LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障損傷中的研究進(jìn)展*

胡 云,周禮鑫,童 理,李鑫泰 綜述,楊劍文 審校

(湖南師范大學(xué)附屬第一醫(yī)院/湖南省人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)三科,長(zhǎng)沙 410000)

缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS)是腦血管疾病中最常見(jiàn)的類型,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,與腦損傷后神經(jīng)細(xì)胞的能量衰竭、細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)喪失、酸中毒、細(xì)胞內(nèi)鈣水平升高、血腦屏障破壞、膠質(zhì)細(xì)胞活化和白細(xì)胞浸潤(rùn)等有關(guān)[1]。2019年流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示,缺血性腦卒中仍然是全球致死和致殘的主要疾病之一[2]。血腦屏障是位于血液與神經(jīng)細(xì)胞之間的一種特殊屏障結(jié)構(gòu),它是由腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞及基底膜所組成的細(xì)胞聯(lián)合體,能有效地阻止大多數(shù)化合物從血液到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的流入,所有這些單位共同保護(hù)神經(jīng)環(huán)境的化學(xué)成分,以保持大腦功能正常。在發(fā)生腦缺血性事件后,隨著血腦屏障通透性發(fā)生改變,腦缺血進(jìn)一步進(jìn)展,對(duì)于如何維持血腦屏障的完整性是治療缺血性腦卒中的關(guān)鍵因素。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,LncRNA)是一類新的轉(zhuǎn)錄本,其長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸,在很長(zhǎng)一段時(shí)間中被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的“垃圾”,不具備任何生物學(xué)功能[3]。近10年來(lái),隨著基因二代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,LncRNA是否具有功能,一直存在著激烈的爭(zhēng)論。至今,已發(fā)現(xiàn)25 191種LncRNA被收錄在人類基因組中[4],它們通過(guò)參與基因的表達(dá)調(diào)控,可以從表觀遺傳調(diào)控,轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮作用[5]。本文總結(jié)了有關(guān)LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障損傷中的作用的相關(guān)研究進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)LncRNA對(duì)缺血性腦卒中血腦屏障具有一定的調(diào)節(jié)作用,通過(guò)保持血腦屏障完整性來(lái)達(dá)到治療缺血性腦卒中的目的。

1 LncRNA對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞和血管生成的作用

內(nèi)皮細(xì)胞是排列在毛細(xì)血管壁上的鱗狀上皮細(xì)胞,存在于血管內(nèi)層中,是血腦屏障中關(guān)鍵一環(huán),與其他血管區(qū)域的細(xì)胞相比,腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的表型具有特異性。它們具有腔內(nèi)/腔外極化、緊密連接、連接黏附分子(JAMs)和限制極性物質(zhì)的特定轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,這些特性有助于維持血腦屏障的穩(wěn)定性[6]。血管生成可以重建或增強(qiáng)缺血區(qū)域腦血流,其特征是從現(xiàn)有的血管內(nèi)皮細(xì)胞中長(zhǎng)出新的血管,能夠?qū)⒀汉蜖I(yíng)養(yǎng)輸送到腦受損區(qū)域。在缺血性腦卒中中,LncRNA可以通過(guò)直接或間接調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞、血管生成,進(jìn)而影響血腦屏障的通透性。

有研究顯示,轉(zhuǎn)移相關(guān)的肺腺癌轉(zhuǎn)錄物1(MALAT1)與缺血性腦卒中關(guān)系非常密切,是內(nèi)皮細(xì)胞增生的潛在靶點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在氧糖剝奪(oxygen-glucose deprivation,OGD)誘導(dǎo)的原代小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(bEnd3細(xì)胞)損傷中,高表達(dá)LncRNA MALAT1,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子B(VEGFA)、蛋白激酶B(AKT)、磷酸化AKT(P-AKT)的表達(dá),而抑制LncRNA MALAT1表達(dá)后,同樣促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移[7]。這一發(fā)現(xiàn)與既往體外研究結(jié)果相符,在沉默LncRNA MALATI1后,既促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞新生又促進(jìn)了細(xì)胞遷移,有趣的是,在使用LncRNA MALAT1的模擬物后,內(nèi)皮細(xì)胞新生則受到抑制[8]。WANG等[9]發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)的小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中,敲除LncRNA MALAT1后,過(guò)表達(dá)的15-脂氧合酶-1(15-LOX1)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)蛋白表達(dá)下調(diào),細(xì)胞增殖、遷移和CD31陽(yáng)性細(xì)胞的數(shù)量減少,表明LncRNA MALAT1可能通過(guò)調(diào)節(jié)15-LOX1和STAT3的表達(dá)來(lái)促進(jìn)血管生成。由此可知,LncRNA MALAT1可以調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞及血管生成。

人類母系表達(dá)基因3(MEG3)最初被發(fā)現(xiàn)是一種腫瘤相關(guān)的LncRNA,在腦和內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)[10-12]。ZHAN等[13]證實(shí)在氧糖剝奪/復(fù)氧(OGD/R)干預(yù)后的大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞模型中抑制MEG3可以促進(jìn)血管生成,當(dāng)選擇性敲除MEG3后,NADPH氧化酶4(NOX4)和p53的表達(dá)減少,促血管生成因子[缺氧誘導(dǎo)因子(HIF-1)、VEGF]表達(dá)增多,細(xì)胞內(nèi)活性氧生成減少,也可能是通過(guò)激活Notch或者Wnt/β-catenin信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)血管生成[14-15]。

LncRNA還可以和微RNA(miRNA)結(jié)合,抑制其與mRNA結(jié)合,間接調(diào)控血腦屏障中內(nèi)皮細(xì)胞或者血管生成。比如前面所提及的LncRNA MALAT1,在缺血情況下,LncRNA MALAT1通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)miR-126 抑制PI3K/Akt信號(hào)通路,抑制內(nèi)皮細(xì)胞增生[16]。人類母系表達(dá)基因8(MEG8)定位于14q32位點(diǎn),目前已被證明在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)中該基因可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞屏障損傷,減少總VE-鈣黏蛋白[17],由此可知MEG8在內(nèi)皮細(xì)胞中具有潛在作用。SUI等[18]證明miR-130a-5p模擬物可以降低腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(BMECs)活力,在敲除MEG8后通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)miR-130a-5p來(lái)抑制BMECs的血管生成及VEGFA的表達(dá),進(jìn)而對(duì)缺血性腦卒中后的腦缺血起到保護(hù)作用。小核仁RNA宿主基因(SNHGs) 是一組LncRNA,最早在各類腫瘤中發(fā)現(xiàn),可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞的增殖、促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展、侵襲和轉(zhuǎn)移[19]。研究表明SNHG1和SNHG12與內(nèi)皮細(xì)胞及血管生成存在關(guān)聯(lián)。ZHOU等[20]發(fā)現(xiàn)在OGD/R誘導(dǎo)的bEnd3細(xì)胞中敲除SNHG1后,內(nèi)皮細(xì)胞增殖減少,促進(jìn)OGD/R誘導(dǎo)的損傷,而在下調(diào)miR-298后細(xì)胞損傷逆轉(zhuǎn),證實(shí)SNHG1作為miR-298的分子海綿來(lái)保護(hù)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞免受缺氧損傷。CAI等[21]在OGD/R條件下,發(fā)現(xiàn)SNHG12在小鼠原代BMECs中表達(dá)升高,并促進(jìn)促血管生成因子VEGFA和堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGFb)的表達(dá)及毛細(xì)血管樣管的形成,miR-199a模擬物的轉(zhuǎn)染可以降低BMECs的活力,然而miR-199a+pcDNA-SNHG12的共轉(zhuǎn)染逆轉(zhuǎn)了miR-199a誘導(dǎo)的作用,增強(qiáng)了上述過(guò)程。結(jié)果顯示,SNHG12可以抑制miR-199a調(diào)節(jié)BMEC及血管生成,改善BMECs 缺血性腦卒中的損傷。

腦內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是腦缺血后血腦屏障通透性增加的主要原因,血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞死亡被公認(rèn)為缺血再灌注后腦出血的前兆[22],所以內(nèi)皮細(xì)胞功能恢復(fù)及血管生成有助于抑制缺血或者出血改變。LncRNA MALAT1、MEG3、MEG8、SNHG1和SNHG12對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞及血管生成產(chǎn)生正性或負(fù)性調(diào)控,表明在腦缺血再灌注發(fā)生后LncRNA可以成為保護(hù)血腦屏障完整性的有效方法。

2 LncRNA對(duì)周細(xì)胞的作用

周細(xì)胞位于微血管周圍,用突起包裹毛細(xì)血管,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中大量表達(dá),是組成血腦屏障的重要成分。在缺血損傷急性期,周細(xì)胞缺失可以導(dǎo)致血腦屏障損傷和腦水腫[23]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)周細(xì)胞突起可分為3種亞型:螺旋周細(xì)胞、網(wǎng)狀周細(xì)胞及非典型形態(tài)的新型周細(xì)胞,均表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA),不同的是表達(dá)水平有差異。α-SMA是周細(xì)胞的主要收縮蛋白,具有收縮性,可以改變毛細(xì)血管直徑調(diào)節(jié)微循環(huán)血流[24-25]。在大鼠血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)中,zeste同源物2(EZH2)增強(qiáng)子和α-肌動(dòng)蛋白共同定位于細(xì)胞質(zhì),能促進(jìn)VSMCs細(xì)胞骨架的形成。EZH2通過(guò)LncRNA牛磺酸上調(diào)基因1(TUG1)與α-肌動(dòng)蛋白耦聯(lián)促進(jìn)α-肌動(dòng)蛋白甲基化和F-肌動(dòng)蛋白聚合。而在敲除LncRNA TUG1后,EZH2與α-肌動(dòng)蛋白的共定位減少,VSMCs的細(xì)胞骨架解聚,證實(shí)了LncRNA TUG1是細(xì)胞骨架形成所必需的[26]。有研究發(fā)現(xiàn)TUG1普遍存在于其他組織中,例如腦、肝、肺、腎和血管[27-30]。根據(jù)其標(biāo)記物表達(dá)特點(diǎn),周細(xì)胞中也可能存在TUG1,并且可能在調(diào)控血腦屏障中起著重要作用。但需要注意的是,周細(xì)胞大部分標(biāo)記物不具有特異性,其特點(diǎn)使得周細(xì)胞難以與其他血管細(xì)胞區(qū)分,因此對(duì)于周細(xì)胞研究的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步探討。目前LncRNA在周細(xì)胞中的研究甚少,周細(xì)胞在缺血性腦卒中發(fā)生后的病理生理機(jī)制仍需更深層次的研究,為缺血性腦卒中治療提供有希望的靶標(biāo)。

3 LncRNA對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞尾足的作用

星形膠質(zhì)細(xì)胞參與神經(jīng)血管單元(NVU)組成,其尾足是血腦屏障形成和腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵成分。缺血性腦損傷后,穩(wěn)態(tài)喪失和滲透壓的改變導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞腫脹,血腦屏障完整性受到破壞。星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)遞質(zhì)受體、離子通道和代謝物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,對(duì)附近的神經(jīng)元活動(dòng)做出反應(yīng)[31]。水通道蛋白-4(AQP4)在星形膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá),并介導(dǎo)水穿過(guò)血腦屏障,被認(rèn)為是腦缺血后誘發(fā)細(xì)胞毒性水腫及血管源性水腫的關(guān)鍵因素[32-33]。有研究證實(shí),以下LncRNA通過(guò)分子海綿miRNA影響AQP4調(diào)節(jié)誘導(dǎo)血腦屏障通透性。ZHANG等[34]證實(shí)了在MCAO/R小鼠模型中,沉默LncRNA SNHG14,AQP4的表達(dá)下調(diào),可以減輕梗死體積增加和神經(jīng)損傷,在OGD(BV2)干預(yù)模型中,阻斷了OGD引起的炎癥和氧化應(yīng)激,在抑制miR-199b后發(fā)生逆轉(zhuǎn)。

LncRNA MALAT1對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞(MA-C細(xì)胞)活力、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞毒性具有重要影響。WANG等[35]通過(guò)建立MCAO小鼠模型,發(fā)現(xiàn)LncRNA MALAT1的表達(dá)明顯上調(diào),并可以靶向作用于miR-145增加AQP4的表達(dá),使小鼠腦梗死體積增加,而在LncRNA MALAT1敲除后miR-145的水平明顯上調(diào),AQP4的表達(dá)下降。這表明,沉默LncRNA MALAT1可以通過(guò)miR-145表達(dá)調(diào)節(jié)AQP4,從而改善小鼠缺血性腦卒中的損傷。結(jié)果顯示,SNHG14和LncRNA MALAT1可以靶向作用于相應(yīng)的miRNA,對(duì)星形膠質(zhì)細(xì)胞具有保護(hù)作用,這可能是腦卒中干預(yù)治療的新型靶點(diǎn)。

綜上所述,對(duì)于LncRNA在缺血性腦卒中血腦屏障調(diào)節(jié)作用的研究中,主要對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞單獨(dú)進(jìn)行了探討。相對(duì)于內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)說(shuō),周細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞研究較少。有證據(jù)發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞可能通過(guò)與內(nèi)皮細(xì)胞相互作用促進(jìn)血腦屏障形成,Wnt/β-catenin信號(hào)通路是使內(nèi)皮細(xì)胞獲得血腦屏障特性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[36]。而最新研究發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞能衍生Wnt生長(zhǎng)因子,可能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞生成,保持血腦屏障的完整性[37]。依前文所述不難發(fā)現(xiàn),LncRNA MALAT1對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞均有調(diào)節(jié)作用。那么血腦屏障組成成分之間的相互作用,能否尋找到交叉或相同作用的靶基因,有助于發(fā)現(xiàn)新的藥物靶標(biāo)。此外,LncRNA作用機(jī)制的研究主要集中在相關(guān)的miRNAs上,LncRNA可以和miRNA結(jié)合,抑制其與mRNA結(jié)合,對(duì)mRNA的表達(dá)進(jìn)行間接調(diào)控,靶向的miRNA可以通過(guò)生物信息技術(shù)提供更多有用的治療靶標(biāo)。

4 展 望

在缺血性腦卒中發(fā)生后引發(fā)的血腦屏障破壞是近年國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),其具體機(jī)制尚未闡明。防止血腦屏障破壞是腦卒中干預(yù)中的重要治療策略。LncRNA參與基因的表達(dá)調(diào)控,在腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病中發(fā)揮作用,但在腦卒中后血腦屏障破壞中的具體功能仍然很大程度上未知。LncRNA作為生物標(biāo)志物、治療靶點(diǎn)和新的表觀遺傳干預(yù)工具,目前研究仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。就當(dāng)前而言,選擇合適的LncRNA作為腦缺血診斷和預(yù)后標(biāo)志物還為時(shí)尚早。首先闡明LncRNA的生物學(xué)功能是一個(gè)難點(diǎn),目前對(duì)于LncRNA的作用機(jī)制研究不夠深刻、全面,而且部分LncRNA缺乏特異性,可能引起一些未知的中樞神經(jīng)系統(tǒng)不良反應(yīng);其次,由于技術(shù)上的限制,很難避免脫靶效應(yīng)和基因座缺失效應(yīng),而脫靶效應(yīng)和基因座缺失效應(yīng)一旦發(fā)生,則是難以挽回的災(zāi)難;最后,由于血腦屏障的存在,靶向抑制腦內(nèi)核糖核酸酶也是當(dāng)前的一個(gè)挑戰(zhàn)。LncRNA的研究在缺血性腦卒中中仍處于黃金時(shí)期,雖然動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段研究周期長(zhǎng),但相信在不久的將來(lái),隨著技術(shù)越來(lái)越成熟、科研成果不斷更新,可以尋找到更多有助于改善腦卒中血腦屏障的靶點(diǎn)。