microRNA对子痫前期母体血管内皮细胞损伤作用的研究进展

缑灵山,王雅文,尹馨,董步连,王帅帅,索峰,顾茂胜

子痫前期(preeclampsia,PE)为危害母婴健康的疾病之一,临床发病率约为5%～7%,临床特点为孕20周后出现高血压和蛋白尿,多伴有肾、肝及神经系统等多器官受累,不仅易造成产妇胎盘早剥、产后出血、HELLP综合征、多器官功能障碍,也可引起宫内发育不良、死胎及孕产妇死亡[1]。PE发病机制尚未完全明确,临床治疗方法亦较为有限,终止妊娠是目前阻止其病情加重的有效治疗方法。因此,进一步明确其发病机制对于PE的预防和治疗尤为重要。PE发病机制涉及胎盘缺血、氧化应激、全身炎症反应、血管内皮细胞受损及母-胎界面免疫失衡等方面。普遍认为PE起始于滋养细胞侵润异常和胎盘螺旋动脉重铸障碍,随即引发胎盘血流灌注不足和释放过量细胞因子,致使母体血管内皮功能损伤及全身小血管痉挛,进而引起高血压、蛋白尿、胎儿生长受限及终末器官损伤等一系列临床症状[2]。

有研究[2-3]认为,母体血管内皮细胞受损是PE发病进程中的重要环节,内皮细胞在维持血管张力及血管结构和功能中发挥重要作用,其损伤和功能紊乱可引起了一系列症状。PE患者内皮细胞损伤机制的研究有助于进一步明确PE发病机制,为其临床干预提供参考。microRNA(miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的非编码微小RNA,通过与靶基因mRNA的3’端非编码区(3’-untranslated region,3’UTR)结合进行转录后表达调控,是机体重要的表观遗传调控机制[4]。miRNA对内皮细胞的多种生物学功能具有调控作用,如miR-92a在血管生成及血管稳态中发挥重要作用[5-6];miR-126在内皮细胞中特异性表达,可调控血管生成、血管发育及炎症反应[7];miR-155可调节血管收缩/舒张、血管屏障完整性及炎症反应[8]。本文就近年来国内外关于miRNA在PE母体血管内皮细胞损伤中的作用及机制的相关研究进行综述。

1 miRNA的结构与功能

成熟的miRNA由具有颈环结构的pri-miRNA经过两步切割生成。pri-miRNA在细胞核中被双链RNA结合蛋白DGCR8识别,并被III型RNA切割酶Drosha催化生成pre-miRNA,随后在细胞质中被Dicer酶处理生成两条成熟的miRNA[9]。miRNA在进化上具有保守性和多样性,存在由2～8个核苷酸组成的高度保守序列,该段序列通过碱基互补配对的方式与靶基因mRNA 3’UTR结合,引起mRNA失稳或抑制蛋白翻译,减少靶蛋白的表达[10]。miRNA具有存在广泛和功能多样的特点,参与发育、造血、病毒防御、器官形成、细胞增殖和凋亡及代谢等多个生物学过程的调控[4,9]。另外,miRNA表达具有严格的组织特异性和时序性,通过对基因表达的精细调控决定了其对组织和细胞的功能特异性。miRNA在多种血管疾病的发病进程中起着重要作用,可作为动脉粥样硬化、高血压、糖尿病血管并发症及血管生成障碍的治疗靶点[11]。近年来,miRNA在PE发病中的作用日渐受到关注,愈来愈多的证据表明miRNA与PE的发生发展密切相关。

2 miRNA与血管内皮细胞损伤

内皮细胞是衬托于血管内表面的单层扁平细胞,通过细胞间的连接构成血管内皮,在调控血管张力和维持血管功能及稳态平衡中发挥着重要作用。内皮细胞损伤引起的血管内皮功能障碍是多种血管疾病发生的基础,与血管疾病的发生发展密切相关[12]。血管内皮细胞功能调控涉及非常复杂的分子机制。血管内皮细胞中miRNA水平异常与糖尿病血管并发症、动脉粥样硬化、冠状动脉性心脏病、高血压、肾病及肺动脉高血压等疾病的发生发展密切相关[5,11,13]。动物实验[14]发现,链脲佐菌素-糖尿病小鼠模型的局部缺血肢体中miR-503表达上调,过度表达的miR-503损害了内皮细胞功能,进而影响肢体局部缺血后修复性血管生成;抑制miR-503表达使内皮细胞中细胞周期蛋白E1(CCNE1)基因和cdc25A基因的表达上调,从而改善了糖尿病小鼠缺血后血管生成和血流恢复。近期文献[15]显示,T细胞来源的miR-214水平异常参与了高血压小鼠模型的血管硬化和内皮细胞损伤。

miR-92a在内皮细胞中表达丰度较高。研究[5-6,16]显示,miR-92a对内皮细胞增殖、血管生成、炎症反应及血管舒张功能具有调节作用,异常表达与心肌缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化、糖尿病血管并发症的发生发展密切相关。另外,血流剪切应力在血管内皮功能调控中起着重要作用,内皮细胞可识别不同的血流剪切力并将机械力转化为细胞内的生物信号,通过调控胞内基因表达影响内皮细胞的生物学功能[17]。研究[18]显示,血流剪切力调控内皮细胞中miR-10a、miR-19a、miR-23b、miR-21、miR-663、miR-92a、miR-143/145、miR-101、miR-126、miR-712、miR-205及miR-155等大量miRNA的表达,miRNA也参与介导剪切力产生的细胞生物学效应。

3 miRNA在子痫前期母体血管内皮细胞中的作用

母体血管内皮损伤是PE重要的病理生理改变,也是PE病理变化由胎盘局部向全身靶器官转变的重要环节。研究[2-3]认为,血管因子的失衡是导致PE母体血管内皮细胞损伤的重要发病机制。胎盘缺血缺氧释放过量的可溶性类fms酪氨酸激酶-1(sFlt-1)和可溶性Endoglin(sEng)入血,致使PE母体循环中胎盘生长因子(placenta growth factor, PLGF)及血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A, VFGFA)的水平降低,阻断VEGFA、PLGF与相应受体结合而削弱它们的血管保护作用,导致血管功能紊乱、舒张功能障碍、生成修复过程受阻及肾小球功能受损。而血管内皮细胞损伤的分子机制仍未明确,当前仍缺乏有效的改善PE血管内皮损伤的药物。miRNA在血管内皮细胞增殖、凋亡、炎症及血管生成等多个细胞生物学过程中具有调控作用[5,8,13]。近年来,miRNA在PE血管内皮细胞损伤中的作用受到诸多学者关注。

3.1 miRNA对血管内皮细胞中血管收缩/舒张因子生成的调节作用 舒张功能障碍引起的血管痉挛性收缩是导致PE血管阻力增加和高血压症状的重要机制[3]。PE孕妇体内血管舒张/收缩因子生成失衡,血管舒张因子一氧化氮(nitric oxide,NO)和前列环素(prostaglandin I2,PGI2)水平减少,而血管收缩因子内皮素-1(endothelin-1,ET-1)和血栓素A2(thromboxane A2,TXA2)水平增加[19]。内皮型一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)催化生成的NO是血管舒张的主要因素。文献[20]资料显示,PE患者与正常孕妇相比内皮细胞中eNOS表达较低。另有研究[21]发现,PE患者血清中miR-31-5p表达水平高于正常孕妇,体外细胞实验发现肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)处理可上调人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)中miR-31-5p的表达,进而减少eNOS表达和NO生成。ET-1是内皮细胞合成分泌的一种强效血管收缩因子,有文献[22]报道,miRNA let-7表达改变可能与PE血管内皮细胞中ET-1的水平异常有关。

另外,外泌体是胎盘与母体间细胞通讯的重要介质,在PE母体血管内皮细胞凋亡、氧化应激与炎症反应、血管舒张功能障碍中发挥重要作用[23]。值得注意的是,外泌体中包含大量miRNA,且PE患者外泌体中miRNA成分与正常孕妇存在差异,因此外泌体miRNA在PE血管内皮细胞损伤中的作用吸引了诸多研究人员的关注。有研究[24]报道,PE患者胎盘来源的外泌体中miR-155高于正常孕妇,且外泌体miR-155抑制了HUVECs中eNOS蛋白表达和NO生成。Liu等[25]研究发现,miR-34b-3p通过靶向调控血栓素A2合成酶1调节TXA2的生成。miR-199a对血管内皮细胞中PGI2合成酶具有靶向调节作用[26],PE患者血浆外泌体中miR-199a水平高于正常孕妇[27]。这些研究提示,miRNA可能与PE血管内皮细胞功能紊乱有关,miRNA表达异常可能是PE血管内皮细胞中血管舒张/收缩因子失衡的重要机制。

3.2 miRNA对血管内皮细胞氧化应激和炎症反应的调节作用 氧化应激和炎症反应是PE母体血管内皮细胞损伤的重要机制。PE母体存在明显的氧化应激和过度的全身炎症反应,过量活性氧和炎症因子可引起血管内皮细胞损伤。去乙酰化酶SIRT1是一种细胞自我保护分子,激活SIRT1可增强内皮细胞抗氧化和抗炎能力,缓解PE动物模型高血压和蛋白尿症状[28]。有研究[27]发现,PE患者血浆外泌体miR-199a-5p水平高于正常孕妇,且miR-199a-5p过表达可抑制血管内皮细胞中SIRT1表达,促进内皮细胞活性氧生成和炎症因子表达。另外,Nrf2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2)是细胞内防御氧化应激反应的核心调控因子。PE小鼠模型中血管内皮细胞Nrf2蛋白表达降低,上调Nrf2可上调内皮细胞超氧化物歧化酶、血红素加氧酶-1等抗氧化分子表达,抑制氧化应激反应,缓解PE小鼠高血压和蛋白尿症状[29]。miR-200a通过靶向作用于Nrf2上游调控分子KEAP1,进而调控内皮细胞Nrf2信号[30]。值得注意的是,妊娠期高血压患者血清中miR-200a水平高于正常孕妇[31],提示miR-200a水平上调可能与PE血管内皮细胞中Nrf2表达降低有关。

核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)是调节炎症反应的重要信号转导通路。静息状态下,NF-κB与IκB结合后以无活性状态存在于胞浆中,激活的NF-κB发生核转位诱导炎症因子表达。PE孕妇血管内皮细胞中NF-κB核转位多于正常妊娠孕妇[32]。血管内皮细胞中miR-29b、miR-125a/b、miR-146a/b、miR-23b、miR-155、miR-10a、miR-181b、miR-103a、miR-126、miR-92a、miR-663及miR-126可通过调控NF-κB信号通路调节炎症因子表达[33]。PE孕妇循环miR-10a、miR-92a、miR-103a及miR-126等miRNA表达水平不同于正常孕妇[34],而这些miRNA是否参与PE母体血管内皮细胞NF-κB活化依然不明确。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)是调节炎症反应的另一个重要信号转导通路。有研究[35]发现,PE患者血清处理可激活血管内皮细胞中MAPK信号转导通路,上调炎症因子表达。最新研究[36-37]发现,血管内皮细胞中miR-150和miR-181b对MAPK信号激活具有调控作用。综上所述,miRNA对内皮细胞中炎症信号转导通路具有调节作用,而miRNA在PE母体血管内皮细胞炎症反应中的调节作用及相关分子机制仍未阐明。

3.3 miRNA对血管内皮细胞增殖、凋亡及血管生成的调节作用 细胞凋亡是PE一个广泛发生的病理现象。细胞实验[38]发现,PE患者血清处理对内皮细胞具有抑制增殖和促进凋亡的作用。硫酸镁是当前PE临床治疗的一线药物,可抑制PE大鼠模型血管内皮细胞的凋亡,这可能与上调miR-218-5p水平而减少HMGB1蛋白表达有关[39]。PE孕妇血清处理上调HUVECs细胞中miR-204-5p表达,而抑制miR-204-5p表达,减少了血清诱导的细胞凋亡[38]。Lip等[40]研究发现,早发型PE患者外周血血浆miR-574-5p、miR-1972及miR-4793-3p表达水平高于正常孕妇,功能实验发现miR-574-5p、miR-1972及miR-4793-3p对内皮细胞增殖、迁移及血管新生具有抑制作用。另有文献[41]报道,PE患者血清处理上调HUVECs细胞中miR-195-5p表达,可能与PE血管内皮生成因子VEGFA表达减少有关。

有研究[42]发现,PE患者胎盘miR-29a-3p表达水平高于正常孕妇,可能与PE血管内皮细胞中VEGFA和angiopoietin-2/Tie2信号异常有关。也有研究[43]显示,PE患者HUVECs细胞miR-29a/c-3p表达水平偏低,miR-29a/c-3p沉默阻断了VEGFA和FGF2诱导的AKT1磷酸化,从而损害内皮细胞增殖和细胞屏障完整性。循环外泌体miRNA可能参与PE血管内皮细胞的增殖和血管生成,张涛等[44]报道,PE患者血清外泌体miRNA-320c、miRNA-517b及miRNA-521表达异常,参与内皮细胞中VEGF表达的调控,从而影响细胞的增殖和迁移,抑制血管生成。研究[6,13-14,45]显示,miR-126、miR-17、miR-18a、miR-92a、miR-210、miR-155及miR-503表达也与血管生成有关。miRNA对血管内皮细胞的凋亡、增殖及血管生成能力具有调控作用,而当前关于miRNA对PE母体血管内皮细胞增殖、凋亡及血管生成调节作用的研究多集中于细胞实验,对PE母体血管内皮细胞损伤中的作用和机制仍需深入研究和探讨。

3.4 miRNA对血管内皮祖细胞增殖和功能的调节作用 血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)是具有高度增殖分化潜能的血管内皮前体细胞,在生理或病理生理条件下可参与血管结合、再内皮化及新生成血管;血管内膜受损时可动员EPCs从骨髓向外周迁移,进入血液循环后归巢至血管或损伤部位,参与血管修复和促进新生血管形成。EPCs的数量与功能的变化直接影响循环系统功能。正常孕妇中EPCs的数量有随孕周增加而增加的趋势,这可能与适应母体心血管变化和子宫胎盘循环的建立有关。而PE孕妇外周血EPCs数量少于正常孕妇,且EPCs的增殖、迁移及分化能力较弱[46]。有研究[46-47]认为,EPCs的数量和功能异常使母体血管内皮损伤不能及时修复,进而促进了PE临床症状的发生。鉴于EPCs在血管内皮损伤修复中的作用,有学者提出了以EPCs为靶标治疗PE的研究设想。而PE患者体内EPCs数量与功能异常的机制尚未明确,研究EPCs功能调控的分子机制可能为PE治疗提供新的靶点。

近年来,miRNA对PE患者体内EPCs数量与功能改变的作用开始受到关注。Schröder-Heurich等[47]发现,PE患者脐带血EPCs细胞miR-1270表达低于正常孕妇,miR-1270低表达上调ATM蛋白表达,从而激活酪氨酸激酶Src和促进VE-cadherin的磷酸化和内化,损害EPCs增殖和分化功能。Kim等[48]研究发现,炎症诱导因子TNF-α通过诱导miR-133/155表达降低eNOS蛋白水平,从而抑制了EPCs的分化潜能;而miR-133/155沉默可抑制EPCs的功能损伤作用。VEGF是促进EPCs增殖和分化的重要细胞生长因子,有研究[49]显示,与正常孕妇相比,PE患者EPCs中miR-646表达较高,VEGFA表达较低;抑制miR-646可激活VEGF-A/HIF-1α信号,提高EPCs的分化和迁移能力。也有文献[50]报道,PE患者脐带血EPCs内miR-126表达水平低于正常孕妇,PIK3R2蛋白表达水平高于正常孕妇;miR-126过表达可降低PIK3R2蛋白表达,激活PI3K/AKT信号,从而提高EPCs的增殖、分化及迁移能力。提示,miRNA表达水平异常与PE患者体内EPCs的数量与功能异常有关,这可能为PE孕妇母体血管内皮细胞损伤的病理机制之一。

4 展望

miRNA与PE母体血管内皮损伤和功能紊乱有关,其机制可能涉及血管收缩/舒张因子生成失衡、内皮细胞氧化应激、炎症反应、增殖、凋亡、血管生成障碍及EPCs功能受损。而关于miRNA在PE母体血管内皮细胞损伤中作用机制的研究以体外细胞实验较多,鼓励更多的动物实验和临床研究深入探讨具体机制。