miR-208在這些高血壓大鼠主動脈中的表達。其中miR-155水平與血壓高低呈負相關。此外，Boettger[14] 等檢測證實 ACE（一種在高血壓病變中至關重要的酶）是 miR-143 和 miR-145重要的靶基因。而miR-143 和 miR-145 被發(fā)現(xiàn)在血管和 VSMC的收縮功能方面起著重要作用。研究表明miR-143 和 miR-145 表達缺失鼠的血壓降低取決于降低血管的收縮能力[17]。

據(jù)文獻報道，許多基因參與糖尿病相關性血據(jù)管病變 。而miRNA 是基因表達的重要調節(jié)者， 據(jù)上述原因可以推測 miRNAs或許在糖尿病血管并發(fā)癥中扮演重要角色。 最近的研究中 Li等[18] 發(fā)現(xiàn) miR-221 在高糖刺激培養(yǎng)的血管內皮細胞中高表達并誘導了內皮細胞的凋亡。

4 miRNA在血管疾病中的臨床應用及展望

通過研究結果顯示，在血清中的 miRNAs表達有很大可能成為新的粥樣動脈硬化診斷與預后分子表達物，但是需要建立起一套行之有效的檢驗流程與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，才能確保分子的準確性與標準性。根據(jù)臨床最新研究表明，治療血管疾病可以將miRNAs表達作為一種新的靶點，通過鑒別miRNAs 在血管疾病中多樣化表達可以分析其病癥，再通過調節(jié)與抑制過多表達的 miRNA 有望成為新的治療手段。

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編輯/王海靜