何志義

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，沈陽110001）

·綜述·

microRNA與腦出血后腦水腫機(jī)制研究進(jìn)展

何志義

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，沈陽110001）

何志義教授、主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任。擔(dān)任中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)常委、中國醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)內(nèi)科分會(huì)常委、中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)病學(xué)分會(huì)神經(jīng)生化學(xué)組副組長、中國抗癲癇協(xié)會(huì)理事、中國抗癲癇協(xié)會(huì)腦電圖和神經(jīng)電生理分會(huì)常委，東北地區(qū)神經(jīng)病學(xué)學(xué)會(huì)主任委員、遼寧省神經(jīng)病學(xué)會(huì)主任委員。主要研究方向?yàn)椋喝毖阅X血管病的基因多態(tài)性研究，基因與細(xì)胞治療腦血管病基礎(chǔ)研究，癲癇臨床診治及發(fā)病機(jī)制的研究，神經(jīng)系統(tǒng)遺傳性疾病發(fā)病機(jī)制的研究。目前，共獲國家級(jí)、省部級(jí)科研課題12項(xiàng)，其中國家自然科學(xué)基金4項(xiàng)；作為分中心負(fù)責(zé)人參與“十二五”、衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項(xiàng)等國家重點(diǎn)課題5項(xiàng)；獲遼寧省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)5項(xiàng)；先后在國內(nèi)外專業(yè)雜志發(fā)表論文166篇，其中SCI收錄19篇；主譯專著1部，參編專著5部。培養(yǎng)研究生130余人。

微小mRNA；腦出血；腦水腫

一、microRNA的功能

微小RNA（microRNA，miR）是指長度約為22個(gè)核苷酸的單鏈非編碼短序列RNA，存在于所有多細(xì)胞生物體內(nèi)［1］。不同物種之間的microRNA高度保守，而且在不同組織的處于不同細(xì)胞周期的細(xì)胞內(nèi)microRNA的表達(dá)譜呈現(xiàn)高度的特異性［2，3］。microRNA參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控，作用位點(diǎn)位于信使RNA（messenger RNA，mRNA）的3′端，調(diào)控結(jié)果是相應(yīng)蛋白合成減少，作用方式包括抑制mRNA的翻譯或者影響mRNA的穩(wěn)定性等［4，5］。microRNA的生物合成過程與編碼區(qū)基因的合成過程類似，第一步細(xì)胞核內(nèi)非編碼區(qū)基因由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄成初級(jí)microRNA（pri-microRNA），此含有5′端的帽子結(jié)構(gòu)及3′端的PolyA尾［6］，第二步pri-microRNA首先在細(xì)胞核內(nèi)被Drosha核糖核酸酶剪切成為長度約70個(gè)核苷酸的前體microRNA（premicroRNA），然后由Exportin-5轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿內(nèi)被Dicer酶剪切為成熟microRNA復(fù)合體，成熟microRNA復(fù)合體在p68解旋酶的作用下解離出兩條單鏈microRNA，其中一條單鏈microRNA自行降解，另一條單鏈microRNA通過與目標(biāo)mRNA共同形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA induced silencing complex，RISC），RISC可以抑制mRNA的翻譯或通過去磷酸化作用改變mRNA的穩(wěn)定性［7］。

microRNA通過調(diào)控基因表達(dá)對(duì)細(xì)胞增殖、分化、凋亡等細(xì)胞行為起調(diào)控作用。一種microRNA的一類調(diào)控行為往往影響多種基因表達(dá)，此調(diào)控過程涉及多個(gè)信號(hào)通路。以miR-124為例，Lim等［8］證實(shí)miR-124可誘導(dǎo)Hela細(xì)胞向神經(jīng)細(xì)胞方向分化，F(xiàn)arrel等［9］認(rèn)為miR-124在脊髓神經(jīng)表皮干細(xì)胞的發(fā)育過程中通過下調(diào)Sox9轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)而調(diào)控細(xì)胞分化。然而Xia等［10］發(fā)現(xiàn)miR-124通過抑制SNAI2信號(hào)通路對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞起正向調(diào)控作用，Mukhopadhyay等［11］發(fā)現(xiàn)miR-124可通過整合素（integrin）通路及STAT3信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)管的發(fā)育。microRNA的表達(dá)具有組織特異性，如miR-124在腦、視網(wǎng)膜、脊髓的神經(jīng)元細(xì)胞中均呈高表達(dá)，但在其他器官組織中表達(dá)較少［12］。

microRNA的表達(dá)及其對(duì)靶基因的調(diào)控主要發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，但是在血清等細(xì)胞外液中也有穩(wěn)定存在的microRNA［13］。細(xì)胞外的microRNA可以通過兩種機(jī)制保護(hù)自身不被核酸酶（RNAse）降解，一種是脂質(zhì)小泡的包裹，另一種是與RNA結(jié)合蛋白相結(jié)合［13］。在包括腦出血在內(nèi)的多種疾病中，外周血與病灶組織幾乎呈平行的microRNA表達(dá)譜［14～16］。各學(xué)科領(lǐng)域的研究已發(fā)現(xiàn)包括肺癌、乳腺癌、心血管疾病、肝炎等在內(nèi)的多種疾病的特異性外周血microRNA生物學(xué)標(biāo)記物［15～18］。

二、腦出血后腦水腫的形成過程

腦卒中是危害人類健康的三大疾病之一，而腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）與所有其他類型的腦卒中相比致死率與致殘率最高［19］。國內(nèi)外研究表明，高血壓病是自發(fā)性非創(chuàng)傷性腦出血最主要的病因［20，21］。通常把自發(fā)性非創(chuàng)傷性腦出血分為高血壓性腦出血和非高血壓性腦出血，后者包括腦淀粉樣血管?。╟erebral amyloid angiopathy，CAA）等。無論何種類型的腦出血，都有相似的腦出血后腦損傷病理生理機(jī)制，包括血腫的占位效應(yīng)、腦出血后灶周組織水腫、凝血酶及炎癥介質(zhì)等的毒性作用、局部腦血流變化等，其中腦出血后灶周組織水腫可直接引起顱內(nèi)壓升高、神經(jīng)細(xì)胞壞死和凋亡，從而影響腦出血患者的預(yù)后［22］。因此，有效監(jiān)測并控制腦水腫對(duì)降低腦出血的致死率和致殘率具有非常重要的意義。然而，2014 AHA/ASA腦卒中腦水腫管理指南指出，目前尚無可靠的預(yù)測腦水腫進(jìn)程的方法［23］。

腦出血后灶周組織水腫的形成機(jī)制尚未完全闡明，目前認(rèn)為腦出血后灶周組織水腫的形成過程可劃分為四個(gè)階段：第一階段是腦出血發(fā)生后幾小時(shí)內(nèi)出血灶周圍神經(jīng)細(xì)胞壞死的過程，腦出血血腫的機(jī)械牽拉作用于神經(jīng)元軸索，神經(jīng)元細(xì)胞處于缺血狀態(tài)，引起軸索釋放谷氨酸鹽，谷氨酸鹽與NMDA受體結(jié)合引起鈣內(nèi)流，從而降低了ATP活性和線粒體功能，引起氧化產(chǎn)物堆積、細(xì)胞泵衰竭，發(fā)生了細(xì)胞毒性水腫；第二個(gè)階段是發(fā)病幾小時(shí)后血塊回縮導(dǎo)致血塊內(nèi)部靜水壓升高，引起血管源性水腫的過程；第三階段是出血后約2天內(nèi)凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)啟動(dòng)的過程，凝血酶活化，凝血酶在止血、抑制血腫擴(kuò)大的同時(shí)，激活小膠質(zhì)細(xì)胞釋放IL-1β和TNF-α，引起ICAM-1等細(xì)胞黏附因子表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致多形核細(xì)胞浸潤并釋放細(xì)胞因子和趨化因子，細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激損傷，基質(zhì)金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs）表達(dá)上調(diào)，加重了血腦屏障的破壞，引起細(xì)胞凋亡、谷氨酸鹽的釋放、興奮毒性損傷，促進(jìn)了水腫形成；第四階段是凝血酶介導(dǎo)的補(bǔ)體級(jí)聯(lián)系統(tǒng)激活過程，補(bǔ)體激活引起膜攻擊復(fù)合體的形成和血腫內(nèi)紅細(xì)胞的溶血反應(yīng)，血紅蛋白及其降解產(chǎn)物沉積在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)，激活Nrf2轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)致氧化應(yīng)激作用，引起強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，血腦屏障通透性進(jìn)一步增高，加重了血管源性水腫［24，25］。

目前已發(fā)現(xiàn)許多蛋白及細(xì)胞因子參與腦水腫形成的過程。水通道蛋白（aquaporins，AQPs）是哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜上的一種蛋白質(zhì)，可控制水在細(xì)胞的進(jìn)出，其中AQP1、AQP4和AQP9在腦組織中高表達(dá)［26］。Tang等［27］的研究表明，與正常對(duì)照小鼠相比，AQP-4基因敲除小鼠腦出血后大腦半球神經(jīng)損傷及腦水腫程度更嚴(yán)重，這提示AQP-4可能具有減輕腦出血后水腫的保護(hù)作用。Wu等［28］在腦出血大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，AQP-4mRNA于腦出血2 h開始增多，12 h達(dá)高峰，第5天恢復(fù)正常水平；而AQP-4蛋白表達(dá)于發(fā)病后3 h開始增多，第5天達(dá)高峰；此外腦出血后腦組織含水量于發(fā)病2 h開始增加，第5天組織含水量下降，但仍高于正常水平。腦出血后腦組織含水量與上述AQP-4蛋白表達(dá)的短暫增高呈正相關(guān)。上述研究表明，AQP-4與腦出血后腦水腫形成、腦水腫高峰期時(shí)限等相關(guān)。

基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一組可水解細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白裂解酶，因需要Ca2+、Zn2+等離子輔助而得名［29］。MMPs參與許多細(xì)胞的生理及病理過程，MMPs可降解的細(xì)胞外基質(zhì)包括神經(jīng)血管基底膜、血腦屏障中蛋白的緊密連接等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)［30］。MMP-9可通過破壞血腦屏障參與腦出血早期的血管源性水腫形成［31］，還可以與凝血酶協(xié)同作用加重腦水腫［32］。Guo等［33］和Suzuki等［34］研究均表明抑制MMP-9可減輕大鼠蛛網(wǎng)膜下腔出血后的早期腦損害。

血管活性物質(zhì)包括許多可引起血腦屏障通透性增高的炎性介質(zhì)，例如緩激肽（bradykinin）、血管細(xì)胞黏附因子-1（VCAM-1）等。Plesnila等［35］研究表明緩激肽B2受體基因敲除大鼠在腦損傷后腦組織腫脹程度與含水量均顯著低于對(duì)照組，提示緩激肽可通過作用于B2受體引起血管源性水腫。Kraus等［36］發(fā)現(xiàn)，臨床中基底節(jié)出血患者不同時(shí)相腦脊液中的VCAM-1濃度與出血后早期神經(jīng)影像及臨床狀況密切相關(guān)，提示VCAM-1也可通過炎性介導(dǎo)途徑參與腦卒中后腦水腫形成。

三、microRNA與腦出血后腦水腫機(jī)制

Liu等［14］在以大鼠為動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，腦出血大鼠組腦組織microRNA呈有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異表達(dá)，而且外周血全血與腦組織幾乎呈平行的microRNA表達(dá)譜。Zheng等［37］發(fā)現(xiàn)腦出血患者血腫擴(kuò)大組與非血腫擴(kuò)大組有30余種差異表達(dá)的miRNA。Guo等［38］發(fā)現(xiàn)腦出血患者血漿中與炎癥相關(guān)的多種microRNA的表達(dá)含量都有明顯變化。這提示我們可能通過檢測腦出血患者的外周血相關(guān)microRNA表達(dá)譜來預(yù)測顱內(nèi)腦水腫的情況。

很多研究都發(fā)現(xiàn)了microRNA與腦水腫的形成機(jī)制的密切關(guān)聯(lián)。Hirt等［39］認(rèn)為早期上調(diào)AQP-4的表達(dá)是降低腦水腫的有效機(jī)制，而Sepramaniam等［40］在研究中發(fā)現(xiàn)，在腦缺血大鼠模型中，miR-320a抑制AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表達(dá)，若拮抗miR-320a則AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表達(dá)均增高，從而使腦缺血大鼠腦梗死體積縮小。miR-21和miR-181b可通過調(diào)控靶基因MMP-9表達(dá)，加重血腦屏障破壞，進(jìn)一步加重腦水腫形成［41］；相反，miR-126通過調(diào)控靶基因VCAM-1可減少炎性細(xì)胞浸潤，從而減輕腦水腫［41，42］。

四、小結(jié)與展望

綜上，腦水腫對(duì)于腦出血患者預(yù)后的影響很大，而microRNA對(duì)于腦出血后腦水腫的形成過程有調(diào)控作用。今后若能進(jìn)一步闡釋microRNA調(diào)控腦出血后腦水腫的機(jī)制，或許可以通過這一途徑來監(jiān)測或干預(yù)腦出血后腦水腫形成過程，從而開辟新的診斷和治療途徑，改善腦出血患者的預(yù)后。

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（編輯 裘孝琦）

Progress of microRNA Research in Brain Edema after Hemorrhage

microRNA；intracerebral hemorrhage；brain edema

R743

A

0258-4646（2014）11-0961-04