微RNA在血管性認(rèn)知障礙中的作用研究進展

張雪兒，鄭 娜，梁紫君，安紅偉

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，廣西 南寧 530200；2.柳州市中醫(yī)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣西 柳州 545001)

血管性認(rèn)知障礙(vascular cognitive impairment，VCI)臨床表現(xiàn)為認(rèn)知功能進行性障礙，一般有腦血管疾病病史或腦血管疾病的神經(jīng)影像學(xué)證據(jù)，可合并有神經(jīng)缺損癥狀。VCI包括非癡呆型血管認(rèn)知障礙(non-dementia vascular cognitive impairment，VCIND)、血管性癡呆(vascular dementia，VaD)和混合性癡呆[1]。近年來腦血管疾病和血管性危險因素引發(fā)的認(rèn)知損傷發(fā)病率逐年升高，已成為當(dāng)今社會一大嚴(yán)重問題。微RNA(microRNA,miRNA)可作為基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，在mRNA的降解或翻譯抑制中發(fā)揮作用，與多種疾病的發(fā)生和進展密切相關(guān)，包括血管性疾病[2]。有研究表明，miRNA在VCI的血腦屏障破壞和疾病進展中有潛在作用[3]。本文就miRNA在VCI中的作用研究進展進行綜述，分析miRNA成為VCI早期診斷與治療的新靶點的可能性。

1 miRNA的結(jié)構(gòu)及功能

miRNA是一類長度約20～24個核苷酸的內(nèi)源性非編碼小分子RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控功能[4]。miRNA首先被轉(zhuǎn)錄為初級miRNA，經(jīng)RNA內(nèi)切酶Ⅲ剪切生成前體miRNA，最后在Dicer酶的作用下，被加工成為成熟miRNA[5]。miRNA作為核糖體核蛋白復(fù)合物的一部分發(fā)揮作用，其作為不完善的序列引導(dǎo)將核糖核蛋白(ribonucleoprotein，RNP)復(fù)合物招募到互補RNA中。miRNA還可通過與mRNA堿基配對結(jié)合，導(dǎo)致mRNA被切割和降解，從而發(fā)揮調(diào)控基因的作用[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，如miRNA與血管內(nèi)皮損傷有關(guān)，可作為防治血栓形成的新靶點[8]；此外，有文獻報道，miRNA通過影響乳腺癌細(xì)胞生物學(xué)特性及相關(guān)基因的表達(dá)或信號通路的活化等影響腫瘤細(xì)胞的耐藥性，通過調(diào)控乳腺癌細(xì)胞中miRNA的表達(dá)水平來降低或逆轉(zhuǎn)乳腺癌細(xì)胞的耐藥性可成為腫瘤治療的新方向[9]。

2 miRNA與認(rèn)知功能

miRNA通過調(diào)控突觸可塑性在認(rèn)知功能包括空間記憶、學(xué)習(xí)記憶的形成中起關(guān)鍵作用，miRNA的表達(dá)異常會使認(rèn)知功能下降。SUTTON等[10]研究證實，長時記憶(long-term memory，LTM)的形成依賴于海馬神經(jīng)元樹突的局部翻譯。研究表明，與miRNA合成密切相關(guān)的蛋白如Disher、Argonaute和脆性X智力低下蛋白(fragile X mental retardation protein，F(xiàn)MRP)均可表達(dá)于神經(jīng)元樹突棘突和突觸后致密物(postsynaptic density，PSD)中[11]。有研究發(fā)現(xiàn)，果蠅嗅覺神經(jīng)元突觸中的RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA induces silencing complex，RISC)復(fù)合蛋白Armitage可負(fù)性調(diào)控LTM。Armitage降解可使鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)表達(dá)增加；CaMKⅡ作為絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶中的一種，可發(fā)揮多種生物學(xué)功能，其可表達(dá)于突觸后致密物中，也可在神經(jīng)元突觸局部翻譯合成；剔除Armitage基因可誘導(dǎo)CaMKⅡ局部表達(dá)增加，加強LTM功能；CaMKⅡ抑制劑可降低谷氨酸誘導(dǎo)的樹突棘增大效應(yīng)[12-14]；上述研究證實，CaMKⅡ在神經(jīng)元樹突棘的生長中起至關(guān)重要的作用，而miRNA可通過抑制CaMKⅡ等突觸蛋白合成及其mRNA的運輸來調(diào)節(jié)突觸的可塑性，進而影響學(xué)習(xí)記憶功能。此外，RISC復(fù)合物的另外2個成分eiF2c和Disher也存在于神經(jīng)元樹突棘和突觸后致密物中。研究顯示，當(dāng)小鼠海馬組織切片置于含50 μmol·L-1天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid，NMDA)溶液中10～30 min或在含Ca2+的腦脊液中孵育1 h，突觸后致密物可釋放出Disher和eiF2c[15]。研究表明，LTM的增強機制與環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-response element binding protein，CREB)的表達(dá)有一定關(guān)系[14]，神經(jīng)元中cAMP水平增加會激活cAMP依賴的蛋白激酶A，增強突觸傳遞；另一方面，蛋白激酶A可在細(xì)胞核內(nèi)激活CREB-1，從而激活新突觸的連接生長，而miRNA可通過調(diào)控CREB mRNA參與TLM調(diào)控。MAGILL等[16]構(gòu)建了miR-132/miR-212條件性基因敲除小鼠，該研究發(fā)現(xiàn)，miR-132/miR-212基因同時缺少會導(dǎo)致神經(jīng)元樹狀分支末梢、樹突長度和棘突密度急劇下降，因此，miR-132被認(rèn)為與新生海馬神經(jīng)元正常的樹突成熟有關(guān)；該研究還發(fā)現(xiàn)，miR-132通過CREB介導(dǎo)的信號通路調(diào)節(jié)樹突成熟。另有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA可通過外泌體的運輸從腦神經(jīng)元釋放到血漿或腦脊液等細(xì)胞外環(huán)境中，其中血漿中的miR-151a-3p、miR-18a-5p、miR-134-5P和miR-320a的高表達(dá)可能與年齡相關(guān)認(rèn)知能力下降有關(guān)[17]。WANG等[18]在阿爾茨海默癥患者血液中發(fā)現(xiàn)miRNA表達(dá)異常，推測miRNA可能參與了阿爾茨海默癥等認(rèn)知功能障礙疾病發(fā)病過程。特定的miRNA對認(rèn)知功能發(fā)揮一定作用，READHEAD等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在敲除了miR-155基因的8月齡APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠中，β-淀粉樣蛋白沉積增加，提示miR-155參與認(rèn)知損害過程。NAVAS-CARRILLO等[20]對45例輕度認(rèn)知障礙患者進行圍期2 a的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輕度認(rèn)知障礙患者進展為阿爾茨海默癥后，其血清miR-146a和miR-181a水平顯著上調(diào)。在一項對有記憶損害的輕度認(rèn)知障礙患者的研究中發(fā)現(xiàn)，血清miR-146a和miR-181a增加與認(rèn)知功能下降密切相關(guān)[21]。CAPITANO等[22]研究發(fā)現(xiàn)，miR-335-5p的過度表達(dá)損害了長期空間記憶，提示miR-335-5p下調(diào)可能是穩(wěn)定突觸可塑性和記憶的機制。

3 miRNA在VCI發(fā)生、發(fā)展中的作用

miRNA異常表達(dá)可出現(xiàn)于出血性或缺血性腦梗死、癡呆及其他腦血管疾病中，miRNA轉(zhuǎn)錄后在基因水平的表達(dá)可能對腦血管疾病的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后轉(zhuǎn)歸有顯著影響。盡管有研究揭示了miRNA在阿爾茨海默癥發(fā)生、發(fā)展中的作用[18，23]，但目前關(guān)于miRNA在VCI中的作用及相關(guān)機制的研究較少。研究表明，miRNA可能通過促進緊密連接的中斷導(dǎo)致血腦屏障破壞，從而在腦灌注不足時引起工作記憶缺陷[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA可通過調(diào)控炎癥因子表達(dá)來調(diào)控神經(jīng)炎性損傷，從而改善VCI的認(rèn)知功能[25]。另有研究發(fā)現(xiàn)，甲基CpG結(jié)合蛋白2(methyl CpG binding protein 2，MeCP2)過表達(dá)可改善慢性腦低灌注大鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙和神經(jīng)可塑性，而miRNA可通過調(diào)控MeCP2 mRNA使MeCP2表達(dá)下調(diào)[26]。研究表明，miRNA-9-5p低表達(dá)可通過減輕突觸損傷、減少神經(jīng)元丟失和降低氧化應(yīng)激水平來減輕慢性腦低灌注誘導(dǎo)的學(xué)習(xí)記憶損傷[27]。這些研究說明，miRNA在VCI的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮了一定作用。

3.1 miR-26b與VCI目前關(guān)于miR-26b在腫瘤中的作用的相關(guān)研究較多，認(rèn)為miR-26b可抑制腫瘤細(xì)胞增殖，如有研究表明，miR-26b可抑制喉表皮樣癌細(xì)胞的增殖[28]。但miR-26b在VCI中的作用研究較少。KANG等[25]研究發(fā)現(xiàn)，VCI模型大鼠體內(nèi)miR-26b表達(dá)明顯降低，且大鼠海馬CA1區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞的激活降低，炎癥因子白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的釋放減少；在VCI大鼠海馬區(qū)注射miR-26b慢病毒后，大鼠海馬CA1區(qū)miR-26b表達(dá)增加，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量減少，表明miR-26b表達(dá)的降低與小膠質(zhì)細(xì)胞活化、IL-6的產(chǎn)生及小膠質(zhì)細(xì)胞的神經(jīng)毒性作用有關(guān)，推測miR-26b可通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞活化和IL-6的產(chǎn)生，減少神經(jīng)元凋亡，從而減輕認(rèn)知功能障礙。此外，有研究表明，出現(xiàn)認(rèn)知損害的小鼠體內(nèi)毒性炎癥因子，如腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-6、IL-1β的水平顯著升高[29]。以上研究證實，miR-26b可通過抑制炎癥因子IL-6的釋放達(dá)到減輕VCI的作用。

3.2 miR-501-3p與VCITOYAMA等[24]通過制備雙側(cè)頸總動脈狹窄(bilateral common carotid artery stenosis，BCAS)導(dǎo)致的慢性腦低灌注小鼠模型，驗證了破壞血腦屏障可導(dǎo)致腦白質(zhì)損傷和認(rèn)知損害的發(fā)生；miR-501-3p在體外可被TNF-α上調(diào)，在慢性腦低灌注模型小鼠白質(zhì)中表達(dá)明顯上調(diào)，當(dāng)使用miR-501-3p抑制劑時，可顯著提高小鼠腦白質(zhì)緊密連接蛋白1(tight junction protein 1，ZO-1)的表達(dá)，改善血腦屏障的破壞，減輕了工作記憶障礙，該研究還發(fā)現(xiàn)，miR-501-3p 還可與ZO-1的3′-非翻譯區(qū)結(jié)合，下調(diào)跨內(nèi)皮電阻，增加血腦屏障破壞。該研究結(jié)果表明，TNF-α、miR-501-3p 和ZO-1可形成一個軸，此軸在腦低灌注所致工作記憶障礙和腦白質(zhì)損傷的發(fā)病機制中起重要作用，提示miR-501-3p可作為治療VCI新的靶點。此外，還有研究表明，靶向miR-501-3p可能會抵消其抑制ZO-1表達(dá)的作用，從而減輕血腦屏障功能障礙，改善認(rèn)知異常[30]；通過應(yīng)用miR-501-3p的拮抗體阻斷miR-501-3p的上調(diào)可以減輕認(rèn)知障礙[31]。綜上所述，miR-501-3p主要通過抑制腦ZO-1的表達(dá)使血腦屏障破壞進而發(fā)生認(rèn)知損害。

3.3 miR-126與VCImiR-126是一種調(diào)節(jié)血管功能的miRNA。miR-126可調(diào)節(jié)血管生成和腦白質(zhì)重塑[32]。YU等[33]研究發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠比較，多發(fā)性微梗死(multiple microinfarct，MMI)小鼠胼胝體大腦白質(zhì)束和紋狀體大腦白質(zhì)束中軸突和髓鞘的密度顯著降低，紋狀體中少突膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)前體細(xì)胞數(shù)量顯著減少，腦血流量以及miR-126表達(dá)水平顯著降低；miR-126缺失的小鼠可表現(xiàn)出明顯的認(rèn)知障礙，小鼠白質(zhì)內(nèi)髓鞘密度和軸突密度降低更顯著，炎癥增加。該研究結(jié)果說明，miR-126表達(dá)減少可能參與了MMI誘導(dǎo)的認(rèn)知損害，MMI可誘導(dǎo)大腦白質(zhì)損傷，觸發(fā)神經(jīng)炎性反應(yīng)，損害淋巴功能，導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。此外，有研究表明，miR-126可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)的表達(dá)，減輕血腦屏障破壞；miRNA-126降低則會使大腦炎癥反應(yīng)加劇，神經(jīng)元軸突密度降低，且增加MMP-9表達(dá)，誘導(dǎo)梗死造成的認(rèn)知損害[34]。

3.4 miR-132與VCI有研究發(fā)現(xiàn)，在輕度認(rèn)知損害患者腦富集的miRNAs中,miR-132和miRNA-134具有非常高的特異性[35]。有研究報道，miR-132水平的降低增加了Tau蛋白在磷酸化干擾素調(diào)節(jié)因子3誘導(dǎo)下的磷酸化，尼莫地平可通過激活miR-132/糖原合酶激酶3β(glycogen synthase kinas 3β，GSK3β)通路緩解細(xì)胞凋亡并降低Tau蛋白的過度磷酸化，改善腦損傷[36]。XU等[37]采用雙側(cè)頸總動脈結(jié)扎法制備慢性腦低灌注大鼠模型，并選擇部分慢性腦低灌注大鼠行腦內(nèi)注射miR-132過表達(dá)慢病毒載體制備miR-132過表達(dá)慢性腦低灌注模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在慢性腦低灌注大鼠的海馬和皮層中miR-132 表達(dá)降低，miR-132過表達(dá)慢性腦低灌注大鼠認(rèn)知損傷顯著改善，miR-132可預(yù)防慢性腦低灌注不足誘發(fā)的學(xué)習(xí)和記憶障礙；同時該研究還發(fā)現(xiàn)，在原代培養(yǎng)的大鼠神經(jīng)元中加入miR-132可使電壓依賴性鈉通道α亞單位1和2表達(dá)降低，加入抗miR-132反義寡脫氧核糖核苷酸可使電壓依賴性鈉通道α亞單位1和2表達(dá)顯著增加，說明miR-132可通過下調(diào)電壓依賴性鈉通道α亞單位1和2的表達(dá)來減輕慢性腦低灌注不足誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙。此外，有研究表明，慢性腦低灌注不足模型小鼠腦組織中MeCP2表達(dá)下調(diào)，其下調(diào)后可能通過抑制腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)及其下游通路原肌球蛋白受體激酶B(tropomyosin receptor kinase B，TrkB)和CREB造成認(rèn)知損傷；而miR-132可能參與了慢性腦低灌注不足后MeCP2的下調(diào)進而參與認(rèn)知損傷過程[26]。綜上所述，miR-132對VCI可呈雙向作用，正向可通過下調(diào)Nav1.1和Nav1.2的表達(dá)來降低慢性腦低灌注不足誘發(fā)的認(rèn)知損害，逆向可通過調(diào)控MeCP2 mRNA使MeCP2下調(diào)進而加重慢性腦低灌注不足誘發(fā)的認(rèn)知損害。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，miRNA在VCI的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，miRNA可作為VCI診斷的生物標(biāo)志物；通過靶向miRNA改變內(nèi)皮細(xì)胞功能使血管腔維持完整，還可通過靶向miRNA調(diào)節(jié)血腦屏障的緊密連接來改變腦血管損傷的通透性，增加藥物輸送，增強VCI相關(guān)途徑的治療效果。因此，推測miRNA可成為監(jiān)測VCI的生物標(biāo)志物，且基于miRNA的靶向治療將來可用于VCI的治療中，但這一推測還需要大量的研究來證明其可行性。