微小核糖核酸在缺血性脑卒中中作用的研究进展▲

李建娴 张永全

(广西中医药大学附属瑞康医院神经内科，南宁市 530011，电子邮箱：1158295335@qq.com)

【提要】 缺血性脑卒中是脑血管系统最常见的疾病之一。目前对该疾病的研究热点主要集中于基因水平，其中微小核糖核酸(miRNA)通过与靶基因mRNA互补位点结合，参与调控基因表达及细胞内传导通路，在缺血性脑卒中的预防、诊治及预后评价中具有极大的潜力。本文就miRNA与动脉粥样硬化的关系及其参与调控缺血性脑卒中神经炎症反应、神经再生、血管新生、防治脑缺血再灌注损伤等方面的研究进展进行综述。

缺血性脑卒中又称脑梗死，是指因局部脑组织血液供应障碍，导致脑组织缺血缺氧性坏死或软化。作为脑血管最主要的疾病之一，其具有高发病率、高致残率及高死亡率的特点[1]，严重威胁人类的身心健康，给社会、家庭带来沉重的经济负担。据统计，我国每年新增200万例脑卒中患者，其中缺血性脑卒中约占80%[2-3]。虽然缺血性脑卒中的诊治已较为成熟，但目前仍缺乏可靠、高疗效的治疗方法。有研究显示，血浆或血清中的微小核糖核酸(microRNA，miRNA)性质比较稳定,且特定miRNA在缺血性脑卒中中存在差异表达[4-5]，其可能成为缺血性脑卒中诊治与预后评价的一种潜在生物标志物。本文对miRNA在缺血性脑卒中发生发展过程中的作用进行综述，为该病的研究与诊治提供研究依据。

1 miRNA的简介

1.1 miRNA的研究背景 miRNA是Lee等[6]在研究线虫发育过程时首次发现的，当时将其命名为Lin-4，随后学者们将这种小RNA改名为miRNA。据统计，目前已有2 000多种成熟miRNA被证实可编码人类基因。有数据显示,miRNA参与调控人体内30%～50%的蛋白质编码基因[7]；并且在病毒防御、造血过程、器官形成及细胞增殖、凋亡等生物学进程中发挥着重要的作用[8]。

1.2 miRNA的概念及特征 miRNA是一类广泛存在于真核细胞中的单链非编码小分子RNA,其大约由19～25个核苷酸组成[9],在进化上具有高度保守的特点。miRNA通过与靶基因mRNA的3′端非编码区互补位点结合，引起靶基因mRNA的降解或抑制其翻译为蛋白质，从而调控靶基因的表达。miRNA广泛参与生物体的生长发育及多种生理、病理的过程。目前的研究发现，miRNA不仅存在于生物体细胞内，而且在唾液、血液、尿液、脑脊液、胸腔积液、腹水等各种体液中均可检测到miRNA。有研究表明，miRNA在血液中的表达非常稳定，一方面可能与miRNA可以降低核糖核酸酶活性有关；另一方面原因是miRNA不受酸碱环境、温度变化的影响[10]。鉴于外周循环中miRNA的稳定性、保守性，其具有成为疾病诊治和评估预后的生物标志物的潜力，对防治疾病有重要意义。

1.3 miRNA参与生物过程的机制研究 成熟的miRNA是由较长的初级转录物经过一系列核酸酶剪切加工而形成。首先是由RNA聚合酶Ⅱ将编码miRNA的基因翻译成长度大约为300～1 000个碱基的初始miRNA[11]；初始miRNA经RNA酶Ⅲ-Drosha和双链RNA结合蛋白Pasha识别和裂解后，生成一个包含70～90个碱基的前体miRNA。前体miRNA从细胞核转运到细胞质中，被 RNA酶Ⅲ-Dicer修饰,形成成熟的双链miRNA。成熟的双链miRNA很快被整合到miRNA介导的沉默复合体中[12]，通常有一条链被降解,另一条单链被保存。通过碱基互补配对的方式识别靶基因mRNA，并根据互补程度的不同指导沉默复合体降解mRNA或者阻遏mRNA的翻译,从而参与生物体的细胞增殖、凋亡、分化以及免疫炎症等一系列重要的病理生理过程。

2 miRNA与缺血性脑卒中

很多生物学标志物与缺血性脑卒中早期的炎症反应、氧化应激及血栓形成等有关，但在临床应用中具有一定的局限性[13]。因此，如何在急性缺血性脑卒中的早期寻找到更为安全、敏感的生物学标志物是当前基础研究迫切需要解决的问题。最近研究表明,miRNA与神经再生、缺氧和缺血反应以及缺血预处理诱导的缺血耐受等有关[14]，提示它是缺血性脑卒中生物学中的关键介质，调控miRNA的表达或可用于诊治或预防缺血性脑卒中。

2.1 miRNA参与动脉粥样硬化的形成影响缺血性脑卒中的发生 动脉粥样硬化是一种慢性炎症性疾病，主要发生在管径大于500 μm的动脉，尤其以动脉起始段及分叉处多见[15],是引起缺血性脑卒中的主要危险因素之一。动脉管壁脂质的堆积，是促成动脉粥样硬化发生的第一步。目前研究已证实，miRNA可参与调控脂质代谢、抗氧化应激、细胞炎症、稳定纤维帽等过程，在动脉粥样硬化的发病机制中发挥着重要的作用[16]。Zhang等[17]的研究证明miRNA-148a、miRNA-33、miRNA-122通过参与调控脂蛋白代谢及胆固醇稳态，从而降低脑卒中发生的风险。还有研究发现，miRNA-135a能够通过调节细胞内的Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)4信号通路，从而起到抗氧化应激和减少细胞炎症反应的作用，进而抑制动脉粥样硬化的进程，减少脑梗死的发生[18]。Eken等[19]发现，miRNA-210在纤维组织中合成，具有特异性，可以稳定纤维帽，防止斑块破裂，从而降低缺血性脑卒中的发病率和死亡率。

2.2 miRNA参与缺血性脑卒中的炎症反应 脑局部炎症反应是缺血性脑卒中的病理学特征之一，它与细胞凋亡密切相关。目前普遍认为神经炎症反应影响缺血病损的发展与预后。近年来大量研究表明，miRNA具有调控脑卒中后神经炎症反应的作用。如有学者发现，下调miRNA-20b的表达水平，可以抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)信号通路，降低脑缺血时白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-18、三磷酸腺苷和活性氧的水平,从而减轻缺血性脑卒中后的炎症损伤[20]。Chang等[21]发现，降低miRNA-634表达水平，可以促进脑梗死细胞生长，抑制脑缺血神经炎症反应和细胞凋亡。Liu等[22]发现，在缺血性脑卒中患者发病后24 h内，血清miRNA-124、miRNA-9水平降低，且其与脑梗死体积、C反应蛋白水平呈负相关，抑制miRNA-124、miRNA-9的表达可以促进神经炎症和脑损伤。在脑缺血损伤中，miRNA-203通过对转接蛋白MyD88的负反馈调节作用，抑制下游核因子κB(nuclear factor kappaB，NF-κβ)信号传导通路和激活小胶质细胞，提示miRNA-203有助于抑制脑缺血炎症反应，减轻神经元损伤，这为脑缺血后的治疗提供了新的策略[23]。以上研究提示，miRNA通过参与炎症损伤，影响缺血性脑卒中的发生发展和预后。

2.3 miRNA参与缺血性脑卒中的神经再生 在脑缺血损伤后，miRNA-210的表达明显上调，促进缺血脑组织的神经再生及改善神经功能[24]。miRNA-219可以促进髓鞘细胞的形成，增加髓鞘含量[25]。Wu等[26]的研究显示，上调miRNA-9-5p表达可以激活Hedgehog传导通路，抑制NF-κB/基质金属蛋白酶9信号传导通路，减轻血-脑屏障的损伤和细胞凋亡，促进脑缺血后神经功能的恢复。有研究表明，用表达miRNA-705的慢病毒颗粒感染骨髓间充质干细胞，可以促进血管内皮生长因子和脑源性神经生长因子的分泌，抑制神经元细胞凋亡，促进神经元再生，从而减轻缺血性脑损伤[27]。总之，已经有大量研究表明miRNA参与了缺血性脑卒中的多个环节，对促进脑缺血后的神经再生修复重建和减轻脑损伤具有重要的作用[28-29]。

2.4 miRNA促进缺血性脑卒中的血管生成 局部脑缺血是由中心坏死区及周围脑缺血半暗带组成，而挽救缺血半暗带是治疗急性缺血性脑卒中的关键。而在短时间内促进梗死病灶区域血管再生、恢复侧支循环是挽救缺血半暗带非常重要的途径。有研究表明，miRNA可以促进脑缺血后血管生成,从而为缺血性脑卒中提供一种新的治疗思路。Qu等[30]发现，大脑中动脉闭塞的小鼠脑组织中的miRNA-126-3p和miRNA-126-5p能够促进脑血管的生成和神经再生，并进一步改善神经行为，这可能与上述两个miRNA直接抑制其靶点非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶 9(protein tyrosine phosphatase non-receptor type 9,PTPN9)，激活蛋白激酶和细胞外调节蛋白激酶信号通路有关。Zhao等[31]证实了miRNA-195的表达水平下调可促进脑梗死后血管再生，认为miRNA-195/血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)信号通路可能是治疗脑缺血的一个新靶点。还有研究表明[32]，miRNA-26a可促进脑微血管内皮细胞(brain microvascular endothelial cells,BMECs)内皮管腔的形成和细胞增殖，通过调控磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶和丝裂原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶途径介导脑缺血大鼠新血管的生成。在脑缺血受损后，亦可以通过抑制miRNA-376b-5p的表达水平，促进血管新生[33]。

2.5 miRNA能有效防治脑缺血再灌注损伤 脑缺血再灌注损伤是缺血性脑卒中最严重的并发症之一，近年来研究发现miRNA能有效防治脑组织缺血再灌注损伤，发挥脑保护作用。如有研究发现，脑缺血再灌注损伤小鼠脑组织中miRNA-93的表达明显下调，且其可能通过靶向白细胞介素1受体相关激酶4(interleukin 1 receptor-associated kinase 4,IRAK4)信号通路，抑制脑缺血再灌注损伤后的炎症反应和细胞凋亡，降低小鼠小胶质细胞中炎症因子的表达[34]。针刺疗法可有效上调脑缺血再灌注大鼠大脑皮质miRNA-290和miRNA-494的表达水平，下调水通道蛋白-4表达水平[35]，有助于预防脑组织损伤。有研究发现，上调miRNA-224-3p的表达水平，可以减少糖氧剥夺诱导的细胞凋亡；且其还可以靶作用于局部黏着斑激酶家族相互作用蛋白，保护脑细胞免受脑缺血再灌注损伤[36]。Nurr1是孤核受体4家族的一员，其高表达能明显抑制小胶质细胞中的肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)的表达，减轻脑缺血再灌注诱导的神经元炎症反应和细胞毒性反应，而抑制miRNA-145-5p表达可促进急性脑缺血时Nurr1的表达，有助于神经功能的恢复，减少脑梗死面积，因此，通过阻断miRNA-145-5p-Nurr1-TNF-α在急性期的轴信号传导，可能是减轻脑缺血再灌注神经元损伤的有效治疗方法[37]。有研究表明，miRNA-202-5p通过靶向真核翻译起始因子4E促进氧糖剥夺/复氧诱导的Neuro-2a细胞的增殖，抑制其自噬，发挥再灌注脑组织神经保护作用[38]。

2.6 miRNA有可能成为缺血性脑卒中的生物学标志物 miRNA不仅广泛分布于人体体液中，半衰期较长，且性质相对比较稳定，不易被核糖核酸酶分解，因而在体液、血清、血浆中均能检测到miRNA的存在[39]。有研究发现，miRNA还参与神经系统的多种生物学进程，包括神经退行性变、神经再生、缺血缺氧反应以及缺血预处理诱导的缺血耐受等[11]，且在缺血性脑卒中的发生发展过程中存在特定miRNA差异表达[40]。提示其或可作为预防、诊治缺血性脑卒中的一种潜在生物学标志物，并可用于预后评价。

Mirzaei等[41]发现，在缺血性脑卒中发生发展过程中有60多个特定的miRNA表达异常。动物实验显示，大脑中动脉栓塞型大鼠血浆miRNA-124水平在建模后6 h开始升高，且能够维持48 h[42]。临床研究发现，急性缺血性脑卒中患者血清miRNA-124水平与梗死面积呈正相关，即梗死面积越大，血清miRNA-124表达水平越高，认为miRNA-124极有可能成为早期诊断缺血性脑卒中的潜在生物学标志物[43]。还有研究发现，脑梗死患者外周血miRNA-153和miRNA-12b的表达水平明显高于对照组(健康人群)，且与神经功能缺损程度评分呈正相关，认为这两种miRNA或可用于评估患者病情及预后[44]。因此，miRNA有可能成为诊治缺血性脑卒中的生物学标志物。

3 miRNA在缺血性脑卒中研究中的局限性

miRNA在不同细胞组织内的作用及其表达机制大不相同，目前仍未发现特定miRNA在疾病中的特异性。miRNA在缺血性脑卒中中存在差异表达，对脑血管生成及神经再生等方面起到重要调控作用，但在其他疾病或细胞组织中也存在异常表达，如miRNA210表达增高与24 h尿蛋白定量及尿微量白蛋白/肌酐比值有关，与早期妊娠期高血压发生有关[45]。因此将miRNA作为诊治缺血性脑卒中的生物学标志物仍缺乏特异性，还有待进一步研究探索。针对缺血性脑卒中患者，CT检查一般在发病24～48 h内可发现低密度病灶，而MRI在发病4 h内显影也可发现：T1加权和T2加权梗死灶信号不太明显，而扩散加权成像可表现为高信号影，表观弥散系数像则呈现低信号影。且有研究显示，缺血性脑卒中患者在发病3 h内接受阿替普酶静脉溶栓治疗可以明显降低死亡率，并且有助于恢复神经功能[46]。但目前仍未能在脑缺血发病3 h内检测到特异性miRNA的表达。因此，寻找特异性表达的miRNA，对缺血性脑卒中的诊断和治疗提供新思路有重要意义。

4 小 结

miRNA通过与靶基因mRNA互补位点结合，调控相关基因的表达和细胞内的传导通路，参与调节动脉粥样硬化、神经炎症反应、神经再生、血管新生的过程，从而防治脑缺血再灌注损伤，其或可作为诊治缺血性脑卒中的一种生物学标志物。但缺血性脑卒中的病因及发病机制极其复杂，深入研究miRNA对缺血性脑卒中的调控机制，才能寻找到预防、诊治缺血性脑卒中的特异性miRNA，从而降低缺血性脑卒中的病死率及致残率。