循环miRNAs作为急性缺血性卒中生物标记物和脑保护机制的研究进展

Research Progress on Circulating miRNAs as Biomarkers and Neuroprotective Mechanisms in Acute Ischemic Stroke

摘要: MicroRNAs (miRNAs)是一类非编码RNA分子，在基因转录后调节急性缺血性中风(AIS)中发挥重要作用。由于miRNAs基因高度保守且在血液中稳定，并能通过调节靶基因的表达参与脑卒中的发生和进展。因此，miRNAs有望作为缺血性脑卒中诊断和预后的生物标志物。miRNAs通过减弱炎症反应，抑制氧化应激，抑制细胞凋亡，促进血管生成等途径来发挥脑保护作用，随着对miRNAs在AIS脑保护机制不断深入研究，它们潜在的治疗靶点可能成为新的治疗途径。

Abstract: MicroRNAs (miRNAs) are a class of non coding RNA molecules that play an important role in post transcriptional regulation of acute ischemic stroke (AIS). Due to the high conservation and stability of miRNAs genes in the bloodstream, they can participate in the occurrence and progression of stroke by regulating the expression of target genes. Therefore, miRNAs are expected to serve as biomarkers for the diagnosis and prognosis of ischemic stroke. MiRNAs exert neuroprotective effects by reducing inflammatory response, inhibiting oxidative stress, inhibiting cell apoptosis, and promoting angiogenesis. With further research on the neuroprotective mechanisms of miRNAs in AIS, their potential therapeutic targets may become new therapeutic approaches.

1. 引言

急性缺血性卒中(AIS)是由脑组织缺血、缺氧引起的神经功能障碍疾病。AIS是导致死亡的第二原因，也是致残的首要原因 [1] 。影像检查对早期AIS敏感性低，且耗时长，亟待解决。miRNAs是一类非编码RNA分子，在基因转录后发挥调节作用。其在外周血中高稳定性可用作诊断或预后生物标志物 [2] 。随着对miRNAs在AIS脑保护机制不断深入研究，miRNAs在保护神经系统、脑损伤发挥重要作用，它们潜在的治疗靶点可能成为新的治疗途径。

2. miRNAs介绍

循环miRNAs的特点和作用机制

miRNAs是一类长度约19~24个核苷酸的非编码RNA分子，在进化中高度保守，广泛存在于动植物及病毒中 [3] 。miRNAs在血液中非常稳定，是潜在的血清标志物 [2] 。miRNAs参与调控细胞增殖、分化、凋亡、应激反应 [4] [5] [6] [7] 等过程，其过程如下，miRNAs控制多个靶mRNA的表达，miRNA的5'区域跟mRNA的3'端非翻译区(UTR)特异性结合，调节蛋白翻译过程 [8] [9] 。miRNA基因首先在细胞核内由RNA聚合酶II转录成初级miRNA，再转化成前体miRNA，经历细胞核和细胞质加工，并在剪切酶作用下，变成成熟的miRNA，接着加载到RISC (RNA诱导的沉默复合物)上发挥生物学功能 [10] 。

3. 循环miRNAs作为AIS生物标记物的应用

3.1. 诊断生物标志物

急性脑梗塞的早期诊断，识别非常重要，让医生快速做出临床决策。目前以AIS超急性期(6 h内)、急性期(1~3 d)的研究较充分。一项对80名发病5小时内的AIS患者研究分析，根据脑梗死面积大小，将患者分为大、中、小梗塞组。根据美国国立卫生研究院中风量表(NHISS)评分不同，分为轻度、中度、重度组。同组比较显示，大梗死组的血浆miR-409-3p水平显著增高；中度组水平较高，重度组最高，其ROC曲线下面积(AUC)为0.835，敏感性为89.5% [11] 。王琦等 [12] 对88名AIS患者研究证实血清miR-9-5p水平与急性脑梗死存在明显关联，由于样本队列小，需要多中心进一步验证。为了提高诊断率，程秀丽等 [13] 发现miRNAs组合检测具有更高的AUC值。miR-124、miR-155和miR-23的组合评估对超急性期梗死面积和神经损伤更有效 [14] 。此外，miR-125a-5p，miR-125b-5p和miR-143-3p的组合更容易区分AIS患者和健康人群 [15] ，miRNAs联合检测具有更高的诊断价值。

3.2. 预后生物标志物

脑梗死具有高致残率、高死亡率，早发现并治疗具有重要意义 [16] 。研究人员使用改良Rankin量表(mRS)对AIS患者进行评估，mRS ≤ 2表示预后良好，mRS > 2表示预后不良。根据出院时间，分为短期和长期预后。

1) 短期预后：张晓旋等 [17] 对82例患者进行1个月的观察发现，预后不良组血清miRNA-27a-3p水平降低，miRNA-210水平升高，两者AUC值分别为0.892和0.704，灵敏度分别为90.82%和71.5%。郭春轩 [18] 证实血清miRNA-185和miRNA-42表达增加与预后不良密切相关。Sara等 [19] 使用Logistic回归模型分析显示，miR-125b-5p增加一个单位，预后良好概率降低0.095。miR-103与AIS患者90天预后功能相关 [20] 。苏显都等 [21] 发现血清miR-17-5p和同型半胱氨酸(Hcy)联合检测能提高预后评估准确率。张蕊 [22] 证实联合检测确实提高预后评估准确率。

2) 长期预后：在一项为期1年的随访中，miR-210和miR-137低表达组的1年生存率明显增多，而miR-153低表达组则明显下降。它们是潜在长期预后标志物 [23] 。陈南耀等 [24] 发现预后不良组血清miR-124和miR-182显著升高，两者联合诊断为阳性的患者1年的死亡率明显升高。

4. 循环miRNAs在AIS发病后脑保护机制

研究证实了AIS发生后miRNAs表达谱发生变化，miRNAs可能与缺血病理生理有关 [25] 。miRNA通过减弱炎症反应、抑制氧化应激、抑制细胞凋亡，促进血管生成发挥AIS脑保护机制 [4] ，其具体过程细节如下：

4.1. 减弱炎症反应

当脑缺血损伤发生时，受损的神经元、小胶质、星形胶质细胞被激活，然后释放促炎细胞因子、趋化因子、第二信使和活性氧，引发炎症反应 [26] 。一方面，miR-210降低促炎细胞因子TNF-α、IL-6β、IL-2和趋化因子CCL3、CCL10的表达 [27] ，减弱炎症反应。另一方面，miR-126增强内皮干细胞的功能抑制炎症反应 [28] 。同时也发现，miR-124通过促进小胶质细胞M2极化来减少炎症细胞因子的产生 [29] 。此外，miR-29b通过增强血脑屏障完整性减弱炎症反应 [30] 。

4.2. 抑制氧化应激

当活性氧(ROS)在神经细胞中产生过量或降解受损，可引发氧化反应，从而损伤神经细胞功能。NADPH氧化酶(NOX)是活性氧(ROS)的主要来源，研究发现，miR-652显着降低小鼠脑组织中NOX2的表达和ROS的产生 [5] 。miR-126a-3p和miR-138-5p通过靶向NOX2来抑制氧化应激 [31] 。叶西红等 [32] 发现miR-361-3p可以通过靶向NACC1减少ROS的产生，从而防止氧化应激。

4.3. 抑制细胞凋亡

AIS发病后，神经元进行程序性死亡增多，也是细胞凋亡。研究发现，miR-29b通过抑制PC12细胞，增加Bcl-2表达，抑制细胞凋亡 [6] 。AIS小鼠模型中发现miR-582-5p的表达减少，miR-582-5p的过表达抑制Rho通路，继而下调PAR-1，从而减少神经元凋亡 [33] 。娜薇等 [34] 证实了miRNAs在缺血性脑损伤的神经元凋亡中起到关键作用。

4.4. 促进血管生成

脑卒中发生后，生长因子和抑制剂协同作用，诱导和维持内皮细胞的迁移和增殖，促进血管生成。研究发现，miRNA-26a可以介导VEGF的转录活性并激活AKT和ERK1通路，促使内皮细胞管腔形成 [7] 。miR-126不仅调节内皮细胞功能，还能促进血管生成 [35] 。张烨等 [36] 人发现miR-181b通过靶向PTEN调控新生血管。

5. 循环miRNAs在AIS潜在的临床治疗应用

5.1. 靶向治疗

miRNAs可与靶基因的3'-非编码区(3'-UTR)结合，进而抑制或激活靶基因的表达 [37] [38] 。薛伟舒等 [39] 发现miR-145通过MAPK通路发挥保护神经干细胞，可用于治疗小鼠脑卒中疾病，对预后有明显改善效果。左美玲 [5] 发现miR-652通过靶向NOX2来降低NOX2含量保护小鼠免受脑缺血损伤。miR-103通过靶基因WDR59的表达增强引发AIS预后不良 [20] ，可见抑制该靶基因能改善预后。miR-23a通过激活靶基因改善AIS预后 [40] ，因此，可增强该靶基因表达来改善预后。未来可干预miRNAs靶向基因的调控使其向有利的方向改变。

5.2. 个体化治疗

miRNAs个体化治疗是通过检测miRNAs表达谱来识别miRNAs的异常表达，针对性治疗，主要依据每个个体的差异去治疗，这样能避免常规用药副作用 [41] 。根据预后标志物对AIS患者进行个体化治疗，最大限度地提高疗效，减少伤害，达到最理想治疗效果。

6. 结论和展望

目前，循环miRNAs的研究已取得初步成果。现有数据证实miRNAs对AIS的诊断、预后和治疗具有广泛的影响，miRNAs通过减弱炎症反应，抑制氧化应激，抑制细胞凋亡，促进血管生成等途径来发挥脑保护作用。目前研究也存在缺点，如缺乏长期研究结果、血清与血浆之间的差异尚未探索；偏倚风险高，且样本量小，未来需要多中心大规模进一步证实。经过探索，相信未来会产生更多有价值的证据，转化为更有效治疗方法。通过靶向治疗技术的发展和个体化治疗指导，AIS患者的预后将进一步改善。

NOTES

^*通讯作者。