股骨頭壞死中與血管新生相關(guān)microRNA的研究進(jìn)展

郭平德 李盛華 付志斌 周明旺 王鵬志

1.甘肅省中醫(yī)院，甘肅 蘭州730050；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州730000

微小RNA（microRNA，miRNA）是近些年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種長(zhǎng)約18-25nt的非編碼的小RNA分子，在人體內(nèi)含量較多并參與許多生命活動(dòng)的調(diào)控過(guò)程。從1993年發(fā)現(xiàn)首個(gè)miRNA至今［1］，關(guān)于miRNA和疾病相關(guān)性研究一直是研究熱點(diǎn)之一，研究發(fā)現(xiàn)，在生命體的細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育、血管形成、疾病發(fā)生等許多病理生理的發(fā)生過(guò)程中有著重要的調(diào)控作用，從而為許多難治性疾病的診療提供了一條新的思路。非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（nontraumatic osteonecrosis of femoral head，NONFH）是指由酒精、激素等非創(chuàng)傷性因素導(dǎo)致的股骨頭部血運(yùn)障礙，最終導(dǎo)致缺血壞死的一種病理表現(xiàn)。本文以miRNA為基點(diǎn)探討其在血管新生相關(guān)機(jī)制在疾病發(fā)生過(guò)程中的作用，希望從分子生物學(xué)的層面，為NONFH的早期診斷和治療找到新的思路。

1 血管新生與NONFH

血管新生是指新血管生成的生物學(xué)過(guò)程，包括血管發(fā)生、血管新生和動(dòng)脈生成這三個(gè)主要過(guò)程［2］。在人體生理環(huán)境中，只有在懷孕等一些特殊的條件下，才會(huì)出現(xiàn)血管新生。除此之外，如有新生血管出現(xiàn)，則會(huì)誘發(fā)一些特定的疾病，這類疾病統(tǒng)稱為血管新生性疾病，如癌癥、糖尿病視網(wǎng)膜病變、類風(fēng)濕、牛皮癬、胃潰瘍等。

血管生成以后，新的血管互相融合成新的血管網(wǎng)，發(fā)揮著調(diào)節(jié)血流、提高對(duì)心肌、骨骼肌及骨骼組織等缺血組織的血液供應(yīng)的作用。現(xiàn)代研究認(rèn)為，NONFH發(fā)病可能與血栓形成、血流中斷、血管壁損傷、脂肪栓塞、凝血功能異常等諸多原因相關(guān)［3］。主要病理過(guò)程是股骨頭局部缺血導(dǎo)致局部的骨質(zhì)和骨髓死亡，然后一系列自身修復(fù)機(jī)制被啟動(dòng)，然而除非壞死部位剛好在股骨頭中央或壞死病灶很小，否則這種修復(fù)機(jī)制是經(jīng)常無(wú)效的［4］。因此，在股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）的修復(fù)中，怎樣恢復(fù)缺血區(qū)的血供起著非常至關(guān)重要的作用［5-6］。Wang等［7］用過(guò)量激素做出了ONFH的兔子模型，觀察其股骨頭動(dòng)脈結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)其小容量血管數(shù)量增加并血管管徑變小的結(jié)論?？傊?，ONFH的病理過(guò)程涉及諸多方面，需要有更多的科學(xué)依據(jù)來(lái)證明，但局部缺血事件的發(fā)生仍然是ONFH病理環(huán)節(jié)中一個(gè)重要因素，是否可以通過(guò)增加或改善壞死部位的血供和血管再生來(lái)治療ONFH，成了ONFH研究的熱點(diǎn)之一。

2 miRNA與血管新生

miRNA是一種存在于生物體內(nèi)高度保守的內(nèi)源性非編碼小RNA分子，是以堿基互補(bǔ)配對(duì)方式結(jié)合的mRNA，參與調(diào)控mRNA及基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的目的。作用機(jī)制為切割mRNA長(zhǎng)鏈，縮短mRNA多聚腺苷尾以降低其穩(wěn)定性，降低mRNA在核糖體內(nèi)翻譯蛋白的效率［8］。miRNA在調(diào)控基因表達(dá)方面可起到促進(jìn)或抑制作用，但是主要是抑制作用。近些年，發(fā)現(xiàn)了大量的miRNA，目前miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)已收錄的人類miRNA有1881種。miRNA是生物體進(jìn)行正常生命活動(dòng)的重要調(diào)節(jié)因素之一。更多的證據(jù)表明，miRNA是心血管和腫瘤等疾病發(fā)生的重要調(diào)節(jié)器［9，10］。

血管新生是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cell，EC）功能變化是其中最重要的環(huán)節(jié)；由EC釋放的細(xì)胞因子，在調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和分化過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。因此，在內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)節(jié)功能中，一些關(guān)鍵細(xì)胞因子的表達(dá)調(diào)控更多地受到重視。研究發(fā)現(xiàn)，let-家族、miR-17~92簇、miR-221/222、miR-21、miRNA-23~24簇和miR-126在人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVECs）中高表達(dá)［11，12］。有研究證明，抗血管新生相關(guān)miRNAs結(jié)合正調(diào)節(jié)蛋白可抑制血管的發(fā)生；但血管新生相關(guān)miRNAs在血管生成的信號(hào)通路中結(jié)合負(fù)調(diào)節(jié)蛋白而促進(jìn)血管生成［12］。

2.1 促進(jìn)血管新生miRNAs由于血管EC在血管壁上的獨(dú)特作用和位置，一直在充當(dāng)血流機(jī)械傳導(dǎo)的初級(jí)傳感器。血管的完整和EC功能正常，是持續(xù)血管新生和血管功能正常的基本環(huán)節(jié)。miR-126是現(xiàn)在所知的促進(jìn)血管新生的重要miRNA，其可以通過(guò)抑制SPRED1而增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及纖維母細(xì)胞生長(zhǎng)因子（fibroblast growth facto，rFGF）促血管新生的作用［13］。在小鼠模型中缺失miRNA-126，表現(xiàn)為血管發(fā)育缺陷及廣泛出血；在大鼠試驗(yàn)中，miR-126定向缺失可以導(dǎo)致出血、部分胚芽壞死及血管滲漏，從而導(dǎo)致血管的生成障礙和血管完整性的喪失。敲除斑馬魚的miR-126可導(dǎo)致斑馬魚胚胎發(fā)育過(guò)程中血管的完整性并降低出血。因此，miRNA-126在調(diào)控血管生成及維持血管完整性方面可能起著非常重要作用［14-15］。

組織在缺氧、缺血條件下，可以顯著提高EC miR-424和miR-210的表達(dá)，兩者都是缺血環(huán)境中具有保護(hù)細(xì)胞作用的miRNAs。miR-210可以在各種組織細(xì)胞中表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)［16-17］，miR-210在腦組織缺血后的表達(dá)逐步升高，通過(guò)抑制靶基因酪氨酸激酶配基EphrinA3的表達(dá)，從而抑制內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)VEGF的趨化能力和毛細(xì)管狀結(jié)構(gòu)形成。同時(shí)在體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，miR-210通過(guò)靶基因EphrinA3刺激EC遷徙，而促進(jìn)血管形成。朱建兵等［18］發(fā)現(xiàn)，組織在缺氧狀態(tài)下產(chǎn)生的缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1α（hypoxia-inducible transcriptionfactorα，HIF-1α）可以誘導(dǎo)血管EC miR-210表達(dá)升高。miR-210可以促進(jìn)心梗后的血管再生，并可以抑制心肌細(xì)胞的凋亡，從而改善心臟供血功能［19］。miR-424可以在冠狀動(dòng)脈EC中特異性的表達(dá)。Ghos等［20］研究發(fā)現(xiàn)，HIF-1α/HIF-2α是缺氧后促進(jìn)血管新生必不可缺的細(xì)胞調(diào)節(jié)因子之一，miR-424可間接增加HIF-1α/HIF-2α在內(nèi)皮細(xì)胞中的表達(dá)。因此，缺氧狀態(tài)下miR-424表達(dá)升高，在心肌缺血、缺氧后改善血供重構(gòu)和促進(jìn)血管新生中發(fā)揮著非常重要的作用。大鼠腦梗死后血管新生的過(guò)程miR-296起著很重要的作用［21］。俞巧等［22］發(fā)現(xiàn)，miR-143和miR-145在血管平滑肌細(xì)胞的增殖和分化中具有促進(jìn)作用，為動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病研究提供了新的思路。

2.2 抑制血管新生miRNAs Poliseno等［23］發(fā)現(xiàn)，HUVECs中與血管新生相關(guān)并高度表達(dá)的miRNAs有15種，其中發(fā)揮顯著的抗血管新生作用的是miRNA-221/222。miR-221/222抑制血管新生的主要作用機(jī)制是下調(diào)SCF受體c-kit的表達(dá)水平，但不影響mRNA的水平，屬轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)［24］。Li等［25］證實(shí)，高糖處理HUVECs可誘導(dǎo)miR-221/222的表達(dá)水平，導(dǎo)致下調(diào)c-kit的表達(dá)，減弱EC的遷移功能。通過(guò)反義miR-221核酸鏈抑制miR-221后，上調(diào)c-kit的表達(dá)，可抵消高糖對(duì)EC功能的抑制作用。

在人類基因組中，miR-17-92家族共編碼7個(gè)miRNAs，Suárez等［26］研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤血管新生的過(guò)程中miR-18a和miR-19a有重要的調(diào)節(jié)作用，其作用機(jī)理抑制抗血管新生蛋白血小板反應(yīng)素1（thrombospondin-1，TSP1）和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表達(dá)而促進(jìn)血管新生。miR-92a是EC中高表達(dá)的內(nèi)源性的血管新生抑制因子，通過(guò)抑制EC的出芽能力和毛細(xì)血管狀結(jié)構(gòu)形成，抑制血管新生。miR-424在冠心病患者單核細(xì)胞中表達(dá)增加，對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展具有促進(jìn)作用［27］。李玲娟［28］在大鼠永久局灶性大腦中動(dòng)脈腦缺血模型研究發(fā)現(xiàn)，miR-376b-5p可抑制腦缺血缺氧后的血管新生。Cha［29］和Cascio［30］等發(fā)現(xiàn)miR-519c和miR-20b可直接通過(guò)抑制靶基因HIF-1α來(lái)抑制VEGF通路，發(fā)揮其抗血管生成作用。

3 miRNAs與NONFH

在骨骼疾病的研究中，miR-146a是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的在骨關(guān)節(jié)炎軟骨差異表達(dá)的miRNA。而與NONFH相關(guān)miRNA的研究仍然處于初級(jí)階段［31-32］，Li等［33］通過(guò)β干擾素-1干預(yù)的關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞觀察其miR-146a和VEGF的變化，發(fā)現(xiàn)miR-146a能夠上調(diào)VEGF表達(dá)。表明miR-146a在退變性骨關(guān)節(jié)炎的軟骨細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮著調(diào)控作用。Yamasaki等［34］研究發(fā)現(xiàn)miRNA-210在NONFH患者血清中表達(dá)明顯高于對(duì)照組。但在其他系統(tǒng)的各種疾病的研究中發(fā)現(xiàn)miRNA-210具有促進(jìn)血管形成的作用［16］，進(jìn)而推測(cè)miRNA-210可能會(huì)在NONFH壞死的血管修復(fù)中發(fā)揮作用。Yuan等［35］在激素性O(shè)NFH的模型中研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞與去甲基化藥物治療可以明顯提高miR-210的表達(dá)及促進(jìn)細(xì)胞的存活和分化。

有研究者［36］通過(guò)對(duì)27個(gè)NONFH患者的血漿中的miRNA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其中miRNA-423-5p、miRNA-21-5p、miRNA-130b-3p、miRNA-130a-3p等miRNA表達(dá)顯著上調(diào)，但miRNA-484、miRNA-101-3p、miRNA-342-3p、miRNA-99a-5p等12個(gè)miRNA表達(dá)卻略下調(diào)，并且已有研究表明，這些miRNA可能在細(xì)胞碉亡、增殖和干細(xì)胞分化等過(guò)程有重要的調(diào)控作用。

4 展望

現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，miRNA是一類內(nèi)源性非編碼的微小RNA，并且在人體生命活動(dòng)中具有相當(dāng)廣泛的調(diào)節(jié)功能，miRNA主要是在基因表達(dá)調(diào)控、胚胎干細(xì)胞調(diào)控和免疫調(diào)節(jié)等方面具有很重要的調(diào)節(jié)作用，尤其是對(duì)基因的轉(zhuǎn)錄翻譯的調(diào)控作用最顯著。

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)NONFH研究的深入，股骨頭的復(fù)雜的血液供應(yīng)系統(tǒng)和為身體承重的關(guān)鍵作用，受各種致病因素的影響后容易發(fā)生股骨頭血液的供應(yīng)障礙，從而引起ONFH。雖然對(duì)NONFH的具體發(fā)病機(jī)理尚未研究清楚，但是股骨頭血運(yùn)障礙而導(dǎo)致股骨頭壞死的發(fā)生的病理生理過(guò)程，目前已被大多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同。因此，徹底改變股骨頭的缺血狀態(tài)是股骨頭缺血性壞死的治療首要問(wèn)題。前期研究發(fā)現(xiàn)［37-38］，ApoA1基因位點(diǎn)突變可能是非血瘀質(zhì)NONFH發(fā)病的分子生物學(xué)機(jī)制之一；PAF-AH和NOS1基因位點(diǎn)突變可能是血瘀質(zhì)高發(fā)NONFH的分子生物學(xué)機(jī)制之一，但是其具體的作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究，是否可以從miRNA的角度證實(shí)本研究結(jié)果，成為下一步的研究計(jì)劃。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)了許多特異表達(dá)的miRNA，并揭示了部分miRNA在相關(guān)疾病的發(fā)生過(guò)程中的作用機(jī)制，血管新生相關(guān)miRNA研究發(fā)現(xiàn)，其在缺血性疾病中具有重要的調(diào)控作用。雖然miRNA與NONFH的研究有了一定的進(jìn)展，但是從血管新生的角度去研究NONFH與miRNA的相關(guān)性的科學(xué)研究仍比較缺乏。因血管內(nèi)皮損傷是NONFH的病因?qū)W假說(shuō)之一，本文旨闡述NONFH與血管新生相關(guān)機(jī)制的關(guān)系，探討miRNA對(duì)血管新生的調(diào)節(jié)作用以及miRNA與NONFH的關(guān)系，希望為臨床上治療NONFH提供新的線索和靶點(diǎn)。