羅艷萍,楊峻

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科,廣西桂林 541001)

近年來,心腦血管疾病發(fā)病率持續(xù)上升,給人民生活和社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān),其病死率位居各類疾病的首位,高于腫瘤[6]。因此,探索心腦血管疾病的病因及其發(fā)病機(jī)理,深入了解其發(fā)生和發(fā)展規(guī)律,對(duì)有效預(yù)防和治療心腦血管疾病具有極其重要的意義。隨著人類基因組計(jì)劃的深入開展,對(duì)miR-30基因簇功能的研究已逐步展開,其生物學(xué)功能已初步闡明,越來越多的證據(jù)表明miR-30與心腦血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)[2]。現(xiàn)就miR-30與心腦血管疾病的關(guān)系展開綜述,以便更好地了解miR-30基因簇在心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制中的作用。

1 MicroRNA (miRNA)與miR-30基因簇功能

MicroRNA (miRNA) 是一類通過特異性堿基配對(duì)與目標(biāo)基因mRNA的3'UTR結(jié)合,具有調(diào)節(jié)功能的內(nèi)源性非編碼RNA,可誘導(dǎo)目的mRNA降解或抑制其翻譯成蛋白質(zhì)[3]。一個(gè)miRNA可以作用于多個(gè)靶mRNA,多個(gè)miRNA也可以作為一個(gè)功能簇來協(xié)調(diào)特定基因的表達(dá)。miR-30基因簇是miRNA家族的重要成員,由位于人類染色體 1、6和8上的六個(gè)基因編碼。miR-30基因簇在5'端附近共享一個(gè)共同的種子序列,但在3'端附近具有不同的補(bǔ)償序列。這些不同的補(bǔ)償序列使 miR-30基因簇能夠通過不同的基因途徑和生物調(diào)控功能,從而參與相關(guān)臨床疾病的發(fā)生[4]。

研究發(fā)現(xiàn),miR-30基因簇參與細(xì)胞生長、組織分化和多種生物學(xué)行為,其在多種生理和病理狀態(tài)中具有潛在的調(diào)控作用[5]。早在2008年,LI等人[6]報(bào)道了miR-30a與miR-30d在骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2 (BMP-2)向間質(zhì)干細(xì)胞C2C12分化過程中起著負(fù)調(diào)控作用。隨后,WU等人[7]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-30a負(fù)調(diào)控間質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化是通過靶向轉(zhuǎn)錄信號(hào)分子SMAD家族成員1(Smad1)來實(shí)現(xiàn)的,此外,在人類脂肪組織來源的干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞的分化過程中,抑制miR-30a和miR-30d可以減少脂肪生成過程。與此相反,miR-30家族成員的過表達(dá)能夠促進(jìn)脂肪生成[5]。這表明,miR-30基因簇在脂肪細(xì)胞分化中起著重要的作用。此外,在胰腺、血管、腸組織以及乳腺組織的發(fā)育過程中,miR-30家族也發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[8-9]。

miR-30家族不僅參與多種組織和器官的生長發(fā)育,也與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),當(dāng)miR-30家族的表達(dá)水平失調(diào)時(shí),其可以通過調(diào)節(jié)不同的靶基因來介導(dǎo)相應(yīng)的機(jī)制。miR-30家族對(duì)自噬、細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、炎癥等可以發(fā)揮不同程度的調(diào)節(jié)作用[5]。如在髓母細(xì)胞瘤中,miR-30a抑制自噬是通過降低Beclin1的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的[10]。在結(jié)腸癌中,過表達(dá)miR-30d通過直接靶向ATG5、磷酸肌醇3-激酶和Beclin1的mRNA可以顯著抑制癌細(xì)胞的增殖[11]。此外,相關(guān)研究表明,miR-30具有抗凋亡作用,其抑制劑可降低線粒體耗氧量,釋放細(xì)胞色素C,從而激活線粒體凋亡通路[12]。另外,研究顯示,在脊髓損傷(SCI)中通過MAPK/ERK信號(hào)傳導(dǎo)靶向Neurod 1的miR-30a-5p可改善炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激,miR-30a-5p和miR-30d-5p可通過間接或直接的機(jī)制對(duì)炎癥進(jìn)行調(diào)節(jié)[13]。除了上述疾病外,miR-30基因簇在心腦血管疾病方面的調(diào)控作用也逐漸被揭示。

2 miR-30在心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 miR-30與動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化是由于內(nèi)皮細(xì)胞損傷,脂質(zhì)沉積,巨噬細(xì)胞早期積累膽固醇而引起的慢性炎癥性疾病。其結(jié)局是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂、慢性管腔狹窄以及血管纖維化和血栓形成,最終可危及生命[14]。動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展涉及多種病理生理過程和途徑,如炎癥、細(xì)胞凋亡和壞死以及NF-κB途徑、TLR4/MAPK 途徑,miR-30在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中的調(diào)控作用逐漸被研究人員發(fā)現(xiàn)[15]。ZHOU等人[16]采用qTPCR測(cè)定動(dòng)脈粥樣硬化患者與正常組中miR-30表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與正常組相比,動(dòng)脈粥樣硬化患者血清中miR-30-5p上調(diào),說明miR-30對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化具有負(fù)調(diào)控作用。同時(shí),GO和KEGG分析結(jié)果顯示miR-30-5p與動(dòng)脈粥樣硬化的遺傳譜高度相關(guān)。為了進(jìn)一步探索miR-30-5p 在動(dòng)脈粥樣硬化中的功能作用,他們又建立了動(dòng)脈粥樣硬化的體外細(xì)胞模型并進(jìn)行細(xì)胞轉(zhuǎn)染,通過qRT-PCR檢測(cè)miR-30-5p模擬物的效率,結(jié)果顯示下調(diào)miR-30-5p可促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。CCK8 測(cè)定也表明,ox-LDL處理降低了HUVEC細(xì)胞的細(xì)胞增殖,而與正常組相比,轉(zhuǎn)染miR-30-5p的THP-1模擬保護(hù)了細(xì)胞增殖,減少了細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果表明,miR-30-5p模擬物可以通過抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞活力負(fù)調(diào)控動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[16]。在動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制研究中,ZHANG等人[17]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)建立動(dòng)脈粥樣硬化小鼠模型,他們發(fā)現(xiàn)高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠在12周內(nèi)出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化,與正常飲食的小鼠相比,高脂喂養(yǎng)組小鼠的內(nèi)皮細(xì)胞自噬水平顯著降低,這是由于miR-30c抑制了ATG6 mRNA的翻譯而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞中ATG6的減少,從而加快動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生。此外,在miR-30與早發(fā)冠心病的相關(guān)研究中,早發(fā)冠心病組中miR-30的表達(dá)量是對(duì)照組的5倍[18]。在另一項(xiàng)動(dòng)脈粥樣硬化與不同循環(huán)microRNA的譜系研究中發(fā)現(xiàn),miR-30b可以通過調(diào)節(jié)膽固醇代謝和巨噬細(xì)胞的功能,從而加快頸動(dòng)脈和下肢動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[19]。因此,miR-30簇可通過執(zhí)行不同的生物學(xué)功能,對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮不同的調(diào)控作用。

2.2 miR-30與缺血性心臟病缺血性心臟病(IHD)是由于冠狀動(dòng)脈中大動(dòng)脈和中動(dòng)脈的流量受到限制阻塞引起心肌細(xì)胞血液供應(yīng)不足的一類疾病。由于心肌細(xì)胞長期處于缺血狀態(tài)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死并進(jìn)一步引發(fā)心室重塑,最終導(dǎo)致心肌梗死[20]。IHD的發(fā)生機(jī)制主要包括能量代謝障礙,氧自由基生成增多,鈣質(zhì)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,炎癥反應(yīng),線粒體損害等[21]。但對(duì)于具體的分子機(jī)制目前尚不明確。研究發(fā)現(xiàn),miR-30家族表達(dá)障礙與IHD密切相關(guān)。當(dāng)miR-30的表達(dá)顯著降低時(shí),其下調(diào)XBP1的能力降低,XBP1通過Beclin-1轉(zhuǎn)錄調(diào)控自噬信號(hào)通路,持續(xù)激活XBP1導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,促進(jìn)IHD的發(fā)展[22]。此外,miR-30家族還能靶向DLL4并間接調(diào)節(jié)VEGFA信號(hào)傳導(dǎo)影響血管發(fā)育和血管生成,從而在IHD的發(fā)展中發(fā)揮作用[23]。而在心肌缺血過程中,miR-30的表達(dá)降低,GALNT 1和2(Gal NA c-轉(zhuǎn)移酶)的表達(dá)上調(diào),進(jìn)而增加了心臟分泌的proBNP比例,削弱了循環(huán)BNP的代償作用而引起IHD的發(fā)生[24]。SHEN等人[25]在一項(xiàng)新近研究中確定了miR-30在急性心肌缺血損傷和心臟功能中的關(guān)鍵作用,這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)硫化氫 (H2S)對(duì)心臟具有保護(hù)作用,硫化氫主要來源于L-半胱氨酸并由胱硫醚-c-裂解酶 (CSE) 催化,miR-30可通過CSE mRNA的調(diào)節(jié)抑制H2S產(chǎn)生,從而加快心肌缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷。此外,沉默的miR-30可以通過增加CSE和H2S水平來預(yù)防心肌細(xì)胞損傷。LI等人[26]通過構(gòu)建H2C9大鼠心肌細(xì)胞缺血再灌注(I/R)損傷模型,發(fā)現(xiàn)miR-30b的過表達(dá)可改善I/R損傷。同樣SONG等人[27]證明miR-30b水平在大鼠心肌細(xì)胞中的I/R損傷下調(diào)。這些研究表明miR-30參與了IHD的發(fā)生發(fā)展,其表達(dá)水平和調(diào)控機(jī)制仍需大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 miR-30與缺血性腦卒中缺血性腦卒中是由于腦組織血液循環(huán)障礙引起缺血、缺氧而導(dǎo)致的腦組織軟化及壞死,從而導(dǎo)致腦血管管腔狹窄與閉塞的疾病[28]。我國每年有250萬人患有腦卒中,100萬人死于卒中相關(guān)原因,其中缺血性腦卒中占75%～80%[29]。盡管缺血性腦卒中的病因?qū)W研究取得了長足的進(jìn)展,但其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。缺血性卒中的檢測(cè)、診斷和預(yù)后尚缺乏可靠的循環(huán)生物標(biāo)志物。為了證明miR-30家族在神經(jīng)元死亡、退化以及缺血性腦卒中的作用。研究人員收集了197名缺血性中風(fēng)患者的血液樣本,排除其他混雜因素后分析了缺血性卒中患者組和健康對(duì)照組中miR-30a的表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn),循環(huán)miR-30a在缺血性卒中組中低表達(dá),比對(duì)照組低45%～79%[30]。這表明miR-30a可能是缺血性卒中的潛在生物標(biāo)志物。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,miR-30a過表達(dá)可導(dǎo)致小鼠大腦中動(dòng)脈閉塞而迅速引發(fā)缺血性卒中的發(fā)生[31]。眾所周知,同型半胱氨酸 (Hcy)是缺血性腦卒中的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,LI等人[32]通過構(gòu)建同型半胱氨酸誘導(dǎo)的人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞(HCAECs)凋亡模型,發(fā)現(xiàn)過表達(dá)miR-30b可以通過下調(diào)caspase-3的表達(dá)降低Hcy誘導(dǎo)的HCAECs細(xì)胞凋亡而阻礙缺血性腦卒中的發(fā)生。在WANG等人[33]的研究中發(fā)現(xiàn)miR-30b的血清表達(dá)水平在新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)中下調(diào)。同時(shí),在構(gòu)建缺血缺氧誘導(dǎo)的HBMECs中,PAI-1的mRNA和蛋白表達(dá)水平顯著上調(diào),而miR-30b的表達(dá)水平顯著下調(diào),可能的機(jī)制是miR-30b通過PAI-1參與了HIE的發(fā)生。WANG等人[34]建立體外和體內(nèi)缺血性中風(fēng)后早期血腦屏障(BBB)模型,探討了miR-30介導(dǎo)的BBB通透性在急性腦缺血期間的可能機(jī)制,結(jié)果顯示抑制miR-30a可以通過ZnT4 降低細(xì)胞內(nèi)游離鋅的水平來減少缺血誘導(dǎo)的BBB破壞。因此,目前認(rèn)為,miR-30與神經(jīng)系統(tǒng)的缺血缺氧反應(yīng)以及缺血性腦卒中的關(guān)系密切,其確切的機(jī)制有待進(jìn)一步證實(shí)。

2.4 miR-30與其他心腦血管疾病miR-30是新近發(fā)現(xiàn)的miRNA,其潛在的作用很廣泛。miR-30除參與上述心腦血管疾病外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)的大鼠中,出血后1小時(shí)、6小時(shí)和24小時(shí),大腦動(dòng)脈中miR-30a水平呈倍數(shù)變化且明顯上調(diào)[35]。因此,miR-30可能有潛力作為SAH后腦血管痙攣的生物標(biāo)志物。此外,在小鼠心肌梗死模型和原發(fā)性心肌細(xì)胞缺氧模型中,miR-30家族的表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)膠原沉積和心臟纖維化,從而加快心肌梗死的進(jìn)展[36]。研究還發(fā)現(xiàn),miR-30家族直接或間接影響高血壓性心臟病、冠心病以及心源性猝死的發(fā)病機(jī)制,其原理是RAS系統(tǒng)中的血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)是這些疾病的關(guān)鍵效應(yīng)分子,而miR-30-5p 家族成員可靶向抑制AngⅡ并降低炎癥細(xì)胞黏附分子的表達(dá)[37]。此外,miR-30c還是心肌纖維化過程中的關(guān)鍵分子,因?yàn)閙iR-30c的過表達(dá)可降低結(jié)締組織生長因子(CTGF)的水平,導(dǎo)致膠原蛋白合成減少,從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞纖維化。而隨著心肌纖維化程度的增加,心肌miR-30a的表達(dá)降低,導(dǎo)致Snail1表達(dá)顯著升高,提示miR-30a可能通過Snail1參與心肌纖維化的發(fā)生[38]。這些研究進(jìn)一步表明miR-30家族在心腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展過程中有著重要的調(diào)控作用。

3 展望

miR-30基因簇參與動(dòng)脈粥樣硬化、缺血性心臟病和缺血性腦卒中以及其他多種心腦血管疾病的發(fā)生發(fā)展。其在多種心腦血管疾病的信號(hào)通路中的作用使它可能成為心腦血管疾病未來的治療靶點(diǎn),并被認(rèn)為是可能的預(yù)后生物標(biāo)志物,因此,對(duì)miR-30家族的研究有助于闡明心胸血管疾病的發(fā)病機(jī)制和為心腦血管疾病的治療提供新策略。