微小RNA調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡機(jī)制的研究進(jìn)展

劉 佳，胡桃紅，袁 敏，王靜宇，鄭洪偉，戴鐘銓，袁 明

1錦州醫(yī)科大學(xué)，遼寧錦州 121001；2火箭軍總醫(yī)院 心內(nèi)科，北京 100088；3中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心航天醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100094

血管內(nèi)皮細(xì)胞是內(nèi)襯在血管內(nèi)膜表面的單細(xì)胞層，對(duì)維持血管正常張力、血液的正常狀態(tài)發(fā)揮重要作用，是血液與血管肌層之間的橋梁，參與血管的發(fā)育過(guò)程。內(nèi)皮細(xì)胞凋亡是血管內(nèi)皮損傷的始動(dòng)因素，是多種心血管疾病的病理基礎(chǔ)。微小RNA(microRNA，miRNA)是一類長(zhǎng)度為18 ～25個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA，自1993年Lee等在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)第一個(gè)可以調(diào)控細(xì)胞的時(shí)序表達(dá)的miRNAs，并命名為lin-4后[1]，不斷有新的miRNAs從動(dòng)物、植物、微生物中被發(fā)現(xiàn)。其參與編碼蛋白調(diào)控，調(diào)節(jié)體內(nèi)所有病理、生理過(guò)程[2]。細(xì)胞凋亡是多種心血管疾病的始動(dòng)因素，miRNA可通過(guò)對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)，在心血管疾病調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。如miR-99a可抑制高胰島素的促血管平滑肌細(xì)胞增殖效應(yīng)，誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞凋亡[3]。對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)刺激的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cell，HUVEC)中miRNA表達(dá)譜發(fā)生明顯變化，miR-365在內(nèi)皮細(xì)胞中可靶向調(diào)節(jié)Bcl-2[4]，抑制Bcl-2表達(dá)，通過(guò)線粒體凋亡途徑促進(jìn)ox-LDL誘導(dǎo)的活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生，最終導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。本文總結(jié)了近年來(lái)miRNA參與內(nèi)皮細(xì)胞凋亡調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展，為防治心血管疾病提供新思路。

1 MiRNAs調(diào)控心血管疾病

1.1 MiRNA與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種全身性血管炎性疾病，是引起心腦血管疾病的始動(dòng)因素。在AS形成過(guò)程中，ox-LDL與巨噬細(xì)胞的清道夫受體結(jié)合形成巨噬源性泡沫細(xì)胞，并可導(dǎo)致泡沫細(xì)胞的崩解壞死，在血管壁上形成糜粥樣壞死物。ox-LDL可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，破壞內(nèi)皮的完整性和屏障功能，導(dǎo)致血管內(nèi)膜增厚、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、脂質(zhì)沉積。此外凋亡的內(nèi)皮細(xì)胞可導(dǎo)致不穩(wěn)定的斑塊形成，導(dǎo)致斑塊破裂和動(dòng)脈栓塞，并引發(fā)心腦血管意外。一項(xiàng)由ox-LDL誘導(dǎo)HUVEC凋亡的研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞凋亡后 miR-150的表達(dá)上調(diào)，miR-150過(guò)表達(dá)可增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡率，而應(yīng)用miR-150的抑制劑可部分緩解ox-LDL介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[5]。在對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊研究中發(fā)現(xiàn)，ox-LDL可誘導(dǎo)HUVEC中miR-34a表達(dá)上調(diào)，敲低miR-34a表達(dá)可抑制ox-LDL誘導(dǎo)的半胱天冬酶-9/3(Caspase-9/3)這一線粒體依賴性凋亡途徑中關(guān)鍵酶的活化，促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)并抑制促凋亡蛋白Bax的表達(dá)，穩(wěn)定線粒體膜電位，降低Caspase-3活性[6]。研究證實(shí)miR-34a通過(guò)Bcl2/Bax-Caspase-9-Caspase-3途徑促進(jìn)HUVEC細(xì)胞凋亡，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)ox-LDL誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的重要作用。有研究顯示，miR-106b-5p在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的表達(dá)顯著低于正常血管組織，腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可顯著下調(diào)miR-106b-5p表達(dá)水平，并上調(diào)HUVEC中Caspase-3和細(xì)胞DNA片段化水平[7]。該研究表明，miR-106b-5p可直接靶向10號(hào)染色體上的磷酸酶和張力蛋白同源物(PTEN)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，PTEN是一種通過(guò)抑制磷酸肌醇磷酸酶/磷脂酰肌醇3(PI3K/Akt)途徑，抑制腫瘤細(xì)胞增殖和存活的腫瘤抑制蛋白，miR-106b-5p過(guò)表達(dá)可通過(guò)與PTEN的3'-UTR的種子區(qū)直接相互作用，在mRNA和蛋白質(zhì)水平上降低PTEN表達(dá)，進(jìn)而增加PI3K/Akt通路的活性，部分降低動(dòng)脈粥樣硬化疾病發(fā)展中TNF-α誘導(dǎo)的Caspase-3的活化，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的抑制并促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖。

1.2 MiRNA與心肌梗死 冠心病持續(xù)進(jìn)展導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈阻塞可引起心肌梗死(myocardial infarction，MI)，后者是全球范圍內(nèi)發(fā)病率、死亡率較高的疾病。心梗后的主要特點(diǎn)為細(xì)胞凋亡引起的血管內(nèi)皮損傷、心肌纖維化及病理性重塑，miRNA可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、活化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)梗死心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控[8]。MI后miR-17-5p在內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)，在凋亡內(nèi)皮細(xì)胞中沉默miR-17-5p表達(dá)，可通過(guò)激活ERK通路促進(jìn)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)介導(dǎo)的磷酸化，通過(guò)蛋白酶體刺激細(xì)胞死亡蛋白BIM降解，抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[9]。ERK通路激活還具有促進(jìn)血管新生、改善心梗后微循環(huán)建立、保護(hù)心梗后心功能的作用。血管內(nèi)皮位于循環(huán)血和血管壁之間，通過(guò)血流來(lái)維持流體剪切力(shear stress，SS)。SS可通過(guò)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-2(vascular endothelial growth factor receptor-2，VEGFR-2)等 機(jī) 制 來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，而Kruppel-2(KLF-2)及Kruppel-4(KLF-4)樣因子也對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的活化具有持續(xù)性影響，KLF2是血管生成的關(guān)鍵介質(zhì)，KLF4能夠恢復(fù)分化的體細(xì)胞的編程并恢復(fù)其多能狀態(tài)。在一項(xiàng)MI的研究中發(fā)現(xiàn)，MI患者miR-92a表達(dá)顯著增加，凋亡內(nèi)皮細(xì)胞釋放的氧自由基誘發(fā)miR-92a上調(diào)，抑制了內(nèi)皮細(xì)胞增殖，而miR-92a的抑制劑可以顯著降低內(nèi)皮細(xì)胞凋亡率，其機(jī)制是通過(guò)對(duì)KLF-2及KLF-4的調(diào)節(jié)[10]。KLF2/4在miR-92a阻斷后明顯增加，消除了氧自由基及SS導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞損傷[11]。雖然沒有確切的研究證實(shí)miR-92a和KLF2/4與MI或內(nèi)皮損傷有關(guān)，但miR-92a在MI后高表達(dá)，使其具有成為MI后早期診斷的生物標(biāo)記物的潛力[12]。

1.3 MiRNA與缺血再灌注損傷 心梗后對(duì)血管內(nèi)的開通治療將伴隨著一些對(duì)臨床結(jié)局不利的影響，包括心肌功能障礙、室性心律失常、代謝異常、微血管功能障礙以及心肌超微結(jié)構(gòu)的改變，稱為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury，MIRI)[13]。隨著血管內(nèi)開通治療的發(fā)展，MIRI越來(lái)越引起人們的重視。缺血再灌注損傷主要引起內(nèi)皮細(xì)胞的缺血缺氧，線粒體抗氧化酶防御系統(tǒng)受到損害，線粒體凋亡途徑在缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起關(guān)鍵作用[14]。一項(xiàng)缺氧引起的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡研究發(fā)現(xiàn)，缺氧內(nèi)皮細(xì)胞線粒體的超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase 2，SOD2)減少，ROS的清除能力下降，ROS的堆積導(dǎo)致線粒體跨膜電位下降，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[15]。通過(guò)生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了可調(diào)控SOD2的基因miR-335。MiR-335可負(fù)性調(diào)控SOD2的表達(dá)，阻斷miR-335的表達(dá)能夠增加SOD2，促進(jìn)氧化應(yīng)激條件下線粒體細(xì)胞內(nèi)ROS清除，抑制心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡。血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)是一種重要的生物活性物質(zhì)，在內(nèi)皮細(xì)胞炎癥誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡及多種心血管疾病中扮演著重要角色。在對(duì)AngⅡ誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡研究中發(fā)現(xiàn)，AngⅡ誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡伴隨著miR-590-5p的表達(dá)下調(diào)，miR-590-5p模擬物減弱凋亡并降低ROS的產(chǎn)生，其機(jī)制是通過(guò)AngⅡ上調(diào)蛋白LOX-1表達(dá)[16]；應(yīng)用小干擾RNA或TS92(LOX-1中和抗體)阻斷LOX-1表達(dá)，可明顯抑制細(xì)胞凋亡，并抑制Caspase-3的激活、細(xì)胞色素C的釋放，增加LOX-1表達(dá)明顯增加ROS的產(chǎn)生，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。因此miR-590-5p或LOX-1阻滯劑可以治療性地用于緩解內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

1.4 MiRNA與心力衰竭 心力衰竭(heart failure，HF)是許多心血管疾病的終末狀態(tài)。HF心臟典型形態(tài)學(xué)表現(xiàn)為心臟增大，是心臟射血能力不足導(dǎo)致心肌肥厚的代償性反應(yīng)，心臟中毛細(xì)血管新生的破壞在從代償性肥厚到失代償性心力衰竭的過(guò)程中起著重要作用，心臟血管生成受損被認(rèn)為是從心臟肥大向心力衰竭過(guò)渡的最重要機(jī)制之一[17]。因此與血管生成相關(guān)的miRNA是心力衰竭的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。MiR-214在肥厚及心衰心臟中表達(dá)上調(diào)，可靶向內(nèi)皮細(xì)胞增殖的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子XBP-1抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖和冠狀動(dòng)脈血管新生，XBP1的異位表達(dá)可增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管形成，并逆轉(zhuǎn)miR-214過(guò)表達(dá)的抗血管生成作用[18]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)miR-124過(guò)表達(dá)加重了AngⅡ輸注引起的心功能障礙，在對(duì)其作用的研究中發(fā)現(xiàn)miR-124是心臟血管新生的關(guān)鍵負(fù)性調(diào)節(jié)因子，可靶向調(diào)節(jié)在內(nèi)皮細(xì)胞中豐富表達(dá)的細(xì)胞因子CD151，CD151對(duì)維持內(nèi)皮毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)和內(nèi)皮細(xì)胞與細(xì)胞基質(zhì)粘連的完整性發(fā)揮了重要作用[19]。MiR-124可直接靶向CD151，降低CD151表達(dá)，減弱了內(nèi)皮細(xì)胞遷移、NO釋放，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，CD151的過(guò)表達(dá)消除了miR-124在HF中的促凋亡作用，這為心衰治療提出了有希望的干預(yù)目標(biāo)。

2 其他與內(nèi)皮細(xì)胞凋亡相關(guān)的miRNA

MiR-6086最早從人間充質(zhì)干細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，其在人胚胎干細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞分化過(guò)程中被下調(diào)，是重要的內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)記物[20]。在血管內(nèi)皮中，miR-6086可靶向調(diào)節(jié)鈣黏蛋白5(cadherin 5，CDH5)[21]。CDH5是內(nèi)皮細(xì)胞中特異性鈣黏蛋白，對(duì)促進(jìn)血管正常生長(zhǎng)、維持血管內(nèi)皮完整性具有重要作用[22]。TNF-α誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡中發(fā)現(xiàn)，外源引入CDH5可使內(nèi)皮細(xì)胞免于TNF-α誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞生長(zhǎng)抑制。hsa-miR-6086模擬物顯著降低內(nèi)皮細(xì)胞中CDH5表達(dá)，當(dāng)抑制hsa-miR-6086表達(dá)時(shí)可使凋亡因子TNF-α對(duì)CDH5的抑制作用消失，這表明TNF-α導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡是通過(guò)促進(jìn)hsa-miR-6086表達(dá)抑制CDH5表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。

MiR-206是位于6號(hào)染色體上的雙順?lè)醋哟?。在骨骼肌中，miR-206在肌肉組織上特異性表達(dá)并且對(duì)肌分化具有重要的調(diào)節(jié)作用[23]。MiR-206在心血管領(lǐng)域中對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)節(jié)也起到重要作用，阻斷miR-206表達(dá)可增加血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達(dá)，促進(jìn)新生血管形成并維持內(nèi)皮細(xì)胞完整性，是血管生成的誘導(dǎo)劑[24]。VEGF的升高也是心肌梗死后患者血運(yùn)重建的重要指標(biāo)，可增加內(nèi)皮祖細(xì)胞的增殖。MiR-206這種在凋亡細(xì)胞中高表達(dá)的特性，使其對(duì)冠心病患者具有生物標(biāo)記物的潛在作用，可研發(fā)用于治療冠心病的替代性療法和預(yù)防干預(yù)措施。

一項(xiàng)高糖環(huán)境對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能影響的研究發(fā)現(xiàn)miR-3202促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[25]。高糖環(huán)境可降低Fas凋亡抑制分子2(FAIM2)的表達(dá)，該分子可通過(guò)抑制Fas相關(guān)死亡域蛋白(FADD)通路而緩解細(xì)胞凋亡。同時(shí)，高糖環(huán)境可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞miR-3202表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，機(jī)制為miR-3202通過(guò)直接結(jié)合FAIM2啟動(dòng)子的3'UTR抑制FAIM2的表達(dá)，以此靶向FAIM2介導(dǎo)FADD/Fas途徑誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。

MiR-663位于人類染色體20q11.1上，與細(xì)胞衰老、炎癥和腫瘤的發(fā)生相關(guān)[26-27]。高尿酸環(huán)境促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，與高血壓、冠心病等多種心血管疾病的不良預(yù)后相關(guān)[28]。研究發(fā)現(xiàn)miR-663在高尿酸環(huán)境高表達(dá)，可靶向抑制內(nèi)皮細(xì)胞中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1，抑制內(nèi)皮細(xì)胞遷移，抑制血管的新生及延遲損傷修復(fù)，促使內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生功能紊亂[29]。

3 結(jié)語(yǔ)

MiRNA參與內(nèi)皮細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生理過(guò)程。越來(lái)越多的研究表明，miRNA在人類多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中可作為治療靶點(diǎn)。在心血管疾病方面，miR-208a、miR-140-5p、miR-10a等miRNA在缺血性心腦血管疾病中被發(fā)現(xiàn)[30-32]，成為治療缺血性血管損傷的有前景的新藥靶點(diǎn)。

MiRNA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)節(jié)及與心血管疾病的關(guān)系仍有待于進(jìn)一步探索，其對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡的作用機(jī)制尚未完全闡明，心血管疾病中一些重要相關(guān)基因的具體調(diào)節(jié)通路、分子作用機(jī)制尚不完全清楚。闡明內(nèi)皮細(xì)胞凋亡與心血管疾病的分子機(jī)制，將有助于在血管治療與預(yù)防方面探索出新的策略。