miRNA与动脉粥样硬化相关性研究进展

Research Progress of Correlation between miRNA and Atherosclerosis

摘要: 微小核糖核酸(miRNA, MicroRNA)是一类非编码单链RNA分子，越来越多的研究证据表明miRNA能够影响动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)的发生发展，并为AS的诊断及治疗提供了靶点。AS发生发展主要和内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞密切相关。本文就miRNA通过作用于平滑肌细胞、巨噬细胞、内皮细胞影响AS的相关研究进展进行综述。

Abstract: miRNA is a kind of non-coding single stranded RNA molecules. In recent years, more and more studies have shown that miRNA can affect the occurrence and development of atherosclerosis, and supply a target for the diagnosis and treatment of AS. The development of AS is closely related to endothelial cells, smooth muscle cells and macrophages. This paper reviews the research progress on the impacts of miRNA on AS by acting on smooth muscle cells, macrophages and endothelial cells.

1. 引言

心血管疾病(cardiovascular diseases, CVD)是全球死亡的主要原因，每年约有1780万人因CVD死亡，而AS被认为是CVD的主要原因 [1] [2]。AS主要病理因素为异常的脂质代谢，内皮功能障碍，血管炎症及血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)的异常增殖和凋亡等 [3]。这其中涉及的主要细胞类型包括VSMCs、内皮细胞(endothelial cells, ECs)、巨噬细胞(macrophage)。研究已经揭示了miRNA在体内调节关键信号和脂质平衡通路中的重要性。miRNA通过调节ECs、VSMCs和巨噬细胞的功能，进而调节AS的进展。本文就miRNA通过作用于ECs、VSMCs和巨噬细胞影响AS的最新研究进行综述，并讨论miRNA作为生物标志物诊断AS及利用miRNA治疗AS的潜在价值。

2. miRNA概述

miRNA是一类由18~25个核苷酸组成的内源性非编码小RNA分子，大多由RNA聚合酶II转录及加工而产生。其产生过程首先是RNA聚合酶II催化编码基因的miRNA产生初级miRNA (pri-miRNA)，Pri-miRNA随后进入细胞核内由核糖核酸酶III家族Drosha催化生成具有发夹样结构的前体miRNA (pre-miRNA) [4]，pre-miRNA转运至细胞质后，由Dicer酶进一步切割成约为22nt的双链miRNA，随后miRNA双链与miRNA诱导的沉默复合物结合，使信使核糖核酸降解或翻译抑制，进而影响蛋白质的表达。转录一个miRNA分子可以靶向多个信使RNA，影响许多基因的表达，参与多数生理和病理状态的调节。越来越多的证据显示miRNA广泛参与了生物发育以及疾病发生、进展的各个环节。miRNA已经可以从血液、唾液、尿液等体液中被分离出来用以作为疾病的新型生物标志物 [5]。

3. miRNA与内皮细胞

ECs在AS的发生发展中起着至关重要的作用，各种致病性因素进入内皮层，导致细胞活化和功能障碍，激活的ECs高表达黏附分子，加速AS斑块形成。miRNA调节ECs的炎症激活、增殖和再生。其中miRNA92-a、miRNA-126、miRNA-146a、miRNA-155和miRNA-221/222参与调节ECs功能和血管生成，miRNA-217、miRNA-222和miRNA-365促进ECs衰老、凋亡和血管新生，并参与AS发生发展 [6]。miRNA92-a是其典型代表之一，通过低剪切应力(low shear stress, SS)和致AS的氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)联合上调miRNA92-a，从而促进ECs的活化和AS进展 [7]。miRNA-126在ECs中特异性表达，其功能主要是促进ECs增殖分化，维持血管完整性，从而防止AS病变的形成 [8]；相反，下调miRNA-126-5p表达可以应对高脂血症应激，并在高发区消除内皮细胞增殖。

另外，miRNA可调节细胞黏附分子(E选择素、VCAM-1、ICAM-1)的表达，黏附分子介导白细胞的黏附和外渗，在炎症反应中起着关键作用。miR126-3-p是一种ECs特异性AS保护性分子。研究表明，当miR126-3-p的表达受到抑制时可增强人急性单核细胞白血病细胞黏附力，增加ICAM-1在人内皮细胞系EA.hy926中的积聚，从而增强单核细胞与ECs黏附 [9]。最近一项研究显示，在APOE基因敲除小鼠AS斑块和血浆中，miR181a-3p和miR181a-5p表达水平均降低，二者通过靶向生长因子β活化激酶1结合蛋白2和NF-κB关键调节因子，阻断了NF-κB信号通路，协同减轻ECs炎症 [10]。因此，多个miRNAs参与ECs的调节，并参与了AS的发病机制。

4. miRNA与血管平滑肌细胞

VSMCs是正常血管壁的细胞组成成分，对维持结构的完整性有重大作用，其异常增殖和凋亡是AS发病的主要危险因素。病变早期，VSMCs的异常增殖促进斑块形成，但在AS病变晚期，VSMCs可维持斑块稳定并阻止纤维帽破裂，其表型的改变是影响VSMCs异常增殖的关键因素。研究发现miRNA-29、miRNA-143/145和miRNA-221/222参与调控VSMCs表型转化、增殖和迁移 [11]。miRNA-143/145在许多病理和生理过程中表达，并能控制VSMCs的表型。此外，miRNA-143和miRNA-145协同靶向转录因子网络(kruppel样因子4、心肌素和Elk-1)，促进VSMCs分化和增殖 [12]。另有研究发现，在ox-LDL诱导的VSMCs和AS小鼠模型中，miR29a-3-p表达水平下调，过表达miR29a-3-p可抑制VSMCs增殖与迁移 [13]。miR-21在VSMCs中的表达较高，且在很多心血管疾病和AS中表达上调。miR-21过表达使VSMCs表型发生转变，促使细胞增殖和迁移 [14]。最近一项研究发现，miR146b-5-p在AS斑块和VSMCs中表达均增加。过表达miR146b-5-p可下调B淋巴细胞瘤2相结合抗凋亡基因1和基质金属蛋白酶16，从而抑制VSMCs增殖和迁移 [15]。另有研究证据显示，miR-374水平在AS患者血清中明显升高，miR-374过表达明显促进VSMCs增殖和迁移 [16]。

5. miRNA与巨噬细胞

AS各个阶段均涉及巨噬细胞，在AS早期，巨噬细胞的自噬抑制泡沫细胞形成，阻止病变进展，晚期巨噬细胞自噬功能严重受损，泡沫细胞的形成增加，进而脂质堆积，损害线粒体清除功能，生成过多活性氧，最终引起巨噬细胞死亡，加速AS进展 [17]。M1被称为经典或促炎巨噬细胞，M2称为可选择的或抗炎巨噬细胞。参与调节M1和M2巨噬细胞之间平衡的miRNA越来越多，包括miR-223、miR-155、miR-19a、miR-33、miR-let7a、miR-125a、miR-21、miR-214、miR-27a、miR-146a和miR-124等。miR-33在巨噬细胞的细胞代谢和控制胆固醇外排中发挥重要作用。一方面，miR-33提高有氧糖酵解，维持M1样巨噬细胞表型，同时降低对M2巨噬细胞发育至关重要的脂肪酸氧化，miR-33抑制代谢导致组织修复，解决炎症 [18]。miR-155可以区分M1和M2巨噬细胞，并导致M1表型数量的增加 [19]。miR-342-5p是AS早期阶段位于巨噬细胞中的最重要的miRNAs之一，该miRNA通过抑制Akt1介导的miR-155的抑制，增加炎症介质的分泌，如白介素-6和巨噬细胞诱导的NOS。因此，抑制APOE^−/−小鼠中的miR-342-5p可减轻AS病变 [20]。miR-146a/b通过细胞因子的衰减和巨噬细胞中TLR信号转导参与炎症分解，miR-146a在巨噬细胞中的表达是由APOE诱导的，这是一种AS的蛋白，可以抑制体内和体外巨噬细胞的炎症反应 [21]。最近有研究显示，炎性巨噬细胞缺氧诱导因子1α (HIF-1α)活化引起线粒体功能障碍和能量耗竭，导致巨噬细胞坏死性凋亡，进而引起AS坏死核心形成。HIF-1α可上调miR-210水平，靶向2,4-二烯酰辅酶A还原酶，诱导巨噬细胞坏性凋亡；同时，HIF-1α下调miR-383水平，通抑制聚腺苷二磷酸核糖水解酶来增加ATP消，促进AS [22]。因此，miRNA可以通过调节巨噬细胞中不同的通路来影响AS的发展。

6. miRNA作为诊断工具和相关生物制剂

来自临床的调查研究表明，miRNA可以作为各种疾病的诊断和预后生物标志物，如心血管疾病、糖尿病、肾脏疾病、类风湿关节炎和癌症。AS患者血浆中miR183-5-p、miR-29c水平明显高，并且与C反应蛋白和颈动脉内膜中层厚度呈正相关，而后者作为检测AS的生物标志物时敏感性和特异性均较高 [23]。老年人和心血管疾病患者血浆中miR-217水平升高，其有望成为一个新的心血管衰老的生物标志物 [24]。miR-374高表达可能是诊断AS的一个潜在的生物标志物 [16]。一项病例对照研究发现，脑 AS患者血浆中miR-126、miR-143水平均降低，且与脑AS程度呈正相关。miRNA定量分析可作为非侵入性手段对AS进行早期诊断和预后评估，并指导基于风险分层的治疗。

近些年，AS在药物治疗方面取得了重大突破，他汀类药物广泛应用于冠状动脉粥样硬化有心脏病的一级和二级预防，有效地降低了心血管事件的发生率，但他汀类药物治疗的风险分级依然较高，且该类药物会发生肌病和肝脏不良反应。因此，需要探索新的治疗方法。miRNA相关生物制剂可用于治疗AS及其他的心血管疾病。在AS小鼠体内注射miR-124激动剂可抑制巨噬细胞凋亡减少斑块的形成 [25]。用miR-383可靶向PARG抑制巨噬细胞坏死性凋亡并延缓AS进程 [26]。在发生AS的APOE^−/−小鼠体内注射miR99a-5-p激动剂，可抑制VSMCs增殖、迁移，显著减轻AS病变程度。

7. 总结与展望

miRNA靶向基因的能力为通过基因调控治疗疾病打开了一扇门。由于一个miRNA可以靶向多个基因，其他基因靶向也有潜在的副作用。然而，这种方法可能对复杂的疾病有效，如AS。为了获得有效的基于miRNA的治疗，找到AS发病机制中重要的失调基因和通路是至关重要的。在过去的几年里，miRNA已经被证明参与了AS的病因和发病机制，主要是通过调节在炎症过程中发挥作用的基因。尽管如此，进一步探索和识别在AS起始和延续中具有真正意义的miRNA仍然是至关重要的。此外，明确疾病早期和晚期的miRNA标志有助于设计AS的诊断生物标志物。miRNA在AS中的研究应用前景广阔，miRNA作为生物标志物在AS的诊断、预后以及治疗方面的研究是令人兴奋的。虽然动物研究取得了可喜的成果，但是在将研究成果转化为临床实践之前，还需要解决一些实际困难和技术挑战。一旦这些困难得到解决，基于miRNA治疗AS的方法将成为一种与其他疗法竞争的潜在疗法。

基金项目

云南省基础研究计划重点项目(202001AS070035)。

NOTES

杨艳[e-mail]