miR-30基因簇与心脑血管疾病关系的研究进展

罗艳萍,杨峻

(桂林医学院附属医院检验科,广西桂林 541001)

近年来,心脑血管疾病发病率持续上升,给人民生活和社会带来了沉重的负担,其病死率位居各类疾病的首位,高于肿瘤[6]。因此,探索心脑血管疾病的病因及其发病机理,深入了解其发生和发展规律,对有效预防和治疗心脑血管疾病具有极其重要的意义。随着人类基因组计划的深入开展,对miR-30基因簇功能的研究已逐步展开,其生物学功能已初步阐明,越来越多的证据表明miR-30与心脑血管疾病的发生密切相关[2]。现就miR-30与心脑血管疾病的关系展开综述,以便更好地了解miR-30基因簇在心脑血管疾病发病机制中的作用。

1 MicroRNA (miRNA)与miR-30基因簇功能

MicroRNA (miRNA) 是一类通过特异性碱基配对与目标基因mRNA的3'UTR结合,具有调节功能的内源性非编码RNA,可诱导目的mRNA降解或抑制其翻译成蛋白质[3]。一个miRNA可以作用于多个靶mRNA,多个miRNA也可以作为一个功能簇来协调特定基因的表达。miR-30基因簇是miRNA家族的重要成员,由位于人类染色体 1、6和8上的六个基因编码。miR-30基因簇在5'端附近共享一个共同的种子序列,但在3'端附近具有不同的补偿序列。这些不同的补偿序列使 miR-30基因簇能够通过不同的基因途径和生物调控功能,从而参与相关临床疾病的发生[4]。

研究发现,miR-30基因簇参与细胞生长、组织分化和多种生物学行为,其在多种生理和病理状态中具有潜在的调控作用[5]。早在2008年,LI等人[6]报道了miR-30a与miR-30d在骨形态发生蛋白-2 (BMP-2)向间质干细胞C2C12分化过程中起着负调控作用。随后,WU等人[7]进一步研究发现miR-30a负调控间质干细胞向成骨细胞的分化是通过靶向转录信号分子SMAD家族成员1(Smad1)来实现的,此外,在人类脂肪组织来源的干细胞向脂肪细胞的分化过程中,抑制miR-30a和miR-30d可以减少脂肪生成过程。与此相反,miR-30家族成员的过表达能够促进脂肪生成[5]。这表明,miR-30基因簇在脂肪细胞分化中起着重要的作用。此外,在胰腺、血管、肠组织以及乳腺组织的发育过程中,miR-30家族也发挥着重要的调控作用[8-9]。

miR-30家族不仅参与多种组织和器官的生长发育,也与多种疾病的发生发展密切相关,当miR-30家族的表达水平失调时,其可以通过调节不同的靶基因来介导相应的机制。miR-30家族对自噬、细胞凋亡、氧化应激、炎症等可以发挥不同程度的调节作用[5]。如在髓母细胞瘤中,miR-30a抑制自噬是通过降低Beclin1的表达来实现的[10]。在结肠癌中,过表达miR-30d通过直接靶向ATG5、磷酸肌醇3-激酶和Beclin1的mRNA可以显著抑制癌细胞的增殖[11]。此外,相关研究表明,miR-30具有抗凋亡作用,其抑制剂可降低线粒体耗氧量,释放细胞色素C,从而激活线粒体凋亡通路[12]。另外,研究显示,在脊髓损伤(SCI)中通过MAPK/ERK信号传导靶向Neurod 1的miR-30a-5p可改善炎症反应和氧化应激,miR-30a-5p和miR-30d-5p可通过间接或直接的机制对炎症进行调节[13]。除了上述疾病外,miR-30基因簇在心脑血管疾病方面的调控作用也逐渐被揭示。

2 miR-30在心脑血管疾病发生发展中的作用

2.1 miR-30与动脉粥样硬化动脉粥样硬化是由于内皮细胞损伤,脂质沉积,巨噬细胞早期积累胆固醇而引起的慢性炎症性疾病。其结局是动脉粥样硬化斑块破裂、慢性管腔狭窄以及血管纤维化和血栓形成,最终可危及生命[14]。动脉粥样硬化的发展涉及多种病理生理过程和途径,如炎症、细胞凋亡和坏死以及NF-κB途径、TLR4/MAPK 途径,miR-30在动脉粥样硬化发病机制中的调控作用逐渐被研究人员发现[15]。ZHOU等人[16]采用qTPCR测定动脉粥样硬化患者与正常组中miR-30表达水平,结果发现与正常组相比,动脉粥样硬化患者血清中miR-30-5p上调,说明miR-30对动脉粥样硬化具有负调控作用。同时,GO和KEGG分析结果显示miR-30-5p与动脉粥样硬化的遗传谱高度相关。为了进一步探索miR-30-5p 在动脉粥样硬化中的功能作用,他们又建立了动脉粥样硬化的体外细胞模型并进行细胞转染,通过qRT-PCR检测miR-30-5p模拟物的效率,结果显示下调miR-30-5p可促进动脉粥样硬化的发生。CCK8 测定也表明,ox-LDL处理降低了HUVEC细胞的细胞增殖,而与正常组相比,转染miR-30-5p的THP-1模拟保护了细胞增殖,减少了细胞凋亡。这些结果表明,miR-30-5p模拟物可以通过抑制细胞凋亡、促进细胞活力负调控动脉粥样硬化的发生[16]。在动脉粥样硬化的机制研究中,ZHANG等人[17]通过动物实验建立动脉粥样硬化小鼠模型,他们发现高脂饮食喂养的小鼠在12周内出现动脉粥样硬化,与正常饮食的小鼠相比,高脂喂养组小鼠的内皮细胞自噬水平显著降低,这是由于miR-30c抑制了ATG6 mRNA的翻译而导致内皮细胞中ATG6的减少,从而加快动脉粥样硬化的发生。此外,在miR-30与早发冠心病的相关研究中,早发冠心病组中miR-30的表达量是对照组的5倍[18]。在另一项动脉粥样硬化与不同循环microRNA的谱系研究中发现,miR-30b可以通过调节胆固醇代谢和巨噬细胞的功能,从而加快颈动脉和下肢动脉粥样硬化的发生[19]。因此,miR-30簇可通过执行不同的生物学功能,对动脉粥样硬化的发生发展发挥不同的调控作用。

2.2 miR-30与缺血性心脏病缺血性心脏病(IHD)是由于冠状动脉中大动脉和中动脉的流量受到限制阻塞引起心肌细胞血液供应不足的一类疾病。由于心肌细胞长期处于缺血状态而导致心肌细胞坏死并进一步引发心室重塑,最终导致心肌梗死[20]。IHD的发生机制主要包括能量代谢障碍,氧自由基生成增多,钙质超负荷运转,内皮细胞功能紊乱,炎症反应,线粒体损害等[21]。但对于具体的分子机制目前尚不明确。研究发现,miR-30家族表达障碍与IHD密切相关。当miR-30的表达显著降低时,其下调XBP1的能力降低,XBP1通过Beclin-1转录调控自噬信号通路,持续激活XBP1导致内皮细胞凋亡,促进IHD的发展[22]。此外,miR-30家族还能靶向DLL4并间接调节VEGFA信号传导影响血管发育和血管生成,从而在IHD的发展中发挥作用[23]。而在心肌缺血过程中,miR-30的表达降低,GALNT 1和2(Gal NA c-转移酶)的表达上调,进而增加了心脏分泌的proBNP比例,削弱了循环BNP的代偿作用而引起IHD的发生[24]。SHEN等人[25]在一项新近研究中确定了miR-30在急性心肌缺血损伤和心脏功能中的关键作用,这项研究发现硫化氢 (H2S)对心脏具有保护作用,硫化氢主要来源于L-半胱氨酸并由胱硫醚-c-裂解酶 (CSE) 催化,miR-30可通过CSE mRNA的调节抑制H2S产生,从而加快心肌缺氧诱导的心肌细胞损伤。此外,沉默的miR-30可以通过增加CSE和H2S水平来预防心肌细胞损伤。LI等人[26]通过构建H2C9大鼠心肌细胞缺血再灌注(I/R)损伤模型,发现miR-30b的过表达可改善I/R损伤。同样SONG等人[27]证明miR-30b水平在大鼠心肌细胞中的I/R损伤下调。这些研究表明miR-30参与了IHD的发生发展,其表达水平和调控机制仍需大量实验进一步验证。

2.3 miR-30与缺血性脑卒中缺血性脑卒中是由于脑组织血液循环障碍引起缺血、缺氧而导致的脑组织软化及坏死,从而导致脑血管管腔狭窄与闭塞的疾病[28]。我国每年有250万人患有脑卒中,100万人死于卒中相关原因,其中缺血性脑卒中占75%～80%[29]。尽管缺血性脑卒中的病因学研究取得了长足的进展,但其发病机制尚未完全阐明。缺血性卒中的检测、诊断和预后尚缺乏可靠的循环生物标志物。为了证明miR-30家族在神经元死亡、退化以及缺血性脑卒中的作用。研究人员收集了197名缺血性中风患者的血液样本,排除其他混杂因素后分析了缺血性卒中患者组和健康对照组中miR-30a的表达水平,结果发现,循环miR-30a在缺血性卒中组中低表达,比对照组低45%～79%[30]。这表明miR-30a可能是缺血性卒中的潜在生物标志物。在动物实验中,miR-30a过表达可导致小鼠大脑中动脉闭塞而迅速引发缺血性卒中的发生[31]。众所周知,同型半胱氨酸 (Hcy)是缺血性脑卒中的独立危险因素,LI等人[32]通过构建同型半胱氨酸诱导的人冠状动脉内皮细胞(HCAECs)凋亡模型,发现过表达miR-30b可以通过下调caspase-3的表达降低Hcy诱导的HCAECs细胞凋亡而阻碍缺血性脑卒中的发生。在WANG等人[33]的研究中发现miR-30b的血清表达水平在新生儿缺氧缺血性脑病(HIE)中下调。同时,在构建缺血缺氧诱导的HBMECs中,PAI-1的mRNA和蛋白表达水平显著上调,而miR-30b的表达水平显著下调,可能的机制是miR-30b通过PAI-1参与了HIE的发生。WANG等人[34]建立体外和体内缺血性中风后早期血脑屏障(BBB)模型,探讨了miR-30介导的BBB通透性在急性脑缺血期间的可能机制,结果显示抑制miR-30a可以通过ZnT4 降低细胞内游离锌的水平来减少缺血诱导的BBB破坏。因此,目前认为,miR-30与神经系统的缺血缺氧反应以及缺血性脑卒中的关系密切,其确切的机制有待进一步证实。

2.4 miR-30与其他心脑血管疾病miR-30是新近发现的miRNA,其潜在的作用很广泛。miR-30除参与上述心脑血管疾病外,动物实验研究发现,在蛛网膜下腔出血(SAH)的大鼠中,出血后1小时、6小时和24小时,大脑动脉中miR-30a水平呈倍数变化且明显上调[35]。因此,miR-30可能有潜力作为SAH后脑血管痉挛的生物标志物。此外,在小鼠心肌梗死模型和原发性心肌细胞缺氧模型中,miR-30家族的表达上调可促进胶原沉积和心脏纤维化,从而加快心肌梗死的进展[36]。研究还发现,miR-30家族直接或间接影响高血压性心脏病、冠心病以及心源性猝死的发病机制,其原理是RAS系统中的血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)是这些疾病的关键效应分子,而miR-30-5p 家族成员可靶向抑制AngⅡ并降低炎症细胞黏附分子的表达[37]。此外,miR-30c还是心肌纤维化过程中的关键分子,因为miR-30c的过表达可降低结缔组织生长因子(CTGF)的水平,导致胶原蛋白合成减少,从而导致心肌细胞纤维化。而随着心肌纤维化程度的增加,心肌miR-30a的表达降低,导致Snail1表达显著升高,提示miR-30a可能通过Snail1参与心肌纤维化的发生[38]。这些研究进一步表明miR-30家族在心脑血管疾病的发生发展过程中有着重要的调控作用。

3 展望

miR-30基因簇参与动脉粥样硬化、缺血性心脏病和缺血性脑卒中以及其他多种心脑血管疾病的发生发展。其在多种心脑血管疾病的信号通路中的作用使它可能成为心脑血管疾病未来的治疗靶点,并被认为是可能的预后生物标志物,因此,对miR-30家族的研究有助于阐明心胸血管疾病的发病机制和为心脑血管疾病的治疗提供新策略。