阿依提拉·艾则孜 刘潇遥 张丹 马翔
主动脉夹层(AD)致死率极高,若不能在发病初期的24 h 内进行有效干预,死亡风险将显著增加[1]。紧急外科手术是目前挽救急性AD 患者生命的最佳方案[2],但在围手术期会出现许多并发症。因此,迫切需要进一步探索AD 的关键分子机制,以确定有效的治疗靶点。AD 发病及进展的细胞学病理机制主要涉及动脉的血管平滑肌细胞(VSMC)和血管内皮细胞功能改变、细胞外基质(ECM)成分变化及炎症反应[3-4]。
研究发现,非编码RNA(ncRNA)参与各种疾病如肿瘤和心血管疾病的发病及进展[5-6]。NcRNA是生理和病理条件下基因表达的关键调节器[7]。
根据长度不同,ncRNA 可分为短链非编码RNA(sncRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)。SncRNA 主要包括微小RNA(miRNA)、piwi 相互作用RNA(piRNA)、小干扰RNA(siRNA)和环状RNA(circRNA)[8]。
MiRNA 是长度约为20~25 个核苷酸的内源性ncRNA,可通过参与VSMC 的增殖、凋亡、迁移和表型转化[9-10],内皮细胞的增殖和凋亡[11],ECM 的降解及炎症反应等,参与AD 的发病[12]。
LncRNA 可以改变miRNA 的表达水平和生物学功能[13],还可作为天然海绵竞争性吸附miRNA,调节miRNA 目标基因的表达,在AD 的发生和发展过程中发挥作用[14]。
CircRNA 可以与miRNA 相互作用调节基因表达,参与各种生物过程,如细胞增殖、凋亡和迁移[15]。研究表明,circRNA-miRNA-mRNA 通路可能在心血管疾病中发挥重要作用,如小脑变性相关蛋白1 反义转录物(CDR1as)/miR-7/细胞骨架相关蛋白4(CKAP4)轴与腹主动脉瘤的发病有关[16]。
VSMC 是主动脉中层的主要成分,可分为静止态、收缩态、增殖态等3 种细胞亚型,主要具有收缩、分泌等功能。VSMC 固有的可塑性有助于损伤后VSMC 介导的血管修复[17]。VSMC 增殖、迁移等生物学行为受到多种因素调控,如信号转导通路、细胞因子、生长因子、血管活性物质、ECM 等。研究证实,异常增殖、迁移的VSMC 会改变主动脉血管壁的厚度和血流动力学的稳定性,这也是AD的病理基础[18],但其分子机制尚不明确。
研究发现,miR-26a 在AD 患者中低表达,使转录因子Smad-1 和Smad-4 的蛋白表达水平降低,进而抑制转化生长因子-β(TGF-β)信号通路,促进人主动脉平滑肌细胞(HASMC)的增殖和迁移,抑制HASMC 的分化和细胞凋亡,参与AD 发病[19]。Wang 等[20]研究发现,miR-107-5p 在AD 患者的主动脉组织中显著上调,生物信息学分析显示整合膜蛋白2C(ITM2C)是miR-107-5p 的靶基因,且在AD患者中低表达,而miR-107-5p 过表达可促进大鼠主动脉平滑肌细胞(RASMC)增殖并抑制细胞凋亡。另有研究显示,miR-145 可以通过靶向Smad-3,诱导VSMC 增殖、迁移和凋亡,参与AD 的发病[3]。
LncRNA 在腹主动脉瘤及AD 的发生和发展中起着重要作用。LncRNA-SNHG16 可通过结合miR-106b-5p,抑制信号转导及转录激活因子(STAT)3 的表达,促进VSMC 增殖并抑制其凋亡,进而促进腹主动脉瘤的发病[21]。Li 等[22]通过体外实验证实,lncRNA-PVT1 靶向miR-27b-3p 抑制HASMC 的活性、迁移和表型转换,参与AD 的发病。LncRNA-CDKN2BAS1 在AD 组织中高表达,体外实验及竞争性内源RNA(ceRNA)网络证实,CDKN2BAS1 与miR-320d 竞争性结合,调控VSMC 中STAT3 的表达,进而调节VSMC 的增殖和凋亡[23]。近期研究显示,lncRNA-SENCR 在AD 患者主动脉组织中高表达,且靶向miR-206,通过miR-206/心肌素轴,参与VSMC 的增殖、迁移和表型转化,在AD 发病及进展中发挥重要作用[24]。
研究表明,circRNA-TGFBR2 可与miR-29b 结合,影响红系Kruppel 样因子4(KLF4)的表达,调节VSMC 的增殖、迁移和表型转化,参与AD 的进展[25]。CircRNA-104634 可作为miR-145 的“分子海绵”,引起VSMC 凋亡,从而导致主动脉壁变薄,弹力降低[26]。
血管内皮细胞在血管生理过程中扮演重要角色,能保持血管完整性和渗透性,参与调节血管张力、免疫反应和炎症反应等。在正常血管中,弹性蛋白可抵抗血管扩张,胶原蛋白可抵抗血管破裂。ECM 降解是AD 的主要病理特征,而动脉血管中ECM 降解主要通过基质金属蛋白酶(MMP)完成[27]。血管局部炎症反应可破坏主动脉壁的稳态,促进ECM 降解和VSMC 凋亡,进而促进AD 形成[28]。研究显示,miRNA 可通过影响血管内皮细胞生理功能,参与ECM 降解及炎症反应,进而促进AD 的发生发展[12]。
内皮细胞中富含miR-27a,miR-27a 可以调节内皮细胞的多种功能[11]。Sun 等[29]研究发现,miR-27a 可靶向Fas 相关死亡结构域蛋白(FADD),加重内皮细胞凋亡,促进AD 的发展。Kimura 等[30]研究发现,miR-21-5p 可靶向基质金属蛋白酶抑制剂3(TIMP3),进而使MMP 活性上调,加快弹力纤维的断裂和ECM 的降解,诱发AD。在鼠腹主动脉瘤模型中,过表达的miR-29b 可通过作用于靶基因I 型胶原蛋白-α1(Col1a1)、Ⅲ型胶原蛋白-α1(Col3a1)、Ⅴ型胶原蛋白-α1(Col5a1)和弹性蛋白(Eln),降解ECM,促进主动脉扩张[31]。此外,研究发现miR-155 下调细胞因子信号转导抑制分子1(SOCS1)的表达,增加STAT 的磷酸化和程序性细胞死亡因子4(PDCD4)的表达,从而促进炎症介质的生成,参与AD 的发病[32]。MiR-181b通过靶向下游5-羟色胺6(5HT6)受体基因,直接抑制环磷酸腺苷(cAMP)信号通路和蛋白激酶A(PKA)的表达,调控核因子κB(NF-κB)信号通路,促进炎症因子白细胞介素(IL)-8、IL-1β 等的释放,导致炎症反应,参与AD 发病[12]。
Sun 等[33]发现过表达的lncRNA-H19 可上调IL-6 和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的水平,从而加重主动脉炎症反应并促进主动脉瘤的发生。另有研究证实,lncRNA-H19 可以抑制VSMC 增殖,加速VSMC 凋亡和ECM 的降解[34]。
在AD 患者的主动脉壁中,circRNA-101238、circRNA-104634、circRNA-002271、circRNA-102771 和circRNA-104349 高表达,circRNA-102683、circRNA-005525、circRNA-103458 和 细丝蛋白A(FLNA)低表达。基因本体论(GO)分析显示,circRNA 高表达与血管生成、细胞增殖的负性调控以及ECM 构建有关。通过对circRNA与miRNA 相互作用的分析发现,circRNA-101238可能抑制miRNA-320a 的表达,从而促进MMP9 表达,在AD 的发病中发挥作用[35]。
NcRNA 在AD 的发生和发展中起着重要作用,对ncRNA 在AD 发病机制中的深入研究,有助于确定新的AD 治疗靶点(见表1)。目前,ncRNA在AD 中的相关研究侧重于miRNA 或lncRNA 对VSMC 的影响,后续需进一步研究ncRNA 对血管中内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等的作用。除miRNA、lncRNA 和circRNA 外,其他ncRNA如siRNA 和piRNA 也可能参与心血管疾病的发生发展,需进一步研究其作用机制。
表1 与主动脉夹层有关的非编码RNA及作用机制