微RNA在血管性認(rèn)知障礙發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

吳天嬌，常 璐，李梓浩，徐 丹，尹昌浩，趙維納

(1. 牡丹江醫(yī)學(xué)院 研究生院，黑龍江 牡丹江 157011；2.牡丹江醫(yī)學(xué)院附屬紅旗醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，黑龍江 牡丹江 157011)

血管性癡呆(vascular dementia，VaD)在老年人群中高發(fā)，患病率僅次于阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)，占癡呆癥病因的第二位。有研究者提出了血管性認(rèn)知障礙(vascular cognitive impairment，VCI)這一概念，涵蓋了各種從輕度認(rèn)知障礙到完全癡呆的血管性腦損傷相關(guān)的認(rèn)知障礙[1]。發(fā)生VCI時尋求針對血管的治療方法十分必要[2]。因此，了解VCI的發(fā)病機(jī)制具有重要的臨床意義。微RNA(microRNA，miRNA)參與了包括血管疾病在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。miRNA是內(nèi)源性小分子RNA，成熟的miRNA沒有開放閱讀框，通過翻譯或轉(zhuǎn)錄發(fā)揮其修飾活性，從而抑制蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，在各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起重要作用[3-4]。有研究表明，miRNA是診斷VCI的生物標(biāo)志物[5]。此外，越來越多的證據(jù)還揭示了，在動物模型中，miRNA在VCI的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為VCI的治療提供了新的方向[6-9]。既往關(guān)于VCI的研究大多是針對影像學(xué)、危險因素等，本文將主要從血腦屏障(blood-brain barrier，BBB) 、突觸可塑性、炎癥和神經(jīng)元自噬等方面對miRNA在VCI發(fā)病機(jī)制中的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在對VCI的早期治療提供理論依據(jù)[10]。

1 miRNA與BBB

BBB是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)間的屏障，對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和正常神經(jīng)元功能至關(guān)重要[11]。BBB具有屏障特性，位于血液與腦、脊髓的神經(jīng)細(xì)胞間，主要由內(nèi)皮細(xì)胞及其緊密連接(tight junctions，TJs)組成，能維持離子平衡，參與營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，阻止有害物質(zhì)進(jìn)入神經(jīng)組織[12-13]。BBB通透性增加時有害物質(zhì)進(jìn)入神經(jīng)組織可能導(dǎo)致VCI的發(fā)生。所以，BBB在VCI的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。其中腦血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的TJs對維持BBB功能起重要作用，構(gòu)成TJs的主要蛋白包括：緊密連接蛋白-5、緊密連接蛋白-1、閉鎖小帶蛋白-1(zonule atresia protein-1，ZO-1)、連接蛋白等。下面將從這四種蛋白入手，介紹miRNA在VCI發(fā)病機(jī)制中的作用。

1.1緊密連接蛋白-5 緊密連接蛋白-5是構(gòu)成TJs的主要蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-150通過抑制緊密連接蛋白-5的表達(dá)，降低內(nèi)皮細(xì)胞的存活率，從而增加BBB的通透性并導(dǎo)致神經(jīng)功能缺損[14]。在小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中，miRNA-15a/16-1 簇直接與緊密連接蛋白-5的3'非翻譯區(qū)結(jié)合，并且病毒介導(dǎo)的miRNA-15a/16-1減少氧-葡萄糖剝奪誘導(dǎo)的緊密連接蛋白-5的mRNA和蛋白質(zhì)下調(diào)，從而導(dǎo)致BBB功能障礙[15]。miRNA-15a/16-1介導(dǎo)BBB功能障礙的分子機(jī)制可能有助于發(fā)現(xiàn)缺血性卒中的新療法。

1.2緊密連接蛋白-1 有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-212和miRNA-132在缺氧、創(chuàng)傷后小鼠和人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，人腦組織及血清外泌體中的表達(dá)增加[16]。緊密連接蛋白-1是潛在的miRNA-212和miRNA-132靶標(biāo)。在受損的腦組織中，由于miRNA-212和miRNA-132表達(dá)增加，緊密連接蛋白-1水平下降，影響B(tài)BB的完整性，從而影響患者的神經(jīng)功能和認(rèn)知水平。

1.3ZO-1 有研究顯示，miRNA-501-3p可通過改變ZO-1的表達(dá)，破壞TJs，影響B(tài)BB的通透性，從而導(dǎo)致腦低灌注而誘發(fā)腦白質(zhì)病[6]。因而，抑制miRNA-501-3p的表達(dá)可能是治療慢性腦灌注不足(chronic cerebral hypoperfusion，CCH)引起認(rèn)知障礙的潛在新療法，有望減緩VCI的進(jìn)展。對多發(fā)性硬化癥患者的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-125a可能是ZO-1的調(diào)節(jié)劑，ZO-1表達(dá)下降影響B(tài)BB的功能，從而影響認(rèn)知功能[17]。

1.4連接蛋白 miRNA-210是唯一證實的可直接調(diào)節(jié)BBB連接蛋白的miRNA，通過抑制連接蛋白的表達(dá)來影響B(tài)BB的完整性[18]。有研究表明，在大腦損傷4小時后，互補(bǔ)鎖核酸(locked nucleic acid，LNA)對miRNA-210的抑制作用可增加大腦中連接蛋白的含量，并增加BBB的完整性和減輕腦水腫，miRNA-210通過抑制連接蛋白的表達(dá)來影響B(tài)BB的完整性，從而導(dǎo)致BBB對腦缺血缺氧損傷的敏感性增加[15]。如果通過單獨(dú)或聯(lián)合檢測血液外泌體的miRNA含量從而針對性地進(jìn)行干預(yù)可能成為治療VCI的新策略，并且還可用于與BBB相關(guān)的其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病[19]。

2 miRNA與突觸可塑性

突觸可塑性指的是神經(jīng)元在生理或病理狀況中進(jìn)行適應(yīng)性和功能變化的能力，是學(xué)習(xí)和記憶的生物學(xué)基礎(chǔ)。突觸結(jié)構(gòu)的喪失，如樹突分支和樹突棘，及無效的突觸傳遞都是導(dǎo)致突觸可塑性降低的主要原因[10]。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA可通過調(diào)節(jié)突觸可塑性影響認(rèn)知功能[20-22]。研究發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)頸總動脈閉塞致VaD的大鼠的海馬中miRNA-210-5p明顯升高，表明miRNA-210-5p通過調(diào)控突觸相關(guān)蛋白在海馬CA1區(qū)的表達(dá)，減少突觸數(shù)量，促進(jìn)CCH，導(dǎo)致認(rèn)知障礙[23]。miRNA-12和miRNA-124不僅與突觸可塑性和長期記憶有關(guān)，并且為短暫記憶的早期階段所必需，注射miRNA-12抑制劑可影響早期記憶功能[20]。而miRNA-124作為海馬中表達(dá)最高的miRNA之一，在神經(jīng)元中具有突出的活性[21]。miRNA-124在缺血缺氧時表達(dá)減少，尤其是急性腦梗死后，腦梗死程度越嚴(yán)重、梗死面積越大、miRNA-124水平越低。miRNA-132是與突觸可塑性相關(guān)的研究最廣泛的miRNA之一，在整個海馬的興奮性細(xì)胞層中表達(dá)，可以防止CCH引起的認(rèn)知障礙[22]。特別是miRNA-132在海馬CA1區(qū)中的表達(dá)下降可通過靶向電壓門控鈉通道α亞基1和2(Nav1.1和Nav1.2)加重CCH后的認(rèn)知障礙。有趣的是，甲基胞苷-磷酸-鳥苷結(jié)合蛋白2(methyl-CpG binding protein 2, MeCP2)的增加可減輕miRNA-132下調(diào)導(dǎo)致的認(rèn)知障礙，MeCP2已被證明可改善大鼠CCH后的認(rèn)知功能和神經(jīng)突觸可塑性[24]。

3 miRNA與炎癥

組織損傷后，炎癥反應(yīng)具有雙重作用。某些炎癥因子具有治療潛力，可以通過抑制神經(jīng)組織的炎癥反應(yīng)來抵抗缺血性損傷，對神經(jīng)起到保護(hù)作用。然而，腦血管疾病可能誘發(fā)過度的炎癥反應(yīng)，包括氧化應(yīng)激、炎癥細(xì)胞浸潤和毒性炎癥介質(zhì)的釋放[25]。越來越多的證據(jù)支持miRNA參與調(diào)節(jié)炎癥，進(jìn)而調(diào)控認(rèn)知障礙相關(guān)疾病[26]。

VCI中的血管病變會導(dǎo)致腦組織缺血缺氧，是急性的炎癥過程，會誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，與VCI密切相關(guān)[7]。多項研究表明，miRNA可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，是治療VCI的潛在靶標(biāo)[3，8-9，27-32]。在VCI動物模型中，miRNA-26b的表達(dá)減少了激活的小膠質(zhì)細(xì)胞和靶向白細(xì)胞介素6(IL-6)的數(shù)量，從而控制炎癥、降低神經(jīng)毒性、減少VCI發(fā)生，并改善學(xué)習(xí)和記憶能力[3]。另一研究指出，缺血再灌注大鼠模型組生長阻滯特異性轉(zhuǎn)錄因子5(growth arrest specific transcript 5，GAS5)、白細(xì)胞介素1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的水平上調(diào)，導(dǎo)致miRNA-26b-5p水平下降，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，從而影響神經(jīng)功能[8]。在術(shù)后認(rèn)知功能障礙(postoperative cognitive dysfunction，POCD)模型小鼠中，miRNA-146a表達(dá)增加可抑制海馬小膠質(zhì)細(xì)胞活化，減輕學(xué)習(xí)記憶障礙，表明miRNA-146a在手術(shù)誘導(dǎo)的海馬炎癥和認(rèn)知障礙的調(diào)控中發(fā)揮重要作用，不僅改善認(rèn)知功能，還可以減輕小鼠海馬tau蛋白過度磷酸化、減少β-淀粉樣蛋白(amyloidβ，Aβ)積累、減輕神經(jīng)炎癥[9]。而在一項關(guān)于AD和VaD的研究中發(fā)現(xiàn)，miRNA-146a在VaD中表達(dá)增加，在AD中表達(dá)下降[27]。此外，miRNA-146a水平的升高還與載脂蛋白E ε4 (apolipoprotein E ε4，ApoE ε4) 等位基因有關(guān)。而消除小鼠內(nèi)皮細(xì)胞miRNA-126也可表現(xiàn)出認(rèn)知障礙，并且激活小膠質(zhì)細(xì)胞，這表明抑制內(nèi)皮細(xì)胞miRNA-126可促進(jìn)炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致腦血管疾病誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙[28]。在腦小血管疾病中，隨著認(rèn)知功能的下降，miRNA-126水平也將減低[29]。研究表明，孤兒核受體NR4A2參與學(xué)習(xí)和記憶，而miRNA-145-5p抑制NR4A2的功能，通過產(chǎn)生TNF-α導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡，并最終減輕缺血再灌注引起的炎癥，抗miRNA-145-5p抑制劑的使用改善了大鼠的行為障礙[30]。在AD中，觀察到ApoE ε4等位基因數(shù)量與miRNA-107水平呈負(fù)相關(guān)，在嚴(yán)重的癡呆癥中觀察到miRNA-107的中位水平下降幅度最大[31]。而miRNA-107通過抑制角蛋白1(keratin 1，KRT1)激活Notch信號通路，從而抑制了冠狀動脈粥樣硬化的炎癥反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[32]。那么，當(dāng)miRNA-107表達(dá)下降時，則會激活炎癥反應(yīng)。

有研究報道，在POCD的小鼠中，miRNA-181b-5p模擬物可以抑制促炎性介質(zhì)的mRNA和蛋白表達(dá)，抑制劑誘導(dǎo)上述促炎因子的上調(diào)及小膠質(zhì)細(xì)胞的升高[33]。相反的是，有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-223-3p通過促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致的炎性反應(yīng)，加重腦缺血再灌注損傷，導(dǎo)致神經(jīng)功能缺損，影響學(xué)習(xí)和記憶能力[34]。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)發(fā)生前1周，通過向側(cè)腦室注射miRNA-21-5p，可以抑制炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α的升高，并顯著恢復(fù)出血性卒中引起的病理改變，如認(rèn)知障礙[35]。以上研究表明，上述幾種miRNA被抑制或表達(dá)減少可加重炎癥反應(yīng)從而導(dǎo)致VCI是明確的，但能否成為治療VCI的靶點需要進(jìn)一步研究。

4 miRNA與神經(jīng)元自噬

自噬是細(xì)胞器和胞質(zhì)蛋白被溶酶體降解的過程，是一種不可逆且進(jìn)展迅速的過程[36]。而神經(jīng)元細(xì)胞的死亡會導(dǎo)致運(yùn)動和認(rèn)知能力下降[37]。下文將列舉與VCI神經(jīng)元死亡相關(guān)的miRNA。腦缺血后，腦室內(nèi)給予miRNA-29c抑制劑預(yù)處理可顯著減少神經(jīng)元死亡，并可在5天后修復(fù)腦損傷所致的認(rèn)知障礙[38]。而另一研究表明miRNA-96在CCH大鼠體內(nèi)的表達(dá)升高，抑制miRNA-96后可改善認(rèn)知能力，并減少自噬，這表明預(yù)防自噬反應(yīng)是減輕認(rèn)知障礙的新機(jī)制，miRNA-96可能是VaD或AD的內(nèi)源性靶點[39]。此外，溶酶體相關(guān)膜蛋白2(lysosome-associated membrane protein type-2, LAMP-2)是miRNA-27a的直接靶標(biāo)，是自噬體與溶酶體融合的關(guān)鍵決定因素之一，LAMP-2表達(dá)下降，miRNA-27a就會降低溶酶體清除率，從而增加自噬[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者的腦脊液中觀察到低水平的miRNA-299-5p，并且在AD小鼠腦中miRNA-299-5p表達(dá)很低，腦內(nèi)注射miRNA-299-5p可以抑制細(xì)胞自噬，還可以改善小鼠的認(rèn)知能力[41]。此外，miRNA-132和miRNA-26b的過度表達(dá)對神經(jīng)元死亡和CCH誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙具有保護(hù)作用[3，42]。miRNA-132是正常細(xì)胞信號傳導(dǎo)途徑的一部分，它將學(xué)習(xí)與記憶形成聯(lián)系，若其表達(dá)受損會影響腦血管，增加腦組織損傷，最終導(dǎo)致認(rèn)知受損[43]。在缺血時，海馬CA1區(qū)的神經(jīng)元凋亡逐漸增加，神經(jīng)元數(shù)量逐漸減少。此外，在局部缺血的早期，脂褐素和溶酶體的量增加，神經(jīng)元凋亡也明顯增加，提示神經(jīng)元損傷逐漸加重，而海馬CA1區(qū)miRNA-26b表達(dá)可能會降低[3]。

神經(jīng)元自噬與認(rèn)知障礙密切相關(guān)，而不同的miRNA在其中起到的作用不同，抑制miRNA-29c、miRNA-96以及miRNA-27a可改善認(rèn)知能力，miRNA-299-5p、miRNA-132和miRNA-26b的過度表達(dá)會起到神經(jīng)保護(hù)作用。不同的miRNA可以為不同時期的VCI治療提供靶點，可改善神經(jīng)元死亡所致的認(rèn)知障礙[44]。

5 小 結(jié)

綜上，每個miRNA可通過一種或多種機(jī)制影響認(rèn)知功能，在VCI的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。但是，miRNA在VCI發(fā)病機(jī)制中的具體作用仍需進(jìn)一步研究，并且進(jìn)步空間較大。新候選miRNA的發(fā)現(xiàn)及疾病預(yù)后的后續(xù)觀察是未來的重要研究方向，可為臨床VCI的診治提供依據(jù)及幫助。