血管鈣化相關(guān)MicroRNA的研究進(jìn)展

王亞萍 綜述 何勝虎 審校

(1.揚(yáng)州大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225001； 2.江蘇省蘇北人民醫(yī)院心內(nèi)科，江蘇 揚(yáng)州 225001)

血管鈣化以往指的是磷酸鈣鹽在血管壁的沉積[1-2]。它不僅發(fā)生在血管老化的過(guò)程中，而且發(fā)生在糖尿病血管病變和慢性腎臟疾病(CKD)以及多種心血管疾病中[1-2]。由于血管壁的彈性喪失，血管鈣化可能導(dǎo)致左心室肥厚和冠狀動(dòng)脈灌注的失衡[1,3]。因此，許多研究表明血管鈣化能增加心血管疾病的發(fā)病率和死亡率，甚至可以成為獨(dú)立的預(yù)測(cè)因子[2,4-5]。在血管鈣化進(jìn)程中位于血管中膜的平滑肌細(xì)胞可轉(zhuǎn)化為成骨樣細(xì)胞，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不可逆的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)失去了收縮表型標(biāo)志，主要包括α肌動(dòng)蛋白(α-actin)等，上調(diào)了成骨樣細(xì)胞表型標(biāo)志，包括核轉(zhuǎn)錄因子2(RUNX2)、骨橋蛋白(OPN)、骨鈣素(OCN)和堿性磷酸酶(ALP)等[1,4,6-7]。越來(lái)越多的數(shù)據(jù)表明microRNAs(miRs)在VSMCs成骨轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的作用[4,8]?，F(xiàn)就血管鈣化中相關(guān)miRs的作用進(jìn)行綜述。

1 miRs概述

miRs是一種長(zhǎng)度為18～25個(gè)核苷酸的非編碼小單鏈RNA，主要作用是通過(guò)誘導(dǎo)信使RNA(mRNA)切割或干擾mRNA翻譯，對(duì)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[9-10]。miRs與靶mRNA的3’非翻譯端(UTR)結(jié)合，導(dǎo)致mRNA的去穩(wěn)定化或翻譯抑制，調(diào)節(jié)相應(yīng)蛋白質(zhì)的合成[11]。1993年，首次在秀麗隱桿線蟲(chóng)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度為22 nt的miRs，其可作為基因篩選的靶點(diǎn)識(shí)別胚胎發(fā)育后期出現(xiàn)的缺陷[12]。后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，miRs幾乎參與了所有疾病發(fā)病過(guò)程的調(diào)控和一切生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)，比如調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、遷移、凋亡及表型轉(zhuǎn)換等病理生理過(guò)程[13]。因此，miRs作為多種細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)劑不僅參與調(diào)節(jié)基因的多樣性并可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成[10]。相應(yīng)地，miRs的功能失調(diào)能影響到多種疾病的發(fā)病過(guò)程。miRs在鈣化的VSMCs的細(xì)胞基質(zhì)囊泡內(nèi)有很豐富的表達(dá)，攜帶miRs的基質(zhì)囊泡可在細(xì)胞之間來(lái)回轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)揮作用，因此miRs功能的失調(diào)可改變?cè)S多基因的表達(dá)。miRs調(diào)節(jié)血管鈣化主要是對(duì)其收縮表型、反應(yīng)應(yīng)激(例如缺氧)和成骨轉(zhuǎn)分化的調(diào)節(jié)[8]。在血管鈣化的進(jìn)程中涉及到許多miRs，不同的miRs可能對(duì)血管鈣化起不同的作用。

2 miRs促進(jìn)血管鈣化(表1)

表1 血管鈣化相關(guān)microRNAs

有研究表明[14]，隨著無(wú)機(jī)磷酸鹽濃度升高，血管鈣化風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加，同時(shí)miR-223的表達(dá)也增加，提示miR-223在血管鈣化中起一定的作用。另外，在生理上，miR-223還參與骨形成的調(diào)控。然而，在血管鈣化期間，miR-223可以從動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的炎癥細(xì)胞遷移到VSMCs中，可能是導(dǎo)致VSMCs表型轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要因素[15]。此研究發(fā)現(xiàn)，miR-223的高表達(dá)確實(shí)增加了VSMC增殖和遷移的能力[15]。同時(shí)減少了VSMC收縮表型α-actin的表達(dá)[15]。 miR-223的靶目標(biāo)是Mef2c和Rhob，在VSMC表型轉(zhuǎn)換中起關(guān)鍵作用的2種蛋白質(zhì)[15]。在VSMC中當(dāng)Mef2c和Rhob在較低表達(dá)水平時(shí)miR-223是上調(diào)的[14]。miR-223的另一個(gè)靶目標(biāo)是VSMC鈣化抑制劑核因子IA。miR-223的上調(diào)可誘導(dǎo)核因子IA的降解[14,16]。最近有研究報(bào)道了在CKD 4期和5期患者中原本下調(diào)的血清miR-223在腎移植后可以恢復(fù)正常[17]。以上研究提示miR-223在VSMC表型轉(zhuǎn)換和鈣化進(jìn)程中可能起到促進(jìn)的作用。

Liu等[18]利用骨保護(hù)素敲除小鼠制備鈣化的模型，取出主動(dòng)脈后經(jīng)微點(diǎn)陣檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)miR-32的表達(dá)上調(diào)，且miR-32是通過(guò)PI3K-AKT信號(hào)通路使磷酸酶張力蛋白基因水平降低，骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP2)、RUNX2、OPN、基質(zhì)gla蛋白和ALP的表達(dá)增多，從而使VSMC發(fā)生鈣化。在Zheng等[19]的研究中，利用維生素D3加尼古丁建立了大鼠血管鈣化模型，通過(guò)miRs芯片來(lái)分析2組的miRs表達(dá)譜，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)鈣化組與對(duì)照組比較有10個(gè)miRs表達(dá)增多，6個(gè)miRs減少，其中miRNA-297a下調(diào)的幅度最大，進(jìn)一步在基因和蛋白水平證實(shí)了其作用的靶點(diǎn)為FGF23，并且通過(guò)下調(diào)Klotho使FGF23的表達(dá)增多。

另一對(duì)促進(jìn)血管鈣化的miRs是miR-221和miR-222。它們?cè)赩SMC表型轉(zhuǎn)換的過(guò)程中發(fā)揮協(xié)同作用促進(jìn)血管鈣化。在VSMC表型轉(zhuǎn)換的早期階段它們的濃度隨著血管鈣化程度的進(jìn)展而降低。促鈣化條件下培養(yǎng)VSMCs發(fā)現(xiàn)miR-221和miR-222的表達(dá)被抑制[20]。有趣的是miR-221和miR-222的作用靶點(diǎn)不是肌節(jié)同源盒基因同系物2和RUNX2，而是通過(guò)上調(diào)外切核苷酸磷酸二酯酶的表達(dá)，產(chǎn)生礦化物質(zhì)抑制焦磷酸鹽的產(chǎn)生[20]。另外，miR-221和miR-222還可以通過(guò)抑制鈉磷共轉(zhuǎn)運(yùn)體Pit-1促進(jìn)血管鈣化[20]。另有研究表明miR-712、miR-714和miR-762也可誘導(dǎo)血管鈣化。這些miRs直接作用于鈣轉(zhuǎn)運(yùn)通道鈉鈣交換體亞型1、細(xì)胞膜鈣泵亞型1和鈉鉀鈣交換體亞型4，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣水平的升高。抑制miR-762、miR-714和miR-712可明顯延緩鈣化的進(jìn)程[21]。

3 miRs抑制血管鈣化(表1)

有研究發(fā)現(xiàn)在鈣化的冠狀動(dòng)脈VSMCs中miR-30b和miR-30c的表達(dá)下調(diào)。 其結(jié)合的靶點(diǎn)是RUNX2，一種主要的成骨轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[7,22]。 RUNX2可調(diào)節(jié)OCN、核因子κB配體的受體激活劑(RANKL)和OPN[4]。 miR-30b和miR-30c的結(jié)合點(diǎn)位于RUNX2的3’UTR區(qū)域，導(dǎo)致其下調(diào)從而抑制ALP活性，使OPN和OCN分泌減少。此外，這兩個(gè)miRs受到BMP2的控制，BMP2促進(jìn)血管鈣化的機(jī)制是通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)無(wú)機(jī)磷酸鹽水平和刺激編碼成骨細(xì)胞表型相關(guān)基因的表達(dá)[23-24]。用BMP2處理VSMCs后miR-30b和miR-30c的表達(dá)明顯下調(diào)，RUNX2的表達(dá)顯著增高[25]。

miR-133a主要存在于骨骼和心肌細(xì)胞中，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在VSMCs中也有很高的表達(dá)，其可能成為預(yù)防血管鈣化的靶點(diǎn)。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，miR-133a在VSMCs轉(zhuǎn)變成成骨樣細(xì)胞過(guò)程中是下調(diào)的，它也是通過(guò)結(jié)合于RUNX2的3’UTR區(qū)域，導(dǎo)致OCN和ALP的表達(dá)量減少，最終維持VSMCs的正常表型[22]。

miR-125b是發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)與人冠狀動(dòng)脈鈣化相關(guān)的miRs，在血管鈣化的早期階段也可抑制VSMC向成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化[26]。 Goettsch等[26]研究發(fā)現(xiàn)，miR-125b在血管鈣化過(guò)程中是降低的，抑制miR-125b的表達(dá)能促進(jìn)成骨轉(zhuǎn)分化和基質(zhì)礦化并能增加ALP活性。成骨細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子Osterix是miR-125b發(fā)揮作用的主要靶點(diǎn)并介導(dǎo)了它對(duì)血管鈣化的保護(hù)作用。在體外實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了miR-135a可抑制VSMC的成骨轉(zhuǎn)分化作用。降低miR-135a水平不僅會(huì)造成基質(zhì)礦化，鈣離子濃度的增加而且增加ALP和OCN的活性。這些作用是通過(guò)Kruppel樣因子4/轉(zhuǎn)錄激活因子3(KLF-4/STAT3)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中KLF-4是調(diào)節(jié)細(xì)胞分化和增殖的一種重要的轉(zhuǎn)錄因子，但有趣的是在衰老的VSMC中miR-135a的表達(dá)是下調(diào)的，這可能是老年人群血管鈣化發(fā)生率增加的原因之一[27]；但也有人報(bào)道m(xù)iR-135a能促進(jìn)血管鈣化，機(jī)制是通過(guò)影響鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性通道鈉鈣交換體亞型1、細(xì)胞膜鈣泵亞型1和鈉鉀鈣交換體亞型4，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣水平增加[21]。

miR-204是不管在體外還是體內(nèi)已被確定的另一種可以抑制血管鈣化的miRs。miR-204同樣是通過(guò)靶向RUNX2并結(jié)合到其3’UTR區(qū)域抑制其表達(dá)來(lái)減輕血管鈣化的，同時(shí)也降低了ALP和OCN的活性[28]。miR-205也能預(yù)防血管鈣化，其不僅通過(guò)靶向RUNX2，而且通過(guò)調(diào)節(jié)Smad1的活性，影響成骨細(xì)胞活動(dòng)和骨骼發(fā)育[29]。 最近的一項(xiàng)研究報(bào)道了CKD患者腎臟中miR-204的下調(diào)與其腎功能損害嚴(yán)重程度相關(guān)[30]。miR-145和miR-155通過(guò)刺激心肌細(xì)胞的活性從而在維持VSMC表型中起重要作用。當(dāng)這些miRs水平下降后VSMCs易轉(zhuǎn)換成成骨樣細(xì)胞，從而加速了血管鈣化的進(jìn)程[31]。

miR-133a和miR-143在無(wú)機(jī)磷酸鹽誘導(dǎo)的鈣化細(xì)胞中也是下調(diào)的。這些miRs的結(jié)合靶點(diǎn)是osterix和Smad1，使其在鈣化期間保持過(guò)度分泌的狀態(tài)。有趣的是，有研究顯示Mg能阻止miR-133a和miR-143的下調(diào)，這表明它可能對(duì)血管鈣化有保護(hù)作用[32]。也有報(bào)道說(shuō)隨著無(wú)機(jī)磷酸鹽濃度升高能降低miR-143和miR-145的水平。隨著這些miRs的生物利用度降低會(huì)導(dǎo)致血小板衍生生長(zhǎng)因子和KLF-4和KLF-5表達(dá)的增加，而這2種因子與血管鈣化的進(jìn)程是有關(guān)系的[14,16]。另一對(duì)在血管鈣化中發(fā)揮重要作用的miRs是miR-29a和miR-29b，其可以調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的活性[33]。微調(diào)這些miRs的功能不僅可以發(fā)生血管鈣化而且會(huì)使動(dòng)脈管壁變硬。miR-29的主要靶點(diǎn)是凝血酶敏感蛋白(disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs-7，ADAMTS-7)。ADAMTS-7 下調(diào)后，導(dǎo)致BMP2活性的降低和軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(COMP)降解的延遲，COMP是一種參與維持VSMC收縮表型的糖蛋白。最后的結(jié)果是預(yù)防血管鈣化和保持動(dòng)脈彈性[33]。也有其他人報(bào)道m(xù)iR-29通過(guò)下調(diào)彈性蛋白的表達(dá)促進(jìn)血管鈣化。彈性蛋白的減少會(huì)促進(jìn)VSMC轉(zhuǎn)換成成骨細(xì)胞表型并伴隨血管壁鈣沉積的增加[34]。Jiang等[35]用維生素D3喂食大鼠建立動(dòng)脈鈣化的模型后發(fā)現(xiàn)在鈣化的血管組織中基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)的表達(dá)增多，同時(shí)miR-29b-3p的表達(dá)降低，接著用轉(zhuǎn)染的方法進(jìn)一步證實(shí)了MMP-2的3’UTR區(qū)域就是miR-29b-3p 作用的靶點(diǎn)，過(guò)表達(dá)miR-29b-3p后能抑制MMP-2的產(chǎn)生從而延緩血管鈣化的進(jìn)程。

4 小結(jié)與展望

miRs與許多疾病都有所關(guān)聯(lián)，包括心血管疾病、腫瘤和自身免疫疾病等，然而miRs在血管鈣化中的作用還未研究透徹，并且關(guān)于miRs的調(diào)節(jié)機(jī)制的闡述也很有限。越來(lái)越多的研究表明，血管鈣化受多重miRs的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，且是一個(gè)復(fù)雜可調(diào)控的過(guò)程。因此，miRs可作為早期血管鈣化的生物學(xué)標(biāo)志，檢測(cè)相關(guān)的miRs及時(shí)起干預(yù)作用防止其進(jìn)展；但由于這個(gè)過(guò)程調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和多重性，需更多的研究篩選確定可用于靶向治療的最佳miRs。目前，有研究者已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些miRs與血管鈣化機(jī)制之間的關(guān)系，但只發(fā)現(xiàn)極少部分的miRs參與調(diào)節(jié)血管鈣化，因此，深入研究miRs在血管鈣化的作用顯得尤為重要，相信在不久的將來(lái)，miRs可成為臨床治療血管鈣化的新靶點(diǎn)。