miRNA 對細(xì)菌性腦膜炎中血腦屏障影響的研究進展

陳明杰，曹夢園，曹 芳，王晨豫，閆雪琪，齊亞銀

（石河子大學(xué)動物科技學(xué)院，新疆 石河子 832000）

細(xì)菌性腦膜炎是一種嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病。近年來，犢牛、羔羊等動物患細(xì)菌性腦膜炎的病例多有報道，因其獨特的致病特點及藥物難以治療，對養(yǎng)殖業(yè)造成一定的經(jīng)濟損失。細(xì)菌性腦膜炎與血腦屏障的防御功能被破壞相關(guān)[1]，但大部分藥物不能順利通過血腦屏障，無法有效治療該疾病。血腦屏障的通透性升高是導(dǎo)致發(fā)病的關(guān)鍵因素。血腦屏障是由血管內(nèi)皮細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及周細(xì)胞組成的動物體血液循環(huán)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間的特殊屏障[2]，可維持腦組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)境穩(wěn)定。完整的血腦屏障對維持大腦功能至關(guān)重要[3]，是細(xì)菌性腦膜炎預(yù)防與治療的關(guān)鍵。

微小RNA 是一類長約18～25 個核苷酸序列的內(nèi)源表達的非編碼短單鏈RNA，通過對mRNA 的降解或瞬時翻譯抑制負(fù)調(diào)控靶基因的表達[4]。有研究表明，當(dāng)血腦屏障被破壞時，一些miRNA的表達會發(fā)生變化，調(diào)控這些變化的miRNA 可能會減弱細(xì)菌對血腦屏障和神經(jīng)細(xì)胞的損傷[5]。miRNA 在維持血腦屏障的完整性中起到重要的調(diào)節(jié)作用[6]。因此，探究miRNA與血腦屏障損傷的相互影響在畜牧業(yè)以及人類細(xì)菌性腦膜炎疾病的防御與控制等方面尤為重要。

1 細(xì)菌性腦膜炎與血腦屏障

1.1 細(xì)菌性腦膜炎

細(xì)菌性腦膜炎是一種細(xì)菌穿越血腦屏障導(dǎo)致腦組織發(fā)生炎癥的疾病，該疾病常導(dǎo)致軟腦膜、蛛網(wǎng)膜以及蛛網(wǎng)膜下腔發(fā)生炎癥[7]。目前，細(xì)菌性腦膜炎被認(rèn)定為因感染造成死亡的十大誘因之一，愈后的患者大部分均存在不同程度的神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[8]?？股貙ξ⑸锏闹委熡l(fā)有效，藥物吸收后通過全身血液循環(huán)運送到靶器官并發(fā)揮作用，但血腦屏障使藥物很難作用于腦膜炎的炎癥部位，因此治療腦膜炎至今仍是需要繼續(xù)探索的難題[9]。

細(xì)菌性腦膜炎多數(shù)病原菌是在宿主體內(nèi)經(jīng)過多層次的發(fā)展而逐漸形成[10]，其致病過程通常為病原菌定殖，隨后侵入血管系統(tǒng)繁殖引起菌血癥，穿越宿主的血腦屏障誘發(fā)炎性反應(yīng)，導(dǎo)致腦組織出現(xiàn)病理性損傷，如腦水腫、化膿性腦炎、神經(jīng)細(xì)胞凋亡等[11-13]。

1.2 血腦屏障

19 世紀(jì)末，有人發(fā)現(xiàn)在靜脈中注射苯胺染料后，全身組織均染色，只有腦組織不被染色，由此提出了血腦屏障的概念[14]。電子顯微鏡的發(fā)展解釋了血腦屏障的解剖結(jié)構(gòu)。血腦屏障是一層連續(xù)覆蓋在腦毛細(xì)血管上的內(nèi)皮細(xì)胞，細(xì)胞之間存在緊密連接被認(rèn)為是血腦屏障的最主要結(jié)構(gòu)[14]。血腦屏障與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的阿爾茨海默病、缺血性腦卒中、癲癇、腦膠質(zhì)瘤、視神經(jīng)脊髓炎有關(guān)。有研究表明，單純性皰疹病毒1（HSV-1）感染能夠引發(fā)單純性皰疹性腦炎（HSE），HSV-1感染能夠破壞血腦屏障的完整性和通透性，促進病毒、免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子向腦實質(zhì)運動，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)增強，進而損害大腦【15】。Niu 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，血腦屏障的破壞對于多發(fā)性硬化癥（MS）的發(fā)生與發(fā)展至關(guān)重要。

2 miRNA

miRNA在細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、代謝等生命活動的調(diào)控中發(fā)揮重要作用。若miRNA 表達發(fā)生變化，可使生命體代謝、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、機體內(nèi)平衡紊亂，導(dǎo)致機體發(fā)生疾病。

2.1 miRNA調(diào)控基因的表達機制

根據(jù)堿基互補配對原則，miRNA 與信使RNA 的3'非編碼區(qū)中的特定序列結(jié)合，起到調(diào)控信使RNA 的作用[17]。當(dāng)miRNA 與靶基因3'UTR 的特定序列不完全匹配時，抑制mRNA翻譯，但不會破壞mRNA本身；當(dāng)miRNA與靶基因3'UTR 的特定序列完全匹配時，miRNA 破壞mRNA 的穩(wěn)定性，降解mRNA，從而降低蛋白質(zhì)的生成[18]。上述兩種情況最終的調(diào)控機制相同，目的均為減弱蛋白質(zhì)的生成，其過程是與mRNA結(jié)合位點結(jié)合，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄，最終減少翻譯的蛋白，表觀上為減少靶基因的表達。除此之外，當(dāng)二者不完全匹配后，還可通過去除mRNA 的3'端多聚腺苷酸尾巴，減弱mRNA的穩(wěn)定性[19]。

2.2 miRNA的研究進展

近年來，隨著對miRNA 的研究不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)miRNA可參與多種疾病的進程。Lian等[20]研究發(fā)現(xiàn)，直腸癌miR-128 通過SIRT1/ROS/DR5 通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Ghuwalewala 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在口腔鱗狀細(xì)胞癌miR-146a通過CD24/AKT通路調(diào)節(jié)癌癥干細(xì)胞表型。Zhang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，miR-378-3p 通過負(fù)調(diào)節(jié)ATG12 減輕挫傷性脊髓損傷。Zhang 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)miRNA-98-5p 使PI3K/Akt信號通路失活，可增強心臟功能，降低1/R心肌組織中的心肌酶水平和梗死面積，抑制氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、巨噬細(xì)胞浸潤。

3 miRNA與血腦屏障

炎癥刺激下，miRNA在維持血腦屏障的完整性中起重要作用。將腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞分離到體外培養(yǎng)后，炎癥培養(yǎng)為試驗組，正常培養(yǎng)為對照組，經(jīng)過測序?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，與對照組相比，試驗組107種miRNA 表達水平發(fā)生變化，98種miRNA 下調(diào)與腫瘤壞死因子和干擾素-γ 有關(guān)[24]，并且出現(xiàn)血腦屏障損傷。結(jié)果表明，這些差異表達的miRNA 均與血腦屏障功能密切相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，解剖多發(fā)性硬化患者尸體時，從腦部的毛細(xì)血管中發(fā)現(xiàn)與血腦屏障有關(guān)的miR-125a-5p表達減少；進行體外表達試驗，結(jié)果表明，miR-125a-5p可明顯改善血腦屏障功能[25]。石瑜等[26]研究發(fā)現(xiàn)，多發(fā)性硬化患者腦組織中miRNA表達量明顯增加，經(jīng)小鼠模型試驗驗證表明，miRNA負(fù)性調(diào)控血腦屏障的通透性。

調(diào)控miR-124可減弱腦組織中的炎癥反應(yīng)，其調(diào)節(jié)機制是通過MAPK通路抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，對細(xì)菌性腦膜炎具有一定的治療作用[247。此外，還有一些miRNA，如miR-145、miR-137、miR-493、miR-126，可 通 過 調(diào) 節(jié)MAPK 調(diào)控細(xì)胞凋亡、神經(jīng)炎癥、神經(jīng)發(fā)生和血管生成等過程[28]。劉利群[29]研究表明，miR-34b-5p 可能在發(fā)育期驚厥性腦損傷后早期神經(jīng)細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用，并且通過構(gòu)建復(fù)發(fā)性癲癇大鼠模型證明，miR-34b-5p 介導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞的凋亡繼而導(dǎo)致血腦屏障的損傷。Sheng等[30]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-22 可以抑制小膠質(zhì)細(xì)胞焦亡的發(fā)生，抑制細(xì)胞膜孔的開放，抑制炎癥因子的釋放和GSDMD 的表達，進而減少神經(jīng)功能的損傷。Zhang 等[31]研究表明，miR-21a-5p 通過抑制CNTF/STAT3/Nkrf 通路，上調(diào)神經(jīng)毒性反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞（A1）極化，促進創(chuàng)傷性脊髓損傷。更有試驗表明，miR-21a-5p 可調(diào)節(jié)新生小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞，保護大腦免受損傷導(dǎo)致的炎癥[32]。

羅文君等[33]研究發(fā)現(xiàn)，miR-135a-5p 表達異常降低是膠質(zhì)瘤的重要分子病理學(xué)特征，TRAF5是miR-135a-5p的天然靶基因，miR-135a-5p 通過調(diào)節(jié)TRAF5介導(dǎo)MAPK或NF-KB 等通路促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。miR-135a-5p 通過抑制ROCK1/2的表達改善腦缺血-再灌注損傷。miR-135a-5p參與腦部損傷的調(diào)節(jié)，調(diào)控膠質(zhì)細(xì)胞瘤的發(fā)展，表明miR-135a-5p與腦部的細(xì)胞調(diào)節(jié)息息相關(guān)。

Liu 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，將聚合物納米技術(shù)與miRNA 調(diào)控技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種靶向聚合物納米顆粒，將抗miR-21 和miR-124 共 同 遞 送 大 腦 中，抗miR-21 和miR-124 同時調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞中突變的RAS/PI3K/PTEN/AKT 信號通路，實現(xiàn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的組合治療。試驗證明，該藥物可成功穿越血腦屏障，并有效減少腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲以及腫瘤血管的生成。

4 結(jié)論

近些年，細(xì)菌引發(fā)動物腦膜炎的病例屢見不鮮，給養(yǎng)殖戶帶來極大的經(jīng)濟損失。有關(guān)部分miRNA對細(xì)菌性腦膜炎的作用已有研究，但其破壞血腦屏障的調(diào)節(jié)通路、作用機制和靶點尚不清晰。應(yīng)該繼續(xù)研究miRNA對血腦屏障通透性的影響機制，有助于miRNA 在細(xì)菌性腦膜炎治療中發(fā)現(xiàn)新的藥物治療靶點或miRNA療法。