microRNA對子癇前期母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷作用的研究進(jìn)展

緱靈山,王雅文,尹馨,董步連,王帥帥,索峰,顧茂勝

子癇前期(preeclampsia,PE)為危害母嬰健康的疾病之一,臨床發(fā)病率約為5%～7%,臨床特點為孕20周后出現(xiàn)高血壓和蛋白尿,多伴有腎、肝及神經(jīng)系統(tǒng)等多器官受累,不僅易造成產(chǎn)婦胎盤早剝、產(chǎn)后出血、HELLP綜合征、多器官功能障礙,也可引起宮內(nèi)發(fā)育不良、死胎及孕產(chǎn)婦死亡[1]。PE發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,臨床治療方法亦較為有限,終止妊娠是目前阻止其病情加重的有效治療方法。因此,進(jìn)一步明確其發(fā)病機(jī)制對于PE的預(yù)防和治療尤為重要。PE發(fā)病機(jī)制涉及胎盤缺血、氧化應(yīng)激、全身炎癥反應(yīng)、血管內(nèi)皮細(xì)胞受損及母-胎界面免疫失衡等方面。普遍認(rèn)為PE起始于滋養(yǎng)細(xì)胞侵潤異常和胎盤螺旋動脈重鑄障礙,隨即引發(fā)胎盤血流灌注不足和釋放過量細(xì)胞因子,致使母體血管內(nèi)皮功能損傷及全身小血管痙攣,進(jìn)而引起高血壓、蛋白尿、胎兒生長受限及終末器官損傷等一系列臨床癥狀[2]。

有研究[2-3]認(rèn)為,母體血管內(nèi)皮細(xì)胞受損是PE發(fā)病進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié),內(nèi)皮細(xì)胞在維持血管張力及血管結(jié)構(gòu)和功能中發(fā)揮重要作用,其損傷和功能紊亂可引起了一系列癥狀。PE患者內(nèi)皮細(xì)胞損傷機(jī)制的研究有助于進(jìn)一步明確PE發(fā)病機(jī)制,為其臨床干預(yù)提供參考。microRNA(miRNA)是一類長度約為22個核苷酸的非編碼微小RNA,通過與靶基因mRNA的3’端非編碼區(qū)(3’-untranslated region,3’UTR)結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后表達(dá)調(diào)控,是機(jī)體重要的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制[4]。miRNA對內(nèi)皮細(xì)胞的多種生物學(xué)功能具有調(diào)控作用,如miR-92a在血管生成及血管穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用[5-6];miR-126在內(nèi)皮細(xì)胞中特異性表達(dá),可調(diào)控血管生成、血管發(fā)育及炎癥反應(yīng)[7];miR-155可調(diào)節(jié)血管收縮/舒張、血管屏障完整性及炎癥反應(yīng)[8]。本文就近年來國內(nèi)外關(guān)于miRNA在PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用及機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 miRNA的結(jié)構(gòu)與功能

成熟的miRNA由具有頸環(huán)結(jié)構(gòu)的pri-miRNA經(jīng)過兩步切割生成。pri-miRNA在細(xì)胞核中被雙鏈RNA結(jié)合蛋白DGCR8識別,并被III型RNA切割酶Drosha催化生成pre-miRNA,隨后在細(xì)胞質(zhì)中被Dicer酶處理生成兩條成熟的miRNA[9]。miRNA在進(jìn)化上具有保守性和多樣性,存在由2～8個核苷酸組成的高度保守序列,該段序列通過堿基互補(bǔ)配對的方式與靶基因mRNA 3’UTR結(jié)合,引起mRNA失穩(wěn)或抑制蛋白翻譯,減少靶蛋白的表達(dá)[10]。miRNA具有存在廣泛和功能多樣的特點,參與發(fā)育、造血、病毒防御、器官形成、細(xì)胞增殖和凋亡及代謝等多個生物學(xué)過程的調(diào)控[4,9]。另外,miRNA表達(dá)具有嚴(yán)格的組織特異性和時序性,通過對基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)控決定了其對組織和細(xì)胞的功能特異性。miRNA在多種血管疾病的發(fā)病進(jìn)程中起著重要作用,可作為動脈粥樣硬化、高血壓、糖尿病血管并發(fā)癥及血管生成障礙的治療靶點[11]。近年來,miRNA在PE發(fā)病中的作用日漸受到關(guān)注,愈來愈多的證據(jù)表明miRNA與PE的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

2 miRNA與血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷

內(nèi)皮細(xì)胞是襯托于血管內(nèi)表面的單層扁平細(xì)胞,通過細(xì)胞間的連接構(gòu)成血管內(nèi)皮,在調(diào)控血管張力和維持血管功能及穩(wěn)態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。內(nèi)皮細(xì)胞損傷引起的血管內(nèi)皮功能障礙是多種血管疾病發(fā)生的基礎(chǔ),與血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[12]。血管內(nèi)皮細(xì)胞功能調(diào)控涉及非常復(fù)雜的分子機(jī)制。血管內(nèi)皮細(xì)胞中miRNA水平異常與糖尿病血管并發(fā)癥、動脈粥樣硬化、冠狀動脈性心臟病、高血壓、腎病及肺動脈高血壓等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[5,11,13]。動物實驗[14]發(fā)現(xiàn),鏈脲佐菌素-糖尿病小鼠模型的局部缺血肢體中miR-503表達(dá)上調(diào),過度表達(dá)的miR-503損害了內(nèi)皮細(xì)胞功能,進(jìn)而影響肢體局部缺血后修復(fù)性血管生成;抑制miR-503表達(dá)使內(nèi)皮細(xì)胞中細(xì)胞周期蛋白E1(CCNE1)基因和cdc25A基因的表達(dá)上調(diào),從而改善了糖尿病小鼠缺血后血管生成和血流恢復(fù)。近期文獻(xiàn)[15]顯示,T細(xì)胞來源的miR-214水平異常參與了高血壓小鼠模型的血管硬化和內(nèi)皮細(xì)胞損傷。

miR-92a在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)豐度較高。研究[5-6,16]顯示,miR-92a對內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管生成、炎癥反應(yīng)及血管舒張功能具有調(diào)節(jié)作用,異常表達(dá)與心肌缺血再灌注損傷、動脈粥樣硬化、糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。另外,血流剪切應(yīng)力在血管內(nèi)皮功能調(diào)控中起著重要作用,內(nèi)皮細(xì)胞可識別不同的血流剪切力并將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的生物信號,通過調(diào)控胞內(nèi)基因表達(dá)影響內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)功能[17]。研究[18]顯示,血流剪切力調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞中miR-10a、miR-19a、miR-23b、miR-21、miR-663、miR-92a、miR-143/145、miR-101、miR-126、miR-712、miR-205及miR-155等大量miRNA的表達(dá),miRNA也參與介導(dǎo)剪切力產(chǎn)生的細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)。

3 miRNA在子癇前期母體血管內(nèi)皮細(xì)胞中的作用

母體血管內(nèi)皮損傷是PE重要的病理生理改變,也是PE病理變化由胎盤局部向全身靶器官轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié)。研究[2-3]認(rèn)為,血管因子的失衡是導(dǎo)致PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的重要發(fā)病機(jī)制。胎盤缺血缺氧釋放過量的可溶性類fms酪氨酸激酶-1(sFlt-1)和可溶性Endoglin(sEng)入血,致使PE母體循環(huán)中胎盤生長因子(placenta growth factor, PLGF)及血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A, VFGFA)的水平降低,阻斷VEGFA、PLGF與相應(yīng)受體結(jié)合而削弱它們的血管保護(hù)作用,導(dǎo)致血管功能紊亂、舒張功能障礙、生成修復(fù)過程受阻及腎小球功能受損。而血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的分子機(jī)制仍未明確,當(dāng)前仍缺乏有效的改善PE血管內(nèi)皮損傷的藥物。miRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、凋亡、炎癥及血管生成等多個細(xì)胞生物學(xué)過程中具有調(diào)控作用[5,8,13]。近年來,miRNA在PE血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用受到諸多學(xué)者關(guān)注。

3.1 miRNA對血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管收縮/舒張因子生成的調(diào)節(jié)作用 舒張功能障礙引起的血管痙攣性收縮是導(dǎo)致PE血管阻力增加和高血壓癥狀的重要機(jī)制[3]。PE孕婦體內(nèi)血管舒張/收縮因子生成失衡,血管舒張因子一氧化氮(nitric oxide,NO)和前列環(huán)素(prostaglandin I2,PGI2)水平減少,而血管收縮因子內(nèi)皮素-1(endothelin-1,ET-1)和血栓素A2(thromboxane A2,TXA2)水平增加[19]。內(nèi)皮型一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)催化生成的NO是血管舒張的主要因素。文獻(xiàn)[20]資料顯示,PE患者與正常孕婦相比內(nèi)皮細(xì)胞中eNOS表達(dá)較低。另有研究[21]發(fā)現(xiàn),PE患者血清中miR-31-5p表達(dá)水平高于正常孕婦,體外細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)處理可上調(diào)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)中miR-31-5p的表達(dá),進(jìn)而減少eNOS表達(dá)和NO生成。ET-1是內(nèi)皮細(xì)胞合成分泌的一種強(qiáng)效血管收縮因子,有文獻(xiàn)[22]報道,miRNA let-7表達(dá)改變可能與PE血管內(nèi)皮細(xì)胞中ET-1的水平異常有關(guān)。

另外,外泌體是胎盤與母體間細(xì)胞通訊的重要介質(zhì),在PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)、血管舒張功能障礙中發(fā)揮重要作用[23]。值得注意的是,外泌體中包含大量miRNA,且PE患者外泌體中miRNA成分與正常孕婦存在差異,因此外泌體miRNA在PE血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用吸引了諸多研究人員的關(guān)注。有研究[24]報道,PE患者胎盤來源的外泌體中miR-155高于正常孕婦,且外泌體miR-155抑制了HUVECs中eNOS蛋白表達(dá)和NO生成。Liu等[25]研究發(fā)現(xiàn),miR-34b-3p通過靶向調(diào)控血栓素A2合成酶1調(diào)節(jié)TXA2的生成。miR-199a對血管內(nèi)皮細(xì)胞中PGI2合成酶具有靶向調(diào)節(jié)作用[26],PE患者血漿外泌體中miR-199a水平高于正常孕婦[27]。這些研究提示,miRNA可能與PE血管內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂有關(guān),miRNA表達(dá)異?？赡苁荘E血管內(nèi)皮細(xì)胞中血管舒張/收縮因子失衡的重要機(jī)制。

3.2 miRNA對血管內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用 氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的重要機(jī)制。PE母體存在明顯的氧化應(yīng)激和過度的全身炎癥反應(yīng),過量活性氧和炎癥因子可引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。去乙?；窼IRT1是一種細(xì)胞自我保護(hù)分子,激活SIRT1可增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞抗氧化和抗炎能力,緩解PE動物模型高血壓和蛋白尿癥狀[28]。有研究[27]發(fā)現(xiàn),PE患者血漿外泌體miR-199a-5p水平高于正常孕婦,且miR-199a-5p過表達(dá)可抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞中SIRT1表達(dá),促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞活性氧生成和炎癥因子表達(dá)。另外,Nrf2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2)是細(xì)胞內(nèi)防御氧化應(yīng)激反應(yīng)的核心調(diào)控因子。PE小鼠模型中血管內(nèi)皮細(xì)胞Nrf2蛋白表達(dá)降低,上調(diào)Nrf2可上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞超氧化物歧化酶、血紅素加氧酶-1等抗氧化分子表達(dá),抑制氧化應(yīng)激反應(yīng),緩解PE小鼠高血壓和蛋白尿癥狀[29]。miR-200a通過靶向作用于Nrf2上游調(diào)控分子KEAP1,進(jìn)而調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞Nrf2信號[30]。值得注意的是,妊娠期高血壓患者血清中miR-200a水平高于正常孕婦[31],提示miR-200a水平上調(diào)可能與PE血管內(nèi)皮細(xì)胞中Nrf2表達(dá)降低有關(guān)。

核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。靜息狀態(tài)下,NF-κB與IκB結(jié)合后以無活性狀態(tài)存在于胞漿中,激活的NF-κB發(fā)生核轉(zhuǎn)位誘導(dǎo)炎癥因子表達(dá)。PE孕婦血管內(nèi)皮細(xì)胞中NF-κB核轉(zhuǎn)位多于正常妊娠孕婦[32]。血管內(nèi)皮細(xì)胞中miR-29b、miR-125a/b、miR-146a/b、miR-23b、miR-155、miR-10a、miR-181b、miR-103a、miR-126、miR-92a、miR-663及miR-126可通過調(diào)控NF-κB信號通路調(diào)節(jié)炎癥因子表達(dá)[33]。PE孕婦循環(huán)miR-10a、miR-92a、miR-103a及miR-126等miRNA表達(dá)水平不同于正常孕婦[34],而這些miRNA是否參與PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB活化依然不明確。絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的另一個重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。有研究[35]發(fā)現(xiàn),PE患者血清處理可激活血管內(nèi)皮細(xì)胞中MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,上調(diào)炎癥因子表達(dá)。最新研究[36-37]發(fā)現(xiàn),血管內(nèi)皮細(xì)胞中miR-150和miR-181b對MAPK信號激活具有調(diào)控作用。綜上所述,miRNA對內(nèi)皮細(xì)胞中炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路具有調(diào)節(jié)作用,而miRNA在PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)中的調(diào)節(jié)作用及相關(guān)分子機(jī)制仍未闡明。

3.3 miRNA對血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、凋亡及血管生成的調(diào)節(jié)作用 細(xì)胞凋亡是PE一個廣泛發(fā)生的病理現(xiàn)象。細(xì)胞實驗[38]發(fā)現(xiàn),PE患者血清處理對內(nèi)皮細(xì)胞具有抑制增殖和促進(jìn)凋亡的作用。硫酸鎂是當(dāng)前PE臨床治療的一線藥物,可抑制PE大鼠模型血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡,這可能與上調(diào)miR-218-5p水平而減少HMGB1蛋白表達(dá)有關(guān)[39]。PE孕婦血清處理上調(diào)HUVECs細(xì)胞中miR-204-5p表達(dá),而抑制miR-204-5p表達(dá),減少了血清誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[38]。Lip等[40]研究發(fā)現(xiàn),早發(fā)型PE患者外周血血漿miR-574-5p、miR-1972及miR-4793-3p表達(dá)水平高于正常孕婦,功能實驗發(fā)現(xiàn)miR-574-5p、miR-1972及miR-4793-3p對內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移及血管新生具有抑制作用。另有文獻(xiàn)[41]報道,PE患者血清處理上調(diào)HUVECs細(xì)胞中miR-195-5p表達(dá),可能與PE血管內(nèi)皮生成因子VEGFA表達(dá)減少有關(guān)。

有研究[42]發(fā)現(xiàn),PE患者胎盤miR-29a-3p表達(dá)水平高于正常孕婦,可能與PE血管內(nèi)皮細(xì)胞中VEGFA和angiopoietin-2/Tie2信號異常有關(guān)。也有研究[43]顯示,PE患者HUVECs細(xì)胞miR-29a/c-3p表達(dá)水平偏低,miR-29a/c-3p沉默阻斷了VEGFA和FGF2誘導(dǎo)的AKT1磷酸化,從而損害內(nèi)皮細(xì)胞增殖和細(xì)胞屏障完整性。循環(huán)外泌體miRNA可能參與PE血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和血管生成,張濤等[44]報道,PE患者血清外泌體miRNA-320c、miRNA-517b及miRNA-521表達(dá)異常,參與內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF表達(dá)的調(diào)控,從而影響細(xì)胞的增殖和遷移,抑制血管生成。研究[6,13-14,45]顯示,miR-126、miR-17、miR-18a、miR-92a、miR-210、miR-155及miR-503表達(dá)也與血管生成有關(guān)。miRNA對血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡、增殖及血管生成能力具有調(diào)控作用,而當(dāng)前關(guān)于miRNA對PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、凋亡及血管生成調(diào)節(jié)作用的研究多集中于細(xì)胞實驗,對PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用和機(jī)制仍需深入研究和探討。

3.4 miRNA對血管內(nèi)皮祖細(xì)胞增殖和功能的調(diào)節(jié)作用 血管內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cells,EPCs)是具有高度增殖分化潛能的血管內(nèi)皮前體細(xì)胞,在生理或病理生理條件下可參與血管結(jié)合、再內(nèi)皮化及新生成血管;血管內(nèi)膜受損時可動員EPCs從骨髓向外周遷移,進(jìn)入血液循環(huán)后歸巢至血管或損傷部位,參與血管修復(fù)和促進(jìn)新生血管形成。EPCs的數(shù)量與功能的變化直接影響循環(huán)系統(tǒng)功能。正常孕婦中EPCs的數(shù)量有隨孕周增加而增加的趨勢,這可能與適應(yīng)母體心血管變化和子宮胎盤循環(huán)的建立有關(guān)。而PE孕婦外周血EPCs數(shù)量少于正常孕婦,且EPCs的增殖、遷移及分化能力較弱[46]。有研究[46-47]認(rèn)為,EPCs的數(shù)量和功能異常使母體血管內(nèi)皮損傷不能及時修復(fù),進(jìn)而促進(jìn)了PE臨床癥狀的發(fā)生。鑒于EPCs在血管內(nèi)皮損傷修復(fù)中的作用,有學(xué)者提出了以EPCs為靶標(biāo)治療PE的研究設(shè)想。而PE患者體內(nèi)EPCs數(shù)量與功能異常的機(jī)制尚未明確,研究EPCs功能調(diào)控的分子機(jī)制可能為PE治療提供新的靶點。

近年來,miRNA對PE患者體內(nèi)EPCs數(shù)量與功能改變的作用開始受到關(guān)注。Schr?der-Heurich等[47]發(fā)現(xiàn),PE患者臍帶血EPCs細(xì)胞miR-1270表達(dá)低于正常孕婦,miR-1270低表達(dá)上調(diào)ATM蛋白表達(dá),從而激活酪氨酸激酶Src和促進(jìn)VE-cadherin的磷酸化和內(nèi)化,損害EPCs增殖和分化功能。Kim等[48]研究發(fā)現(xiàn),炎癥誘導(dǎo)因子TNF-α通過誘導(dǎo)miR-133/155表達(dá)降低eNOS蛋白水平,從而抑制了EPCs的分化潛能;而miR-133/155沉默可抑制EPCs的功能損傷作用。VEGF是促進(jìn)EPCs增殖和分化的重要細(xì)胞生長因子,有研究[49]顯示,與正常孕婦相比,PE患者EPCs中miR-646表達(dá)較高,VEGFA表達(dá)較低;抑制miR-646可激活VEGF-A/HIF-1α信號,提高EPCs的分化和遷移能力。也有文獻(xiàn)[50]報道,PE患者臍帶血EPCs內(nèi)miR-126表達(dá)水平低于正常孕婦,PIK3R2蛋白表達(dá)水平高于正常孕婦;miR-126過表達(dá)可降低PIK3R2蛋白表達(dá),激活PI3K/AKT信號,從而提高EPCs的增殖、分化及遷移能力。提示,miRNA表達(dá)水平異常與PE患者體內(nèi)EPCs的數(shù)量與功能異常有關(guān),這可能為PE孕婦母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的病理機(jī)制之一。

4 展望

miRNA與PE母體血管內(nèi)皮損傷和功能紊亂有關(guān),其機(jī)制可能涉及血管收縮/舒張因子生成失衡、內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、增殖、凋亡、血管生成障礙及EPCs功能受損。而關(guān)于miRNA在PE母體血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中作用機(jī)制的研究以體外細(xì)胞實驗較多,鼓勵更多的動物實驗和臨床研究深入探討具體機(jī)制。