miRNA与动脉粥样硬化

苏绮宋丽石鑫程熠郑杨

(吉林大学白求恩第一医院心血管诊治中心，吉林 长春 130021)

动脉粥样硬化是老年人常见病和多发病。近来，小分子RNA(miRNA)特异性表达成为动脉粥样硬化研究的热点。miRNA能够调控哺乳类动物编码蛋白质基因的30%，人类基因组大约编码超过1 000种的miRNA〔1〕。研究miRNA组成和变化规律，对动脉粥样硬化新诊断方法和治疗方案的确立大有助益。本文就miRNA在动脉粥样硬化中的作用和进展加以概述。

1 miRNA的形成和作用机制

miRNA是一类大小为19～25个碱基(平均为22个碱基)的内源性非编码小RNA分子，通常与靶基因mRNA的3'-非编码区(3'-untranslated region，3'-UTR)结合调控翻译。

1.1 miRNA的形成 多数miRNA编码于基因间区域和反义区域，具有其自身的miRNA启动子和调节元件，其中大约40%miRNA编码基因存在于蛋白和非蛋白基因的内含子，甚至在非编码蛋白基因转录而成的RNA外显子区。

RNA聚合酶Ⅲ或RNA聚合酶Ⅱ是miRNA的产生过程中重要的合成酶。它们以上述编码miRNA的DNA为模板，转录产生长约1 kb pri-miRNA，pri-miRNA具有5'帽子结构、茎环结构和3'多聚腺苷酸尾。Drosha是一种RNA聚合酶Ⅲ，它可切割pri-miRNA的5'帽子结构和3'多聚腺苷酸尾，释放茎环而产生70～100 bp的pre-miRNA。pre-miRNA生成后，从细胞核转运至细胞质，由Dicer切割成双链瞬时双螺旋miRNA(成熟miRNA与其互补序列互相结合成所谓miRNA:miRNA* 双螺旋结构)。

miRNA*是miRNA的互补序列。在miRNA:miRNA*双螺旋中，只有其中一条单链可以选择性结合到RNA诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex，RISC)上去而成为成熟miRNA，随后另一条立即被降解。成熟miRNA的产生是随机选择的结果，但由于两条链的稳定性有所不同，导致机会的不等。miRNA:miRNA* 双螺旋的结构，两条链的3'端均有2个游离核苷酸悬臂。此外，它的两条链不完全配对，miRNA链上靠近5'端有一个不与miRNA*链相应位置配对的小突起。这个小突起显著地减弱了miRNA链5'端的稳定性。成熟miRNA的产生总是趋向于选择更不稳定的5'端，结果往往是双链解开后miRNA链结合到RISC中，这样极度不对称的选择性的好处是，不会因为miRNA* 链结合到RISC中的比例过多而显著降低miRNA对翻译的抑制效率。单链miRNA与靶mRNA的3'-UTR不完全互补配对，从而阻断该基因的翻译过程〔2，3〕。

1.2 miRNA的作用机制 miRNA能够破坏或阻止mRNA的翻译，miRNA的上调导致目标蛋白质的下调，而miRNA的下调导致目标蛋白质的上调。单链miRNA与靶mRNA的3'-UTR不完全互补配对，从而阻断该基因的翻译过程，但该翻译抑制的详细机理尚未完全清楚。miRNA表达下调在炎症疾病中比较普遍，基因突变、表观遗传失活、转录下调和转录后异常加工都可导致miRNA表达下调或缺失。miRNA编码基因启动子区域的突变也可导致过表达;miRNA在靶基因mRNA的3'-UTR区结合位点的突变，可以导致其过表达。同时，3'-UTR区的突变也可产生新的miRNA结合位点〔4〕。

2 miRNA参与调控动脉粥样硬化发病细胞生物学变化

动脉粥样硬化发病涉及多种细胞、多种分子的参与。血管内皮细胞、内皮祖细胞、血管平滑肌细胞、血小板是动脉粥样硬化的细胞生物学基础。内皮损伤，单核细胞黏附并侵入内皮下间隙，摄取脂质并转化为巨噬细胞;同时，内皮细胞脱落也引起血小板黏附。血小板、巨噬细胞及内皮细胞均可分泌细胞因子，刺激血管平滑肌细胞增生，进而形成斑块。多种miRNA在上述细胞均有特异性表达。此外，存在于人血清中的miRNA，有望成为动脉粥样硬化检测的生物标记物。

2.1 miRNA与血管内皮细胞 血管内皮损伤是动脉粥样硬化发病的关键初始环节，miRNA对血管内皮细胞正常功能具有重要作用。敲除Dicer和Drosha，改变成熟miRNA的生成，可影响内皮细胞专一性受体激酶(endothelial cell-specific receptor kinase，Tie-2)、血管内皮生长因子受体 2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2)、一氧化氮合酶3等重要血管生成因子的表达，并降低内皮细胞的增殖和迁移〔5，6〕。miR-126、miR-10a、miR-34a、miR-217、miR-200、miR-146c 和 miR-181a在抑制细胞增殖和衰老上起重大作用;miR-31、miR17-3、miR-155、miR-221、miR-222和miR-126是血管炎性反应的关键调节因子〔7，8〕。由此可见，miRNA的正常形成和成熟是血管内皮细胞维持正常功能的基础。

miRNA在血管内皮细胞也有特异性表达。研究发现:miR-126、miR-221、miR-222、mir-130a、let-7 family、miR-21 和 miR-27b是内皮细胞高表达miRNA，多数miRNA调节Flt-1、Nrp-2、FGFR、c-Met等血管生成调节因子受体表达〔9～11〕。

2.2 miRNA和内皮祖细胞 内皮祖细胞通过增殖分化为成熟血管内皮细胞，修复损伤血管，改善内皮功能，具有抑制动脉粥样硬化的作用。研究发现:冠心病病人的内皮祖细胞数目减少，其内皮祖细胞中miR-221和miR-222的表达要高于正常人〔12〕。内皮祖细胞生成 miR-126、miR-130a、miR-221、miR-222和miR-92a，而这些miRNA对血管生成起重要作用;在动脉粥样硬化患者内皮祖细胞中，这些miRNA调节失控〔13〕。

2.3 miRNA和血管平滑肌细胞 血管平滑肌细胞表型的改变是血管内皮损伤后动脉粥样硬化发病的特征阶段。miRNA是血管平滑肌细胞分化的分子开关，它通过影响转录因子和细胞骨架的表达，调节血管平滑肌细胞表型〔14〕。miR-145是正常血管平滑肌细胞中丰度最高的miRNA，是血管平滑肌细胞表型至关重要的调节因子，其表达能显著下调血管平滑肌细胞去分化〔15〕。同样，miR-133也是调控血管平滑肌细胞表型的分子开关〔16〕。

2.4 miRNA与单核细胞、巨噬细胞 单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、淋巴细胞和中性粒细胞，是动脉粥样硬化的发病机制中不可或缺的细胞基础。研究发现:在单核细胞向巨噬细胞分化过程中，miR-21表达增加;miR-223和miR-15a和miR-16表达下降，导致核转录因子-KB(NF-kB)激酶(IKKα)高度表达，影响NF-kB途径，进而影响巨噬细胞的分化〔17，18〕。miR-214干扰磷酸酶和紧张素同系物(tensin homolog)调节细胞生存状态〔19〕。miR-146a 调控 Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)信号转导〔20〕;在来源于单核细胞的树突状细胞和巨噬细胞中，miR-511是TLR4的阳性调节因子，TLR4促进氧化型低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)诱导的巨噬细胞向泡沫细胞分化过程，miR-125a-5p 也有部分调节作用〔21～23〕。miR-146a 在氧化型LDL刺激形成的树突状细胞中，通过CD40配体(CD40L)影响原炎症细胞因子的分泌〔24〕。miR-155调节interleukin-1信号转导，使c-Fos表达沉默，是树突状细胞成熟过程中必不可少的环节〔25，26〕。另有研究发现:miR-155 和 miR-221 可以通过p27kip1、KPC1和SOCS-1，影响IL-12的生成，进而影响树突状细胞的发育和凋亡〔27〕。

2.5 miRNA与血小板 近年研究发现:血小板黏附、活化和聚集也是动脉粥样硬化发病机制中的重要环节。血小板中存在mRNA和mRNA剪接所需分子(Dicer、TAR RNA-binding protein 2和Ago2)，可翻译出与止血和炎症相关的蛋白〔28～30〕。生物信息学研究发现:每个miRNA平均可以识别300余个mRNA〔27，31〕。miR-223 可与 P2Y12(adenosine 5'-diphosphate receptor)的mRNA发生靶向作用，免疫沉淀实验也证实:P2Y12 mRNA存在于血小板 Ago2免疫沉淀物中〔32〕。miR-15a、miR-339-3p、miR-365、miR-495、miR-98 和 miR-361-3p 在激活的血小板表达异常〔33〕。

3 血浆中游离的miRNA与动脉粥样硬化

存在于人血浆中的miRNA逐渐成为疾病检测的生物标记物。动脉粥样硬化，冠状动脉狭窄，是导致心肌梗死的原因。人类肌肉富含的 miRNAs(miR-1、miR-133a、miR-499)，心肌富含特异的miR-208a。研究发现:健康人血浆中含有低浓度的miR-1、miR-133a和miR-499，但不含有miR-208a。而急性心肌梗死人类血浆中，上述miRNAs水平显著升高;冠状动脉闭塞后0 h内，miR-208a难以在血浆中检测到，然而1 h后即可显著升高到并可检测到。miR-208a未能在非急性心肌梗死患者血浆中检出，但在急性心肌梗死患者检出率高达90.9%，并可在症状发生4 h内的急性心梗患者的血浆中检测出因此，miR-208a对急性心肌梗死的诊断具有较高的敏感性和特异性。人类血浆中miR-208a心肌特异升高可作为心肌损伤前期诊断的新型生物标记物。

4 结语

血管细胞和血液细胞共同构成动脉粥样硬化的细胞生物学基础，miRNA是上述各种细胞调节动脉粥样硬化进程的重要环节;血浆中游离的miRNA具有作为动脉粥样硬化新型生物标记物的前景。动脉粥样硬化是老年人常见多发病，进一步深入研究miRNA及miRNA调节机制，将为老年患者动脉粥样硬化的预防和治疗奠定基础。

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