青海地区miRNA在缺血性脑卒中中作用的研究进展

Research Progress on the Role of miRNA in Ischemic Stroke in Qinghai

摘要: 缺血性脑卒中(ischemic stroke, IS)又俗称“中风”是一种很严重且危害中老年人身体健康的心脑血管病，它是全球发病率最高的一种疾病，同时具有很高的致残率和死亡率。miRNA (microRNA又称：微小核糖核酸)是一种内源性基因编码的长度为19~25 nt非编码的单链RNA分子且在动植物中进行转录后从而参与基因表达调控。近年来大量研究表明miRNA不但参与调控大部分生物学的过程，而且和许多疾病的发展存在着密切的关系。本文主要探讨青海地区miRNA与IS关系的研究进展。

Abstract: Ischemic stroke (IS), also known as “stroke”, is a serious cardiovascular and cerebrovascular disease that jeopardizes the health of middle-aged and elderly people with the highest incidence in the world, it has a high rate of disability and mortality. miRNA (microRNA also known as microRNAs) are 19~25 nt non-coding single-stranded RNA molecules encoded by endogenous genes that are transcribed in plants and animals to participate in regulation of gene expression. Recent studies have shown that the miRNA are not only involved in most biological processes, but also closely related to the development of many diseases. This paper mainly discusses the research progress of the relationship between miRNA and IS in Qinghai region.

1. 引言

青海位于我国西南地区，平均海拔约4000 m以上，被称作“世界屋脊”，是全世界海拔最高的高原。高原上空气干燥、低压低氧、寒冷以及紫外线辐射强等异常气候，这些都会对机体产生不良的影响 [1] 。根据青海高原地区的调查显示，高原血压异常发病率约为40%~50%，脑血管病患者合并高血压的比例为脑出血的83.4%，脑梗死为60.8%，蛛网膜下腔出血约为48.7%。高原高寒低氧的特殊地理环境，引起人体产生血液流流学的改变、血管内皮细胞损伤、炎症等一系列病理生理的变化，促进了脑血管疾病的发生 [2] 。

缺血性脑卒中(ischemic stroke, IS)是很常见的临床脑血管疾病，约占70%~80%左右，主要由于脑动脉血流灌注不足引起的狭窄、闭塞等造成脑细胞坏死，引起大脑功能障碍 [3] 。现如今，重组人组织型纤溶酶原激活剂(rtPA)溶栓治疗是IS急性发病最有效的治疗手段，但是狭窄的时间窗间接的限制了其临床应用 [4] 。IS的病因和病理过程是通过分子机制多层级联诱导的，其中部分是由转录后的活性调节的，研究的证据证实了miRNA作为脑转移生理学和IS的病理学沉默基因的重要介质作用 [5] 。

miRNA (microRNA)是广泛存在于真核生物中非编码单链RNA中，长度大约为19~25 nt，具有高度的保守性，在转录水平或者转录后水平调节基因表达 [6] 。miRNA能够通过转录的方式来调节基因表达的内源性非蛋白的小分子RNA，与特定蛋白结合形成RISC (RNA induced silencing complex，RNA诱导的沉默复合体)上，和携带miRNA互补的miRNA碱基互补配对，能够迅速地识别并且降解mRNA (信使RNA)。大量的研究证据表明以上这些物质在新陈代谢的增殖以及凋亡过程中都发挥着重要的作用，和心脑血管类的疾病发展变化有着密切的联系。通过miRNA的研究去了解IS疾病发展过程中物质新陈代谢的变化，进一步为IS的预防和治疗提供了新的依据，给IS患者带来了新的希望。本篇文章主要论述青海地区miRNA与缺血性脑卒中关系的研究进展。

2. miRNA的机制

miRNA的成熟是生物合成的结果。细胞核内编码miRNA的基因在RNA聚合酶的作用下转录成为原始的miRNA转录本(pri-miRNA)，逐渐加工合成形成具有茎环结构的前体RNA (pre-miRNA)，前提RNA通过核浆转运蛋白输出到细胞浆，在Dicer酶和Ago蛋白家族等共同作用下，产生小分子双链miRNA，随着DNA双螺旋的解链，一条单链快速被降解，另一条结合的RISC (即RNA诱导的沉默复合体)，形成miRNA-RISC复合物 [4] 。RISC将识别与miRNA序列互补的信使RNA (mRNA) 3’非翻译区(3’端)，触发RISC切割目标信使RNA (mRNA)，从而导致目标基因的转录后沉默。Tan等首先利用血液标本的微阵列分析和miRNAs37的选择性TaqMan定量聚合酶链反应(qPCR)，评估了健康个体和脑缺血诊断个体之间miRNAs的表达 [7] 。近些年大量的关于缺血性脑卒中患者miRNA表达谱的研究表明，miRNA有可能是缺血性脑卒中诊断和预后的有用生物标志物。

3. miRNA与细胞凋亡、坏死

缺血性脑卒中患者的一些症状可能与神经元细胞的凋亡有关。当IS发生时，神经元细胞开始出现凋亡和坏死。坏死主要发生在缺血核心区，而凋亡主要发生在半暗带区 [5] 。据报道，miRNA 21、miR-99a和miR-497可减少缺血体积，保护神经元细胞凋亡，从而改善大鼠和体外IS的神经功能，同时过量的表达miR-424和miR-let-7c-5p可以抑制IS小胶质细胞的活化 [8] 。在IS中，据一些研究表明miRNA可以通过抑制神经炎症和减少细胞死亡来减轻神经功能缺陷，与此同时它也具有诱导IS患者的神经细胞修复的作用。机体炎症反应是细胞损伤后的一种免疫反应，通常炎症能够清除坏死细胞以及组织，并且启动组织修复程序，但是过度激活免疫反应对机体反而是有害的，可能会引起机体的损伤。炎症和氧化应激是促进缺血后细胞和分子损伤的重要事件，它们为预防IS后继发性脑损伤提供了两个有前景的治疗方向 [9] 。

4. miRNA在缺血性脑卒中的作用

4.1. miRNA与缺血性脑卒中的病因

动脉粥样硬化是由于脑血管突然闭塞或破裂而引起的局灶性或全身性症状和临床体征的突然发作，从而导致脑灌注不足或出血导致的脑压迫 [10] 。例如临床缺血性脑卒中的患者约70%是由于高血压引起的血管壁闭塞或破裂导致的脑梗死，它是一种很严重的血管性疾病，包括心机梗死和缺血性脑卒中，是全球人类发病以及死亡的最主要原因，是IS最重要的发病机制。IS的发病涉及多种分子过程，包括兴奋性毒性、氧化损伤、炎症、水肿形成和神经元细胞 [11] 。AS的形成后向大脑的任何动脉供血，它都会破坏大脑动脉的血液流动。当动脉斑块破裂时，坏死核心区域即刻释放氧化脂质，形成血栓，阻塞供血的动脉，从而导致大脑缺血。据报道，miRNA参与了动脉粥样硬化斑块的形成，miRNA-126是内皮细胞功能和免疫细胞募集的重要调节因子，已经被证明能形成靶向VCAM-1和芽生相关EVH1结构域蛋白1 (SPRED1) [12] 。据报道 [13] ，IS患者的血液样本中检测到miRNA-151a-3p的表达变化，血清miRNA151a-3p水平可能指示IS的发病和进展，也可能是IS诊断的潜在生物标志物。

4.2. miRNA与缺血性脑卒中的治疗和预后

IS的治疗以及预后与血管的重塑、炎症的激活再生相关。IS的预后主要是通过改善大脑中病变组织的血液供应，miRNA可能是一种新的治疗IS的方法。miRNA调节血管的生成通路，进而调节血管内皮细胞的迁、增殖以及血管形成模式 [14] 。根据近两年的相关文献表明，在患有缺血性IS的情况下，miRNA-126过表达可以减弱血脑屏障(BBB)破坏，促进功能恢复，抑制小胶质细胞激活，并改善实验性IS后的神经发生，循环miRNA-126与缺血性脑卒中患者的低风险和炎症水平降低相关 [15] 。据文献记载显示大脑的miRNA表达失调与多种神经系统疾病有很大的关联，因此人类对非编码miRNA分子有很大期待，希望它们能成为心脑血管类的以及更多领域的新型药物靶点，但是在IS的研究领域中，miRNA或者以及血管抑制剂的治疗仍处于萌芽阶段。我们未来需要努力探索利用纳米颗粒的模拟物或者利用miRNA抑制剂来降低脑屏障损伤和脑水肿等疾病。

4.3. miRNA与缺血性脑卒中的局限性

在IS的治疗中，选择性调节特定的血管组蛋白是缺血性卒中的一种有希望的恢复性治疗方法，但是miRNA以及血管组蛋白治疗在IS的应用中存在巨大的挑战和限制 [16] 。某些研究已经表明IS与血脑屏障破坏及特定miRNA失调呈正相关。据大量文章显示miRNA可以靶向与紧密连接蛋白、内皮细胞功能、细胞外基质重塑和炎症通路相关的基因，这些基因在维持血脑屏障完整性中起着关键作用 [17] 。miRNA-155对血脑屏障功能有负面影响，是神经炎症的关键调节剂，MiR-155可以促进炎性细胞因子和趋化因子的表达，如肿瘤坏死因子-α (TNF-α)和白细胞介素-1β (IL-1β)，从而影响血脑屏障的完整性 [18] 。此外，miRNA-155抑制了claudin-1和zonula occluden-1 (ZO-1)之间的连接，这反过来加强了内皮紧密连接，这是维持血脑屏障紧密性所必需的 [19] 。IS的CT (+)表现24~48小时后，MRI (+)是4小时后，然而IS最有效的溶栓是6小时内，若能够在3小时内溶栓，能够更有效地降低患者的死亡率。根据研究证明， [20] 大鼠的miRNA生物学标记物有意义的时间是6小时，而人的则是在一周内的变化数据，并未给出0~3小时、3~6小时、6~12小时、12~24小时相应的时间段miRNA的变化曲线。

5. miRNA的临床研究

Huang等收集了531例IS患者，运用Tap Man assay的方法研究miRNA-146a、miRNA-196a以及miRNA-499a多态性与中国人群IS发病的风险关系，他们注意到miRNA-146a等显著增加中国人群IS的发病风险，与空腹血糖、血脂水平共同在IS的发生、发展中起到重要作用，与此同时纳入了31例IS中的研究发现，IS患者中miRNA-124和miRNA-9的表达均下降，IS患者起病24小时内血清中miRNA-124和miRNA-9的水平与脑梗死体积、超敏C反应蛋白水平呈负相关，提示它们可能成为预测临床转归和预后的新指标 [21] 。然而此研究有局限性，例如研究的数量，它缺乏对个体生活方式的全面的调查，以及在方案、样本收集、miRNA分离方法和miRNA分析平台上的异质性 [22] 。

6. 总结与展望

根据大量的研究表明，miRNA作为基因调控因子，能够编码多种蛋白质。miRNA的正常表达对大脑发育起着很重要的作用，尤其是对于IS至关重要。miRNA能够作为风险因子对IS的发生进行推测，对IS疾病的严重程度进行评估，协助临床医生及时地调整治疗方案。miRNA作为一种新型的调控分子，已经突显出巨大的临床前景，能够为疾病的早期诊断、分型以及通过补充外源性miRNA等，给疾病的治疗提供新的策略。然而miRNA的失调能够引发IS以及其它神经系统疾病发生的可能性，它与IS的作用关系仍有巨大的问题有待探究。在未来的科学技术的发展中，可针对不同的miRNA以及不同的信号通路在miRNA的神经性保护作用方面进行研究，且通过基因学、转录、蛋白质以及物质代谢去探索miRNA参与的神经性保护作用，从而为治疗IS提供更多的选择性及预后的评估等，使更多的IS患者受益。

NOTES

^*通讯作者。