股骨头坏死中与血管新生相关microRNA的研究进展

郭平德 李盛华 付志斌 周明旺 王鹏志

1.甘肃省中医院，甘肃 兰州730050；2.甘肃中医药大学，甘肃 兰州730000

微小RNA（microRNA，miRNA）是近些年来发现的一种长约18-25nt的非编码的小RNA分子，在人体内含量较多并参与许多生命活动的调控过程。从1993年发现首个miRNA至今［1］，关于miRNA和疾病相关性研究一直是研究热点之一，研究发现，在生命体的细胞分化、胚胎发育、血管形成、疾病发生等许多病理生理的发生过程中有着重要的调控作用，从而为许多难治性疾病的诊疗提供了一条新的思路。非创伤性股骨头坏死（nontraumatic osteonecrosis of femoral head，NONFH）是指由酒精、激素等非创伤性因素导致的股骨头部血运障碍，最终导致缺血坏死的一种病理表现。本文以miRNA为基点探讨其在血管新生相关机制在疾病发生过程中的作用，希望从分子生物学的层面，为NONFH的早期诊断和治疗找到新的思路。

1 血管新生与NONFH

血管新生是指新血管生成的生物学过程，包括血管发生、血管新生和动脉生成这三个主要过程［2］。在人体生理环境中，只有在怀孕等一些特殊的条件下，才会出现血管新生。除此之外，如有新生血管出现，则会诱发一些特定的疾病，这类疾病统称为血管新生性疾病，如癌症、糖尿病视网膜病变、类风湿、牛皮癣、胃溃疡等。

血管生成以后，新的血管互相融合成新的血管网，发挥着调节血流、提高对心肌、骨骼肌及骨骼组织等缺血组织的血液供应的作用。现代研究认为，NONFH发病可能与血栓形成、血流中断、血管壁损伤、脂肪栓塞、凝血功能异常等诸多原因相关［3］。主要病理过程是股骨头局部缺血导致局部的骨质和骨髓死亡，然后一系列自身修复机制被启动，然而除非坏死部位刚好在股骨头中央或坏死病灶很小，否则这种修复机制是经常无效的［4］。因此，在股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）的修复中，怎样恢复缺血区的血供起着非常至关重要的作用［5-6］。Wang等［7］用过量激素做出了ONFH的兔子模型，观察其股骨头动脉结构的变化，发现其小容量血管数量增加并血管管径变小的结论。总之，ONFH的病理过程涉及诸多方面，需要有更多的科学依据来证明，但局部缺血事件的发生仍然是ONFH病理环节中一个重要因素，是否可以通过增加或改善坏死部位的血供和血管再生来治疗ONFH，成了ONFH研究的热点之一。

2 miRNA与血管新生

miRNA是一种存在于生物体内高度保守的内源性非编码小RNA分子，是以碱基互补配对方式结合的mRNA，参与调控mRNA及基因表达的转录后调节，从而达到调控基因表达的目的。作用机制为切割mRNA长链，缩短mRNA多聚腺苷尾以降低其稳定性，降低mRNA在核糖体内翻译蛋白的效率［8］。miRNA在调控基因表达方面可起到促进或抑制作用，但是主要是抑制作用。近些年，发现了大量的miRNA，目前miRNA数据库已收录的人类miRNA有1881种。miRNA是生物体进行正常生命活动的重要调节因素之一。更多的证据表明，miRNA是心血管和肿瘤等疾病发生的重要调节器［9，10］。

血管新生是一个复杂过程，内皮细胞（endothelial cell，EC）功能变化是其中最重要的环节；由EC释放的细胞因子，在调节内皮细胞的迁移和分化过程中起到关键作用。因此，在内皮细胞的调节功能中，一些关键细胞因子的表达调控更多地受到重视。研究发现，let-家族、miR-17~92簇、miR-221/222、miR-21、miRNA-23~24簇和miR-126在人脐静脉血管内皮细胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVECs）中高表达［11，12］。有研究证明，抗血管新生相关miRNAs结合正调节蛋白可抑制血管的发生；但血管新生相关miRNAs在血管生成的信号通路中结合负调节蛋白而促进血管生成［12］。

2.1 促进血管新生miRNAs由于血管EC在血管壁上的独特作用和位置，一直在充当血流机械传导的初级传感器。血管的完整和EC功能正常，是持续血管新生和血管功能正常的基本环节。miR-126是现在所知的促进血管新生的重要miRNA，其可以通过抑制SPRED1而增强血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）及纤维母细胞生长因子（fibroblast growth facto，rFGF）促血管新生的作用［13］。在小鼠模型中缺失miRNA-126，表现为血管发育缺陷及广泛出血；在大鼠试验中，miR-126定向缺失可以导致出血、部分胚芽坏死及血管渗漏，从而导致血管的生成障碍和血管完整性的丧失。敲除斑马鱼的miR-126可导致斑马鱼胚胎发育过程中血管的完整性并降低出血。因此，miRNA-126在调控血管生成及维持血管完整性方面可能起着非常重要作用［14-15］。

组织在缺氧、缺血条件下，可以显著提高EC miR-424和miR-210的表达，两者都是缺血环境中具有保护细胞作用的miRNAs。miR-210可以在各种组织细胞中表达。研究发现［16-17］，miR-210在脑组织缺血后的表达逐步升高，通过抑制靶基因酪氨酸激酶配基EphrinA3的表达，从而抑制内皮细胞对VEGF的趋化能力和毛细管状结构形成。同时在体外实验发现，miR-210通过靶基因EphrinA3刺激EC迁徙，而促进血管形成。朱建兵等［18］发现，组织在缺氧状态下产生的缺氧诱导转录因子-1α（hypoxia-inducible transcriptionfactorα，HIF-1α）可以诱导血管EC miR-210表达升高。miR-210可以促进心梗后的血管再生，并可以抑制心肌细胞的凋亡，从而改善心脏供血功能［19］。miR-424可以在冠状动脉EC中特异性的表达。Ghos等［20］研究发现，HIF-1α/HIF-2α是缺氧后促进血管新生必不可缺的细胞调节因子之一，miR-424可间接增加HIF-1α/HIF-2α在内皮细胞中的表达。因此，缺氧状态下miR-424表达升高，在心肌缺血、缺氧后改善血供重构和促进血管新生中发挥着非常重要的作用。大鼠脑梗死后血管新生的过程miR-296起着很重要的作用［21］。俞巧等［22］发现，miR-143和miR-145在血管平滑肌细胞的增殖和分化中具有促进作用，为动脉粥样硬化等心血管疾病研究提供了新的思路。

2.2 抑制血管新生miRNAs Poliseno等［23］发现，HUVECs中与血管新生相关并高度表达的miRNAs有15种，其中发挥显著的抗血管新生作用的是miRNA-221/222。miR-221/222抑制血管新生的主要作用机制是下调SCF受体c-kit的表达水平，但不影响mRNA的水平，属转录后调节［24］。Li等［25］证实，高糖处理HUVECs可诱导miR-221/222的表达水平，导致下调c-kit的表达，减弱EC的迁移功能。通过反义miR-221核酸链抑制miR-221后，上调c-kit的表达，可抵消高糖对EC功能的抑制作用。

在人类基因组中，miR-17-92家族共编码7个miRNAs，Suárez等［26］研究发现，在肿瘤血管新生的过程中miR-18a和miR-19a有重要的调节作用，其作用机理抑制抗血管新生蛋白血小板反应素1（thrombospondin-1，TSP1）和结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表达而促进血管新生。miR-92a是EC中高表达的内源性的血管新生抑制因子，通过抑制EC的出芽能力和毛细血管状结构形成，抑制血管新生。miR-424在冠心病患者单核细胞中表达增加，对动脉粥样硬化的发生和发展具有促进作用［27］。李玲娟［28］在大鼠永久局灶性大脑中动脉脑缺血模型研究发现，miR-376b-5p可抑制脑缺血缺氧后的血管新生。Cha［29］和Cascio［30］等发现miR-519c和miR-20b可直接通过抑制靶基因HIF-1α来抑制VEGF通路，发挥其抗血管生成作用。

3 miRNAs与NONFH

在骨骼疾病的研究中，miR-146a是第一个被发现的在骨关节炎软骨差异表达的miRNA。而与NONFH相关miRNA的研究仍然处于初级阶段［31-32］，Li等［33］通过β干扰素-1干预的关节软骨细胞观察其miR-146a和VEGF的变化，发现miR-146a能够上调VEGF表达。表明miR-146a在退变性骨关节炎的软骨细胞凋亡过程中发挥着调控作用。Yamasaki等［34］研究发现miRNA-210在NONFH患者血清中表达明显高于对照组。但在其他系统的各种疾病的研究中发现miRNA-210具有促进血管形成的作用［16］，进而推测miRNA-210可能会在NONFH坏死的血管修复中发挥作用。Yuan等［35］在激素性ONFH的模型中研究发现内皮细胞与去甲基化药物治疗可以明显提高miR-210的表达及促进细胞的存活和分化。

有研究者［36］通过对27个NONFH患者的血浆中的miRNA检测发现，其中miRNA-423-5p、miRNA-21-5p、miRNA-130b-3p、miRNA-130a-3p等miRNA表达显著上调，但miRNA-484、miRNA-101-3p、miRNA-342-3p、miRNA-99a-5p等12个miRNA表达却略下调，并且已有研究表明，这些miRNA可能在细胞碉亡、增殖和干细胞分化等过程有重要的调控作用。

4 展望

现代研究发现，miRNA是一类内源性非编码的微小RNA，并且在人体生命活动中具有相当广泛的调节功能，miRNA主要是在基因表达调控、胚胎干细胞调控和免疫调节等方面具有很重要的调节作用，尤其是对基因的转录翻译的调控作用最显著。

随着现代医学对NONFH研究的深入，股骨头的复杂的血液供应系统和为身体承重的关键作用，受各种致病因素的影响后容易发生股骨头血液的供应障碍，从而引起ONFH。虽然对NONFH的具体发病机理尚未研究清楚，但是股骨头血运障碍而导致股骨头坏死的发生的病理生理过程，目前已被大多数学者所认同。因此，彻底改变股骨头的缺血状态是股骨头缺血性坏死的治疗首要问题。前期研究发现［37-38］，ApoA1基因位点突变可能是非血瘀质NONFH发病的分子生物学机制之一；PAF-AH和NOS1基因位点突变可能是血瘀质高发NONFH的分子生物学机制之一，但是其具体的作用机制还需进一步研究，是否可以从miRNA的角度证实本研究结果，成为下一步的研究计划。近年来，研究发现了许多特异表达的miRNA，并揭示了部分miRNA在相关疾病的发生过程中的作用机制，血管新生相关miRNA研究发现，其在缺血性疾病中具有重要的调控作用。虽然miRNA与NONFH的研究有了一定的进展，但是从血管新生的角度去研究NONFH与miRNA的相关性的科学研究仍比较缺乏。因血管内皮损伤是NONFH的病因学假说之一，本文旨阐述NONFH与血管新生相关机制的关系，探讨miRNA对血管新生的调节作用以及miRNA与NONFH的关系，希望为临床上治疗NONFH提供新的线索和靶点。