MicroRNA介導腦缺血/再灌注損傷中神經(jīng)保護信號通路的研究進展

伍姜霓綜述 余昌胤審校

1.遵義醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院，貴州 遵義 563000；

2.遵義醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，貴州 遵義 563000

全球每年有數(shù)百萬人受到中風的影響[1]，其中80%的中風是缺血性腦卒中(ischemic stroke，IS)。IS是由短暫或永久性的局部腦血流減少引起的，以原發(fā)性缺氧損傷和繼發(fā)性損害為特征，主要致病機制包括氧化應激[2]、興奮性毒性[3]和炎癥[4]。IS可導致神經(jīng)缺陷和腦死亡，進而導致永久性的功能喪失。目前重建或加強缺血區(qū)的血流供應是目前治療IS的關鍵策略，相矛盾的是在恢復血流灌注后，其器官功能和組織的功能不但沒恢復，反而引起更加嚴重的損傷[5]，如溶栓治療，會增加活性氧(reactiveoxygen species，ROS)的產(chǎn)生，從而對腦組織的自我調節(jié)機制造成損害[6]。另外過度灌注也可能影響腦組織的自我調節(jié)，導致自我調節(jié)機制失衡，從而增加腦水腫面積，加重腦缺血[7]。目前，腦缺血/再灌注(ischemia-reperfusion，I/R)損傷正受到越來越多的關注，用于治療腦I/R所致神經(jīng)元損傷的神經(jīng)保護藥物對再灌注受損的神經(jīng)元治療作用有限[8-9]，開發(fā)更有效的治療腦I/R損傷的新途徑具有重要意義[10]。

1 miRNA與I/R損傷中的神經(jīng)保護

miRNA是一類長度約為18到25個核苷酸的非編碼RNA分子，通過與互補靶mRNA結合，導致mRNA翻譯抑制或降解，或通過在轉錄后水平誘導基因沉默來調節(jié)基因表達，在細胞分化、增殖和存活過程中發(fā)揮核心作用[11-12]。以上多種方式的調控作用構成了復雜的調控網(wǎng)絡。近年來，越來越多的研究證明miRNA在細胞模型和動物模型中可以通過不同信號通路在I/R引起的損傷中具有神經(jīng)保護的作用。

1.1 PTEN/PI3K/Akt信號通路 氧化應激是I/R損傷主要致病機制之一，先前研究已明確腫瘤抑制分子具有抗氧化功能，可以激活某些抗氧化基因的表達，從而增加超氧化物歧化酶的表達，從而對抗氧化應激[13-14]，起到保護細胞的作用。PTEN已被發(fā)現(xiàn)是一種腫瘤抑制因子[15]，PTEN通過將PIP3轉換為PIP2，負向調控PI3K/Akt的活性[16]。質膜上高水平的PIP3刺激Akt，導致其磷酸化和激活，然后參與細胞生存和細胞內目標蛋白的代謝，以保護細胞[17]。ZHONG等[18]對健康成年小鼠大腦中動脈閉塞(middle cerebral artery occlusion，MCAO)模型進行遠期缺血后適應(remote ischaemic preconditioning，RIPC)、缺血后適應(ischaemic preconditioning，IPC)對腦、腎、肝、腸、肺、骨骼肌、脊髓等組織器官的缺血再灌注損傷具有保護作用[19]；與健康成年小鼠MCAO相比較，RIPC組對小鼠腦I/R損傷、全身炎性細胞因子蓄積、實質細胞凋亡均有保護作用；通過RT-qPCR其發(fā)現(xiàn)RIPC組PTEN表達降低，miR-144和Akt表達增強，在對RIPC組模型小鼠使用miRNA-144抑制劑后會導致PTEN磷酸化PTEN水平明顯升高，磷酸化Akt水平明顯降低，提示過表達miRNA-144可能通過下調PTEN進而上調Akt對小鼠I/R損傷后起到保護神經(jīng)細胞的作用。ZHENG等[20]在體外建立大鼠海馬神經(jīng)元缺氧缺糖/再灌注(oxygen-glucose deprivation and re-oxygenation，OGD/R)模型中，發(fā)現(xiàn)miR-340-5p表達下降，PDCD4的表達增加，miR-340-5p過表達可顯著增加細胞存活率，降低乳酸脫氫酶活性，減少細胞凋亡。此外，他們證明了miR-340-5p過表達可顯著促進OGD/R細胞PI3K/Akt信號通路的激活，PDCD4過表達則減弱這一作用。進一步發(fā)現(xiàn)miR-340-5p的靶點可能是PDCD4，表明miR-340-5p可能通過抑制PDCD4的表達，激活PI3K/Akt通路，在OGD/R損傷過程中發(fā)揮神經(jīng)保護作用。ZHENG等[21]在經(jīng)過OGD/R處理的PC12細胞模型中發(fā)現(xiàn)miR-130a表達降低，異位表達miR-130a能顯著提高OGD/R后PC12細胞的存活率，減少細胞凋亡和ROS的產(chǎn)生。此外，miR-130a的過表達可明顯縮小MCAO誘導的大鼠腦梗死體積和減輕神經(jīng)功能缺損程度。通過生物信息學分析顯示PTEN是miR-130a的靶標。進一步研究PTEN對PI3K/AKT通路的影響，發(fā)現(xiàn)PTEN上調激活了PI3K/AKT通路，表明miR-130a通過介導PTEN/PI3K/AKT軸來保護神經(jīng)細胞。MU等[22]在N2a細胞的OGD/R體外模型中發(fā)現(xiàn)miR-532-5p水平降低，PTEN水平升高。miR-532-5p模擬物可激活PI3K/Akt信號通路、提高細胞存活率、減少細胞凋亡。此外他們還證實了PTEN基因是miR-532-5p的靶基因。PTEN過表達減弱了miR-532-5p對OGD/R處理的N2a細胞的保護作用。提示miR-532-5p通過抑制PTEN和激活PI3K/Akt信號通路來起到保護神經(jīng)的作用。JIN等[23]采用RT-qPCR和Western blot方法驗證SK-N-SH細胞I/R損傷后miR-19a、PTEN和AKT表達的變化，發(fā)現(xiàn)miR-19a表達下調，PTEN表達明顯升高。過表達miR-19a可抑制PTEN的表達，進而上調p-AKT308和p-AKT473的表達，增加細胞的存活，減少細胞凋亡，從而減少神經(jīng)元細胞的死亡達到神經(jīng)保護的作用。QIN等[24]發(fā)現(xiàn)甘氨酸可以上調miR-26b，導致PTEN下調，AKT激活，從而抑制神經(jīng)元死亡達到神經(jīng)保護，這可能是一個潛在的治療靶點。綜上所述，在腦I/R損傷中PTEN/PI3K/Akt信號通路的研究被廣泛涉及，在腦I/R損傷中消除氧自由基，減輕了氧化應激造成的細胞損傷。通路的活化同樣有效地減少了缺血腦組織中的炎癥反應活性介質和其他蛋白酶類的激活釋放，從而可以對神經(jīng)起到保護作用。

1.2 核因子κB(NF-κB)信號通路 NF-κB信號通路通過調節(jié)特定基因的表達，在細胞存活和凋亡中發(fā)揮重要作用[25]。NF-κB信號通路的激活會導致下游凋亡因子的增加[26]、ROS水平的增加和損傷線粒體膜電位，進一步促進細胞凋亡[27-28]。因此miRNA在NFκB信號通路作用靶點的研究及其信號通路的阻斷可能為I/R損傷的治療帶來新的啟示[29]。XIANG等[30]發(fā)現(xiàn)在大鼠腦I/R損傷后miR-183表達降低，他們使用miR-183類似物治療I/R損傷的大鼠，結果顯示促炎蛋白(IL-1β、IL-6和TNF-α)的表達、大鼠的神經(jīng)功能評分和腦梗死體積百分比均下降，小膠質細胞活性增加，NF-κB p65和I-κBα的表達分別降低和上調，提示miR-183通過抑制NF-κB信號通路調節(jié)腦I/R損傷中小膠質細胞的活化進而保護神經(jīng)。SONG等[31]發(fā)現(xiàn)在OGD/R誘導的HM細胞中miR-1202表達下調，Rab1a表達上調，Rab1a可上調OGD/R誘導的HM細胞表面TLR4的表達水平，TLR4可與配體結合進而促進NFκB炎癥信號通路的激活。miR-1202被確定直接靶向作用于Rab1a，因此miR1202過表達可抑制TLR4/NFκB炎癥信號通路的激活從而發(fā)揮神經(jīng)保護作用。綜上所述，某些miRNA可靶向NF-κB的上游信號蛋白表達，進而抑制NF-κB信號通路減少細胞凋亡、減輕炎癥反應起到神經(jīng)保護的作用。miRNA是影響NFκB信號通路的重要調節(jié)因子，為治療腦I/R損傷提供新的潛在靶點。

1.3 絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路 MAPK是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶，當受到細胞外刺激激活時，MAPK能將信號從細胞膜傳遞到細胞核[32]。MAPK信號通路的激活與促進神經(jīng)細胞死亡有關[33]。MAPK信號通路在調節(jié)缺血皮層神經(jīng)元凋亡和腦組織中炎性細胞的激活兩方面起著關鍵作用[34]。YAO等[24]在大鼠MCAO后的腦I/R損傷模型中，miR-21表達降低。過表達miR-21時，Longa評分、缺血半球體積、腦梗死體積和腦組織EB含量降低，同時p38、MAP2K3、iNOS和MMP-9表達水平也降低。熒光素酶活性測定提示miR-21直接靶向作用MAP2K3。表明過表達miR-21可抑制MAPK信號轉導進而保護神經(jīng)細胞。YI等[35]采用OGD/R的方法建立體外模型，發(fā)現(xiàn)miR-325-3p表達明顯下調，RIP3表達上調，過表達miR-325-3p改善了OGD/R引起神經(jīng)元的凋亡。他們進一步證實了過表達miR-325-3p是通過RIP3直接靶向激活MAPK信號通路，從而抑制OGD/R誘導的神經(jīng)細胞凋亡、增加神經(jīng)細胞的存活率，保護神經(jīng)元免受OGD/R引起的損傷。因此深入了解miRNA在MAPK信號通路中的作用，對I/R損傷后的神經(jīng)保護具有重要意義。

1.4 Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子(JAK/STAT)信號通路 JAK/STAT信號通路在免疫和炎癥反應中起重要作用。其配體與特定的細胞表面受體結合導致受體相關JAK的磷酸化，進而誘導STAT磷酸化，磷酸化的STAT移位到細胞核，啟動促炎細胞因子和趨化因子的目標基因轉錄[36-37]。JAK由四個酪氨酸激酶家族(JAK1-3和TYK2)組成[38]。STAT由7種蛋白(STAT1-4、STAT5A、STAT5B、STAT6)組成[39]。YU等[40]采用RT-qPCR和Western blot方法檢測OGD/R處理的原代神經(jīng)細胞和小鼠MCAO中與JAK2和JAK3相關miRNA(miR-135、miR-216a和miR-433)的表達水平，發(fā)現(xiàn)I/R后1 d，JAK2表達最高，miR-216a表達最低。使用熒光素酶檢測證實miR-216a可以直接靶向JAK2，并且miR-216a的過表達可以抑制JAK2蛋白、p-STAT3蛋白的表達。此外，在體內和體外實驗中過表達miR-216a均可減輕細胞凋亡，與JAK2基因敲除的作用一致。以上提示過表達miR-216a可抑制JAK2/STAT3信號通路激活進而減少缺血性梗死，改善神經(jīng)功能缺損起到神經(jīng)保護作用，這可能為IS的治療提供新的治療措施。上述研究表明JAK2/STAT3信號通路參與神經(jīng)細胞的存活和凋亡。但JAK/STAT家族通路復雜，可能存在雙向或者更復雜的調節(jié)作用，且近年來研究較少，其在腦I/R損傷中的作用及其機制還未完全明確，還需要更加詳盡全面的研究。

2結語

不同的miRNA通過靶向PTEN/PI3K/Akt、NF-κB、MAPK、JAK/STAT信號通路，改善腦組織的氧化應激、炎癥和凋亡，從而減輕腦損傷，改善神經(jīng)功能。但是，不同信號通路之間信號分子交叉和關聯(lián)，使這些連接通路的關鍵因子可能成為影響疾病發(fā)展的關鍵。并且，已知的信號通路中還包含未知相互作用因子，精細而復雜的細胞信號通路中包含著大量的干預靶點，有待繼續(xù)深入挖掘。進一步探索miRNA治療I/R損傷的有效性，開發(fā)對人類安全、有效和耐受的miRNA制劑將對I/R損傷的正確治療產(chǎn)生積極影響。