microRNA与脑出血后脑水肿机制研究进展

何志义

（中国医科大学附属第一医院神经内科，沈阳110001）

·综述·

microRNA与脑出血后脑水肿机制研究进展

何志义

（中国医科大学附属第一医院神经内科，沈阳110001）

何志义教授、主任医师、博士生导师，现任中国医科大学附属第一医院神经内科主任。担任中华医学会神经病学分会常委、中国医师协会神经内科分会常委、中华医学会神经病学分会神经生化学组副组长、中国抗癫痫协会理事、中国抗癫痫协会脑电图和神经电生理分会常委，东北地区神经病学学会主任委员、辽宁省神经病学会主任委员。主要研究方向为：缺血性脑血管病的基因多态性研究，基因与细胞治疗脑血管病基础研究，癫痫临床诊治及发病机制的研究，神经系统遗传性疾病发病机制的研究。目前，共获国家级、省部级科研课题12项，其中国家自然科学基金4项；作为分中心负责人参与“十二五”、卫生公益性行业科研专项等国家重点课题5项；获辽宁省科技进步三等奖5项；先后在国内外专业杂志发表论文166篇，其中SCI收录19篇；主译专著1部，参编专著5部。培养研究生130余人。

微小mRNA；脑出血；脑水肿

一、microRNA的功能

微小RNA（microRNA，miR）是指长度约为22个核苷酸的单链非编码短序列RNA，存在于所有多细胞生物体内［1］。不同物种之间的microRNA高度保守，而且在不同组织的处于不同细胞周期的细胞内microRNA的表达谱呈现高度的特异性［2，3］。microRNA参与转录后基因表达调控，作用位点位于信使RNA（messenger RNA，mRNA）的3′端，调控结果是相应蛋白合成减少，作用方式包括抑制mRNA的翻译或者影响mRNA的稳定性等［4，5］。microRNA的生物合成过程与编码区基因的合成过程类似，第一步细胞核内非编码区基因由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ转录成初级microRNA（pri-microRNA），此含有5′端的帽子结构及3′端的PolyA尾［6］，第二步pri-microRNA首先在细胞核内被Drosha核糖核酸酶剪切成为长度约70个核苷酸的前体microRNA（premicroRNA），然后由Exportin-5转运至胞浆内被Dicer酶剪切为成熟microRNA复合体，成熟microRNA复合体在p68解旋酶的作用下解离出两条单链microRNA，其中一条单链microRNA自行降解，另一条单链microRNA通过与目标mRNA共同形成RNA诱导沉默复合体（RNA induced silencing complex，RISC），RISC可以抑制mRNA的翻译或通过去磷酸化作用改变mRNA的稳定性［7］。

microRNA通过调控基因表达对细胞增殖、分化、凋亡等细胞行为起调控作用。一种microRNA的一类调控行为往往影响多种基因表达，此调控过程涉及多个信号通路。以miR-124为例，Lim等［8］证实miR-124可诱导Hela细胞向神经细胞方向分化，Farrel等［9］认为miR-124在脊髓神经表皮干细胞的发育过程中通过下调Sox9转录因子的表达而调控细胞分化。然而Xia等［10］发现miR-124通过抑制SNAI2信号通路对胶质瘤细胞起正向调控作用，Mukhopadhyay等［11］发现miR-124可通过整合素（integrin）通路及STAT3信号通路促进神经管的发育。microRNA的表达具有组织特异性，如miR-124在脑、视网膜、脊髓的神经元细胞中均呈高表达，但在其他器官组织中表达较少［12］。

microRNA的表达及其对靶基因的调控主要发生在细胞内，但是在血清等细胞外液中也有稳定存在的microRNA［13］。细胞外的microRNA可以通过两种机制保护自身不被核酸酶（RNAse）降解，一种是脂质小泡的包裹，另一种是与RNA结合蛋白相结合［13］。在包括脑出血在内的多种疾病中，外周血与病灶组织几乎呈平行的microRNA表达谱［14～16］。各学科领域的研究已发现包括肺癌、乳腺癌、心血管疾病、肝炎等在内的多种疾病的特异性外周血microRNA生物学标记物［15～18］。

二、脑出血后脑水肿的形成过程

脑卒中是危害人类健康的三大疾病之一，而脑出血（intracerebral hemorrhage，ICH）与所有其他类型的脑卒中相比致死率与致残率最高［19］。国内外研究表明，高血压病是自发性非创伤性脑出血最主要的病因［20，21］。通常把自发性非创伤性脑出血分为高血压性脑出血和非高血压性脑出血，后者包括脑淀粉样血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）等。无论何种类型的脑出血，都有相似的脑出血后脑损伤病理生理机制，包括血肿的占位效应、脑出血后灶周组织水肿、凝血酶及炎症介质等的毒性作用、局部脑血流变化等，其中脑出血后灶周组织水肿可直接引起颅内压升高、神经细胞坏死和凋亡，从而影响脑出血患者的预后［22］。因此，有效监测并控制脑水肿对降低脑出血的致死率和致残率具有非常重要的意义。然而，2014 AHA/ASA脑卒中脑水肿管理指南指出，目前尚无可靠的预测脑水肿进程的方法［23］。

脑出血后灶周组织水肿的形成机制尚未完全阐明，目前认为脑出血后灶周组织水肿的形成过程可划分为四个阶段：第一阶段是脑出血发生后几小时内出血灶周围神经细胞坏死的过程，脑出血血肿的机械牵拉作用于神经元轴索，神经元细胞处于缺血状态，引起轴索释放谷氨酸盐，谷氨酸盐与NMDA受体结合引起钙内流，从而降低了ATP活性和线粒体功能，引起氧化产物堆积、细胞泵衰竭，发生了细胞毒性水肿；第二个阶段是发病几小时后血块回缩导致血块内部静水压升高，引起血管源性水肿的过程；第三阶段是出血后约2天内凝血级联反应启动的过程，凝血酶活化，凝血酶在止血、抑制血肿扩大的同时，激活小胶质细胞释放IL-1β和TNF-α，引起ICAM-1等细胞黏附因子表达上调，导致多形核细胞浸润并释放细胞因子和趋化因子，细胞发生氧化应激损伤，基质金属蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs）表达上调，加重了血脑屏障的破坏，引起细胞凋亡、谷氨酸盐的释放、兴奋毒性损伤，促进了水肿形成；第四阶段是凝血酶介导的补体级联系统激活过程，补体激活引起膜攻击复合体的形成和血肿内红细胞的溶血反应，血红蛋白及其降解产物沉积在脑实质内，激活Nrf2转录因子导致氧化应激作用，引起强烈的炎症反应和细胞凋亡，血脑屏障通透性进一步增高，加重了血管源性水肿［24，25］。

目前已发现许多蛋白及细胞因子参与脑水肿形成的过程。水通道蛋白（aquaporins，AQPs）是哺乳动物细胞膜上的一种蛋白质，可控制水在细胞的进出，其中AQP1、AQP4和AQP9在脑组织中高表达［26］。Tang等［27］的研究表明，与正常对照小鼠相比，AQP-4基因敲除小鼠脑出血后大脑半球神经损伤及脑水肿程度更严重，这提示AQP-4可能具有减轻脑出血后水肿的保护作用。Wu等［28］在脑出血大鼠模型中发现，AQP-4mRNA于脑出血2 h开始增多，12 h达高峰，第5天恢复正常水平；而AQP-4蛋白表达于发病后3 h开始增多，第5天达高峰；此外脑出血后脑组织含水量于发病2 h开始增加，第5天组织含水量下降，但仍高于正常水平。脑出血后脑组织含水量与上述AQP-4蛋白表达的短暂增高呈正相关。上述研究表明，AQP-4与脑出血后脑水肿形成、脑水肿高峰期时限等相关。

基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一组可水解细胞外基质的蛋白裂解酶，因需要Ca2+、Zn2+等离子辅助而得名［29］。MMPs参与许多细胞的生理及病理过程，MMPs可降解的细胞外基质包括神经血管基底膜、血脑屏障中蛋白的紧密连接等关键结构［30］。MMP-9可通过破坏血脑屏障参与脑出血早期的血管源性水肿形成［31］，还可以与凝血酶协同作用加重脑水肿［32］。Guo等［33］和Suzuki等［34］研究均表明抑制MMP-9可减轻大鼠蛛网膜下腔出血后的早期脑损害。

血管活性物质包括许多可引起血脑屏障通透性增高的炎性介质，例如缓激肽（bradykinin）、血管细胞黏附因子-1（VCAM-1）等。Plesnila等［35］研究表明缓激肽B2受体基因敲除大鼠在脑损伤后脑组织肿胀程度与含水量均显著低于对照组，提示缓激肽可通过作用于B2受体引起血管源性水肿。Kraus等［36］发现，临床中基底节出血患者不同时相脑脊液中的VCAM-1浓度与出血后早期神经影像及临床状况密切相关，提示VCAM-1也可通过炎性介导途径参与脑卒中后脑水肿形成。

三、microRNA与脑出血后脑水肿机制

Liu等［14］在以大鼠为动物模型的实验研究中发现，与对照组相比，脑出血大鼠组脑组织microRNA呈有统计学意义的差异表达，而且外周血全血与脑组织几乎呈平行的microRNA表达谱。Zheng等［37］发现脑出血患者血肿扩大组与非血肿扩大组有30余种差异表达的miRNA。Guo等［38］发现脑出血患者血浆中与炎症相关的多种microRNA的表达含量都有明显变化。这提示我们可能通过检测脑出血患者的外周血相关microRNA表达谱来预测颅内脑水肿的情况。

很多研究都发现了microRNA与脑水肿的形成机制的密切关联。Hirt等［39］认为早期上调AQP-4的表达是降低脑水肿的有效机制，而Sepramaniam等［40］在研究中发现，在脑缺血大鼠模型中，miR-320a抑制AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表达，若拮抗miR-320a则AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表达均增高，从而使脑缺血大鼠脑梗死体积缩小。miR-21和miR-181b可通过调控靶基因MMP-9表达，加重血脑屏障破坏，进一步加重脑水肿形成［41］；相反，miR-126通过调控靶基因VCAM-1可减少炎性细胞浸润，从而减轻脑水肿［41，42］。

四、小结与展望

综上，脑水肿对于脑出血患者预后的影响很大，而microRNA对于脑出血后脑水肿的形成过程有调控作用。今后若能进一步阐释microRNA调控脑出血后脑水肿的机制，或许可以通过这一途径来监测或干预脑出血后脑水肿形成过程，从而开辟新的诊断和治疗途径，改善脑出血患者的预后。

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（编辑 裘孝琦）

Progress of microRNA Research in Brain Edema after Hemorrhage

microRNA；intracerebral hemorrhage；brain edema

R743

A

0258-4646（2014）11-0961-04