不同种类RNA与脑出血关系的研究

范亚男 张敬军

脑出血(intracerebral hemorrhage，ICH)是神经科常见病，死亡率及致残率高，病死率高达50%以上，生存病人中约40%的患者遗留严重残疾，7%的患者存在永久性的神经功能损伤。我国自发性脑出血是威胁中老年人健康的主要疾病之一，近年来发病呈年轻化趋势。本文探讨不同种类RNA的研究现状及其与脑出血的关系。

一、mRNA与脑出血

mRNA是由DNA的一条链作为模板转录、携带遗传信息的能指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸，它在核糖体上作为蛋白质合成模板，决定肽链氨基酸排列顺序。mRNA存在于原核生物和真核生物的细胞质及真核生物的某些细胞器(如线粒体和叶绿体)中。RNA病毒和RNA噬菌体中的RNA既是遗传信息载体又具有mRNA功能。生物体mRNA种类的多少与生物进化水平有关，高等生物所含的遗传信息多，mRNA种类也多。

Wnt通路又称为Wnt/β-catenin通路，研究发现大鼠脑出血后Wnt-1 mRNA水平降低，GSK-3β mRNA水平升高，β-catenin蛋白表达升高；经siDkk-1干预后，Wnt-1激活，GSK-3β被抑制，β-catenin进一步升高，改善了脑出血大鼠的行为学表现。行为学表现的改善表明激活的Wnt通路在脑出血早期有脑保护作用。同时能够减轻伊文蓝外渗和脑组织含水量，说明Wnt通路的激活可以促进受损BBB修复，发挥脑保护作用[1]。脑出血后血管基底膜破坏，MMP-9迅速被激活，被激活的MMP-9攻击BBB毛细血管下基底膜，降解ECM的胶原成分、层黏蛋白、弹性蛋白及纤维连接蛋白，使其结构性的完整性遭受破坏，BBB通透性增加，形成血管源性脑水肿及炎细胞浸润，进一步释放炎症因子，从而促发脑水肿形成以及继发性脑出血和脑损伤[2]。NRH2能够增加 proNGF、sortilin、p75NTR表达水平,这三种上调因子可形成复合体使Bax/Bcl-2比值升高，诱导脑出血后血肿周围脑组织细胞凋亡[3]。P38MAPK通过一系列信号转导，在脑出血发生发展过程中发挥重要作用，参与脑组织损害，同时激活IL-6/8等炎症因子的释放，加重脑出血后炎症反应[4]。研究发现细胞外Prx1激活TLR4 / NF-κB途径,可能与脑出血后脑细胞的神经炎性损伤有关，因此阻止Prx1-TLR4信号通路可能会为延长脑出血中风的治疗窗提供新的思路[5]。TIM-3水平在脑出血发病后逐渐升高，至 24～72 h 升高至顶峰后逐渐下降，提示 TIM-3 可能和脑出血后炎症反应有关[6]。这些基因位点均为脑出血的防治提供了新靶点。

二、非编码RNA与脑出血

非编码RNA(Non-coding，RNA)，是一类具有多功能而不翻译蛋白质的RNA，它除了rRNA及tRNA等多种已知功能RNA外，还包括microRNA、lncRNA等。这些RNA的共同点是都能从基因组上转录而来，在RNA水平上就能行使各自生物学功能。非编码RNA从长度上可以分为3类：小于50 nt，包括siRNA、piRNA及microRNA；50 nt至500 nt，包括slRNA、snoRNA、rRNA、tRNA及snRNA等；大于500 nt，包括长的不带polyA尾巴的非编码RNA，长的mRNA-like非编码RNA等。目前对于非编码RNA研究较多，非编码RNA均参与血管平滑肌细胞行为及调节血管内皮细胞，在动态调节血管损伤和重塑过程中发挥重要作用。而血管功能失衡易导致脑出血发生。随着在脑出血中非编码RNA研究的不断深入，将对脑出血的防治起到重要意义。

1．microRNA与脑出血：微小RNA(microRNA,miRNA)是一类长度为21～25个核苷酸的内源性非编码小RNA分子，普遍存于病毒及动植物中，甚至单细胞有机体、衣藻及绿藻等体内参与基因调控。在果蝇、线虫和人类中具有高度保守区间，并且在表达上有显著的时空特异性。miRNA被称为转录后调节器，在真核生物体内通过与靶mRNA特异性结合，影响mRNA表达，从而引发脑出血。在哺乳动物中，miRNA调控大约30%的蛋白编码基因，通过调节多个信号通路而影响生物体内细胞增殖与凋亡、生长发育、代谢活化、DNA修复及迁移等一系列生物学过程[7]。目前miRNA参与脑出血发生发展的方式主要有4种：(1)由于变异、失活及转录下调等导致miRNA表达下调或缺失，引起靶mRNA过表达。(2)由于基因扩增或在启动区变异miRNA过表达，导致靶mRNA过表达。(3)在一个mRNA3′-UTR变异可能影响一个miRNA的结合位点，导致靶mRNA表达不稳定。(4)在一个基因的3′-UTR变异产生一个新的miRNA结合位点，导致额外mRNA失活或降解。在人的体液中，包括血液、脑脊液、胸水、腹水、腹水及尿液等，均可以检测到 miRNA。血浆或血清中 miRNA可作为临床早期诊断的生物标记物和其在疾病发病机制中的作用，为脑出血标准化防治开辟了新的研究领域[8]。

miRNA-16 可抑制VEGF-A、VEGFR2和FGFR-1基因表达，降低ECs增殖、迁移及血管再生能力，使血管壁修复能力受损，导致脑出血发生；miR-223与IGF-1R基因特异性结合，阻断其下游PI3K/Akt/mTOR/p70S6K信号转导通路，抑制ECs增殖，减弱血管壁损伤的修复能力，易诱发脑出血发生。miR-124可通过抑制下游靶基因RhoGDIA，抑制血管平滑肌和内皮细胞增殖、迁移能力，使血管壁修复能力受损，易导致脑出血发生[9]。脑水肿导致继发性脑损伤，加重脑出血患者的细胞损伤，研究人员通过使用LNA阵列测定ICH患者和健康者的miRNA，并使用逆转录-聚合酶链反应验证，结果表明ICH患者似乎有一种特异的miRNA表达谱。和正常人相比，miR-126、miR-146a、mir-let-7a、miR-26a在脑出血患者中表达均降低，但是只有miR-126的低表达与脑出血后脑水肿相关[10]。NLRP3炎性体，是一种多聚体蛋白复合物，可以通过参与IL-1β的表达，从而促进炎症反应。在脑出血患者中，NLRP3和miR-223表达成负相关。编码NLRP3的mRNA中包含miR-223的结合位点3'UTR。MiR-223可直接与3′UTR位点结合调节NLRP3表达。miR-223可以通过下调NLRP3的表达，从而抑制炎症反应，减轻脑水肿，改善神经功能[11]。目前miRNA表达在脑出血发病过程中的作用机制尚未阐明，大部分停留在动物实验阶段，如何将基础研究成果向临床应用转化是目前研究的内容之一。

2.lncRNA与脑出血：长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一类长度大于200nt的非编码RNA，广泛存在于真核生物的细胞核或细胞质内。可分为基因间lncRNA(intergenic lncRNA)，内含子lncRNA(intronic lncRNA)，正义lncRNA(sense lncRNA)，和反义lncRNA(antisense lncRNA)。也可分为5类即正义、反义、双向、基因内及基因间lncRNA 。它是由RNA聚合酶Ⅱ转录，同时被盖帽与加尾而形成小分子RNA[12]。具有RNA 样结构，分子内部具有特定而复杂的二级及三级空间结构，能提供与蛋白质结合的多个位点，也可与DNA、RNA之间通过碱基互补配对原则发生特异性、动态性相互作用，形成由lncRNA参与的复杂、精确而微妙的基因表达调控网络[13]。lncRNA 具有组织、细胞、发育阶段、时空及疾病特异性[14]，不仅在调控真核生物表达，参与转录激活、转录干扰、染色体修饰、基因组印记、X染色体沉默、功能性蛋白转运以及核内运输等多种生命过程中发挥重要作用，而且与心血管疾病密切相关[15]。lncRNA数量巨大，种类繁多，调节遗传信息流的方式及调控基因表达的模式也多样。lncRNA通过反义调节的方式调节相关蛋白编码基因的表达。lncRNA调节改变，则一系列相关蛋白的作用模式会变化，最终导致疾病的发生。lncRNA可在转录调控、转录后调控及表观遗传学等多个层面调控基因表达。

lncRNA与多种神经系统疾病相关，如脑出血、阿尔茨海默病及孤独症等。研究发现染色体9p21区域的位点变化与动脉粥样硬化的发生发展密切相关[16]。lncRNA ANRIL位于染色体9p21区域，是一个来自于INK/ARF位点的长链非编码RNA。ANRIL的表达增加与动脉粥样硬化的严重程度呈正相关，易诱发脑出血[17]。INK4b-ARF-INK4a位点在细胞周期的控制、细胞衰老、干细胞的自我更新和凋亡中具有重要作用。P15INK-4b是一种周期依赖性激酶抑制剂，其通过抑制增殖激酶CDK4，阻碍血管平滑肌细胞由G期进入S期，防止血管内膜增生，延迟动脉粥样硬化形成。lncRNA ANRIL能够招募PcG复合物定位到P15 INK-4b基因位点，抑制其表达，降低脑血管的保护作用，从而导致血管平滑肌细胞增殖，易导致脑出血发生[18]。lncrna-rncr3在内皮细胞及平滑肌细胞中的表达上调可加重高脂血症及炎症因子释放，促进血管平滑肌细胞增殖，加速动脉粥样硬化进程。研究发现lncrna-rncr3具有抗动脉粥样硬化作用，因此抑制其表达可间接预防脑出血的发生[19]。

3.circRNA与脑出血：环状RNA(circular RNA，circRNA)与其他非编码RNA不同，它不具有5'末端帽子和3'末端polyA分子，而是通过外显子或内含子环化以共价键形式将3'和5'末端连接起来形成完整环形结构[20]，可以抵抗核酸外切酶消化作用，因而比线性RNA更稳定，更具有保守性及多样化[21]。研究证明circRNA广泛存在多种真核生物细胞质，目前常在人类细胞、组织、果蝇及海马鱼中对circRNA进行研究。并且在同一个真核生物体不同组织中也是广泛存在，circRNA在脑、肝、肺、肾、胃及睾丸中存在，且具有高度保守性。根据序列构成不同，circRNA可分为两大类：外显子来源的环形RNA(exonic circRNA)[21-23]和内含子来源的环形RNA(intronic circRNA)[24,25]。近年来Salzman及Li等[26,27]在实验中发现了新型circRNA命名为保留内含子来源的环形RNA(retained-intron circRNA)及外显子-内含子circRNA(exon-intron circular RNA，ElcircRNA)。circRNA具有多种生物学功能如circRNA充当miRNA海绵、转录调控、与RNA结合蛋白之间相互作用、参与蛋白质翻译[28,29]。

研究报道circRNA可以影响动脉粥样硬化性脑血管病(atherosclerotic vascular disease，ASVD)。circRNA的表达与人类9p21位点有关。circANRIL通过与PES1结合，抑制血管平滑肌细胞及巨噬细胞中rRNA前体加工，然后诱导p53活化，抑制细胞增殖及诱导细胞凋亡。对cANRIL表达进一步研究有望用于防治动脉粥样硬化[30]。circRNA与多种疾病密切相关，在疾病发生发展过程中起着重要作用，因此有望在未来成为一种高效能的临床诊断标志物，对多种疾病的诊断都将有所帮助，同时也为脑出血的靶向治疗提供了新思路。

三、展望

脑出血发病机制复杂多样， mRNA、miRNA、IncRNA及circRNA 四种RNA与脑出血密切相关，进一步探讨不同性质RNA与脑出血的关系，寻找特异性的RNA标记物，为脑出血患者防治提供精准依据，也为开发特异性及靶向性制剂提供理论依据，对提高脑出血精准防治具有重要价值。