新生兒缺氧缺血性腦損傷中微小RNA的研究進展

莊靜 綜述，陳全景 審校

(1.湖北醫(yī)藥學(xué)院，湖北十堰 442000；2.湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬東風(fēng)醫(yī)院，湖北十堰 442000)

新生兒缺氧缺血性腦損傷(hypoxic-ischemic brain damage，HIBD)是由產(chǎn)時或孕晚期腦缺氧和缺血引起的腦損傷[1]，能導(dǎo)致成人和兒童死亡或長期神經(jīng)損傷[2-3]，是全球兒童急性期死亡以及慢性神經(jīng)損害的主要原因[4]，也是全球足月和早產(chǎn)的新生兒圍產(chǎn)期腦損傷主要的危險因素[5-7]。圍產(chǎn)期缺血和缺氧發(fā)生率為1‰～6‰，并且在新生兒HIBD中約40%的新生兒因HIBD死亡，還有30%的患兒遺留終身神經(jīng)損傷[8-9]，如腦癱、癲癇、認知、行為、注意力、社交和學(xué)習(xí)困難等[10-12]。腦水腫是新生兒HIBD發(fā)生、進展和惡化的重要病理生理改變[13]。新生兒HIBD能夠通過誘導(dǎo)復(fù)雜的細胞級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致動物及人的局部細胞死亡和嚴重的腦功能障礙[14]。HIBD能夠迅速誘導(dǎo)大量基因表達，然后上游基因表達的改變影響下游基因的表達變化，導(dǎo)致全身性級聯(lián)反應(yīng)，隨后出現(xiàn)腦功能嚴重惡化[15]。HIBD的逐步進展導(dǎo)致微小RNA(miRNA)改變，并且miRNA能夠影響與細胞分化相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路[16]。并且不同的miRNA能夠參與新生兒HIBD神經(jīng)細胞損傷、細胞凋亡、神經(jīng)保護、血管生成、細胞遷移、晝夜節(jié)律等過程[13，17-18]。本文對新生兒HIBD中miRNA的作用研究進展進行綜述，探討miRNA在新生兒HIBD病理生理過程中的潛在影響，為新生兒HIBD的靶向治療提供新思路。

1 miRNA的概述

miRNA是在植物、動物和一些病毒中發(fā)現(xiàn)的小的內(nèi)源性非編碼RNA分子，由20～22個核苷酸組成，具備RNA沉默和轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)控功能[19- 20]，其主要作用是參與基因表達轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)，在生物體內(nèi)調(diào)節(jié)多種生物過程。miRNA首先被證實為發(fā)育過程中的調(diào)節(jié)因子，消耗早期發(fā)育階段留下的mRNA[21-22]。有研究顯示，已知的miRNA中約有70%在大腦中特異性表達，其在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和神經(jīng)功能中發(fā)揮著極為重要的作用[23]。miRNA與靶基因的3’非翻譯區(qū)(3’UTR)相結(jié)合，通過抑制或增強部分蛋白質(zhì)翻譯影響其作用[21]。miRNA能夠調(diào)控細胞增殖、細胞凋亡、神經(jīng)細胞壽命、神經(jīng)元基因表達、腦細胞形態(tài)、肌肉分化和干細胞分裂等多種生物過程。有研究表明，miRNA與神經(jīng)修復(fù)及再生也密切相關(guān)[24]。另外還有一些體內(nèi)外研究揭示，miRNA在調(diào)節(jié)腫瘤細胞侵襲、轉(zhuǎn)移和遷移中也能發(fā)揮關(guān)鍵作用[25]。不同miRNA之間的相互作用能夠?qū)е禄虮磉_的條件特異性、時間特異性和個體特異性。在HIBD的病理生理過程中miRNA也作為調(diào)節(jié)因子介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄后基因表達[26]，從而參與腦水腫、腦損傷等過程[17]，可為miRNA作為分子標(biāo)志來研究新生兒HIBD發(fā)生的分子機制及治療靶點提供理論基礎(chǔ)及實踐依據(jù)。

2 miRNA與HIBD

HIBD被認為是新生兒急性死亡和慢性神經(jīng)系統(tǒng)損傷的主要原因，也是圍產(chǎn)期足月新生兒腦損傷常見的原因。近年來隨著對miRNA調(diào)節(jié)機制的深入研究，發(fā)現(xiàn)miRNA在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育調(diào)控及重塑中發(fā)揮著重要作用。在新生兒HIBD中miRNA參與細胞凋亡、細胞增殖、神經(jīng)損傷、晝夜節(jié)律等病理生理過程。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)miRNA在大腦中特異性表達，為進一步了解新生兒HIBD患兒的病理生理及新的治療的研究提供理論依據(jù)。

2.1 與神經(jīng)保護相關(guān)的miRNA

新生兒HIBD能夠造成短期以及長期的神經(jīng)系統(tǒng)損傷，通過探索miRNA在新生兒HIBD中的神經(jīng)保護作用，為新生兒HIBD的治療提供新方法。Zhang Z B等[27]的研究通過建立大鼠的HIBD模型證實，在新生兒HIBD中miRNA-7a-2-3p的表達降低，另外發(fā)現(xiàn)miRNA-7a-2-3p過表達可以延長神經(jīng)元存活時間并減少神經(jīng)元凋亡。miRNA-7a-2-3p的過表達也能夠促進氧葡萄糖剝奪(oxygen-glucose deprivation，OGD)損傷后PC12細胞、SH-SY5Y細胞和原代皮層神經(jīng)元的形態(tài)、數(shù)量以及軸突長度變化。在體外缺氧條件下miRNA-21促進大鼠神經(jīng)干/祖細胞(neural stem/progenitor cells, NSPCs)的增殖并增強細胞周期蛋白D1的表達，而在缺氧條件下去除miRNA-21基因能夠抑制細胞周期蛋白D1的表達。PI-3-K是參與細胞增殖的最重要途徑之一。miRNA-21的過表達能夠激活PI-3-K信號傳導(dǎo)途徑而促進NSPCs的增殖，為干細胞治療應(yīng)用于新生兒HIBD提供了新思路[14]。Fang H等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，對HIBD新生大鼠模型注射pre-miRNA-128后，pre-miRNA-128組較正常對照組神經(jīng)細胞凋亡率降低、逃避潛伏期縮短和小鼠游泳時間增加，證實miRNA-128在HIBD新生大鼠的腦損傷中具有保護作用。HIBD新生大鼠模型中miRNA-129-5p的升高能夠降低神經(jīng)細胞凋亡率和減少腦萎縮，并且還能增強HIBD新生大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力[13]。另外有研究顯示，miRNA-129-5p能夠通過Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路靶向COL3A1來改善右美托咪啶在HIBD中的神經(jīng)保護作用[26]。miRNA-592-5p通過抑制HIBD新生大鼠海馬細胞中的PGD2/DP信號傳導(dǎo)通路，從而保護HIBD新生大鼠的海馬細胞[28]。在體外OGD模型中miRNA-132在海馬神經(jīng)元中高表達，miRNA-132通過過表達來調(diào)節(jié)BCL-2、Bax、細胞色素c、半胱天冬酶-9和半胱天冬酶-3以保護海馬神經(jīng)元免受OGD的影響，從而減少OGD誘導(dǎo)的細胞凋亡并增加海馬神經(jīng)元的細胞活力。miRNA-132也能通過抑制FOXO3減少OGD誘導(dǎo)的細胞凋亡。miRNA-132在細胞水平上調(diào)節(jié)神經(jīng)軸突的生長、樹突結(jié)構(gòu)以及突觸結(jié)構(gòu)和功能，在系統(tǒng)水平上調(diào)節(jié)視覺皮層結(jié)構(gòu)和功能的可塑性方面發(fā)揮重要作用[19]。在缺氧條件下miRNA-27a通過調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因caspase-3和FOXO1表達而發(fā)揮神經(jīng)保護作用[29]。目前miRNA在新生兒HIBD的神經(jīng)保護研究還相對較少，亟待進一步深入的研究。

2.2 與神經(jīng)損傷相關(guān)的miRNA

新生兒HIBD的病理生理過程包括各種級聯(lián)反應(yīng)，并且最終能夠?qū)е律窠?jīng)細胞死亡和繼發(fā)性腦損傷[17]。最新研究顯示，miRNA能夠參與新生兒HIBD的神經(jīng)損傷的病理生理過程。圍產(chǎn)期的HIBD大鼠模型中少突神經(jīng)膠質(zhì)細胞中miRNA-138及miRNA-338表達的變化可以導(dǎo)致腦白質(zhì)損傷[21]。在HIBD中miRNA-17-5p水平的下調(diào)能夠促進未成熟腦中硫氧還蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein，TXNIP)的表達，激活NLRP3炎性體加重腦損傷[5,30]。Zhou X M等[13]研究證實，miRNA-21能夠介導(dǎo)缺氧缺血性神經(jīng)元凋亡。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)通過調(diào)節(jié)Trkb/MiR134信號傳導(dǎo)通路參與HIBD發(fā)病過程，而miRNA-134通過負調(diào)節(jié)CREB/BDNF途徑增加缺氧缺血和再灌注損傷引起的海馬神經(jīng)細胞死亡[31]。還有一些研究顯示，miRNA-210增加了新生兒大腦對HIBD的易感性，并且miRNA-210也通過降低連接蛋白occludin和β-連環(huán)蛋白的表達從而負向調(diào)節(jié)新生兒血腦屏障的完整性，導(dǎo)致腦水腫和免疫球蛋白G(IgG)滲漏[32]。在缺氧缺血3 h后新生兒大腦中miRNA-210水平將顯著升高[33]。miRNA-210也能夠在新生兒HIBD中引起腦微血管反應(yīng)造成腦損傷[34- 35]。Ma Q等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在新生大鼠的腦中給予miRNA-210模擬物后會造成血清IgG外滲到腦組織，破壞血腦屏障的完整性引起腦水腫。miRNA在新生兒HIBD的神經(jīng)損傷方面目前國內(nèi)外文獻報道較少，為進一步了解其作用還需繼續(xù)研究證實。

2.3 與晝夜節(jié)律相關(guān)的 miRNA

HIBD的存活者中易出現(xiàn)睡眠晝夜節(jié)律紊亂，在兒童和青少年時形成睡眠晝夜節(jié)律障礙的發(fā)生率高。在人體內(nèi)睡眠晝夜節(jié)律主要受下丘腦、松果體等的調(diào)控。健康足月新生兒會出現(xiàn)睡眠-循環(huán)(sleep-wake cycling, SWC)，是建立晝夜節(jié)律和大腦完整性的關(guān)鍵標(biāo)志。HIBD新生兒經(jīng)常無法建立正常的SWC或SWC的發(fā)作明顯延遲，出現(xiàn)睡眠異?；虿贿B續(xù)的特征[37-38]。Verwey M等[39]通過車輪運行實驗影響新生大鼠的晝夜節(jié)律來制備HIBD的大鼠模型，發(fā)現(xiàn)在HIBD的新生大鼠中運動的晝夜節(jié)律變得相對失常。Yang Y等[18]的研究顯示，在HIBD后miRNA-325-3p表達升高，miRNA-325-3p通過靶向芳烷基胺N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(Aanat)mRNA的3’-UTR負調(diào)節(jié)其蛋白質(zhì)表達，使松果體中合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子Aanat和褪黑素的表達嚴重減少，影響新生大鼠運動的晝夜節(jié)律。Yan P等[40]研究進一步證實，在HIBD中miRNA-325-3p能阻斷去甲腎上腺激素誘導(dǎo)的Aanat的轉(zhuǎn)錄，從而損害松果體細胞中的褪黑素合成。Cui H等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在HIBD后大腦皮質(zhì)中miRNA-182表達顯著下降。Ding X等[41]研究通過在新生大鼠HIBD后在松果體中進行了全基因組miRNA篩查發(fā)現(xiàn)，miRNA-182在松果體中高度富集，并進一步證實了miRNA-182表達在HIBD后顯著降低，miRNA-182靶向Clock基因的3’-UTR來調(diào)節(jié)其基因的表達。在體外OGD培養(yǎng)的松果體細胞中兩個鐘基因表達的CLOCK和BMAL1蛋白質(zhì)水平顯著升高，并證實miRNA-182能夠選擇性調(diào)節(jié)CLOCK蛋白表達，導(dǎo)致新生兒HIBD后的晝夜節(jié)律紊亂。另外還有一些miRNA能夠調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律，但是目前在HIBD中缺乏相關(guān)研究。miRNA-132能夠調(diào)節(jié)在視交叉上核中一個關(guān)鍵的晝夜調(diào)節(jié)基因Per2的mRNA穩(wěn)定性[42]。miRNA-152和miRNA-494通過有節(jié)律地波動共同調(diào)節(jié)鐘基因Bmal1來控制外周晝夜節(jié)律[43]。有研究顯示miRNA-483和miRNA-183在松果體中靶向Aanat mRNA的3’-UTR來控制外周晝夜節(jié)律[44-45]。miRNA在新生兒HIBD中晝夜節(jié)律方面的具體作用及其機制還有待進一步研究。

3 展望

新生兒HIBD是造成新生兒死亡的重要原因之一，可以遺留智力低下、癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[46-47]。早發(fā)現(xiàn)、早診斷、精準(zhǔn)治療，減少神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥的發(fā)生是HIBD的主要管理目標(biāo)。miRNA作為近年來研究的熱點在新生兒HIBD中的作用越來越被人們所重視。但是截止目前，國內(nèi)外對于miRNA在新生兒HIBD中的作用涉及文獻報道仍相對較少，且仍存在很多問題亟待解決。首先，一種miRNA可以同時參與多種基因的調(diào)控，多種miRNA能夠協(xié)同調(diào)控同種基因表達，例如miRNA-325-3p、miRNA-483和miRNA-183都靶向Aanat mRNA調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律[39,44-45]。其次，在新生兒HIBD中部分miRNA有神經(jīng)保護及神經(jīng)損傷的雙向作用，能夠?qū)⑵淇紤]作為新生兒HIBD靶向治療的新方法、新技術(shù)，但是目前此方面的研究還停留在動物實驗和體外氧糖剝奪(OGD)模型階段，將miRNA應(yīng)用新生兒HIBD的治療可能還需很漫長的時間。新生兒HIBD中miRNA對于其臨床診斷及預(yù)防作用還不明確。相信隨著miRNA研究的不斷深入，將更加明確miRNA在HIBD中體內(nèi)外作用的分子機制，為新生兒HIBD的早期診斷、精準(zhǔn)靶向治療，減少后遺癥提供理論支持，呵護兒童健康。