微小RNA在血管损伤和重塑中的作用及其在高血压血管损伤和保护中的意义

血管损伤、重塑在冠心病、高血压等心脑血管疾病中发挥重要作用。随着我国经济发展和人民生活水平的提高、饮食结构和环境因素的改变,以血管功能失衡为病理学基础的心脑血管疾病的发病率呈逐年上升趋势,对人类健康构成了极大威胁,因此对血管损伤和重塑的分子机制的深入探讨,对血管相关性疾病的进一步理解,一直是当前生命科学的研究热点之一。

自1993年,线虫体内发现第一个微小RNA(microRNA,miRNA)以来,目前已有超过千余种miRNAs在不同物种间得以确认。这些miRNAs在不同物种间具有高度的序列保守性,提示它们对于生命活动的维持具有基础性作用。最近研究表明,多种miRNA参与了胚胎发育、心血管疾病发生、肿瘤发生等生理病理进程。同样,也有研究表明,miRNA在血管损伤、重塑和稳态维持中发挥重要作用。本文将miRNA在血管重塑中的功能与机制的研究进展,及其在高血压等血管相关性疾病中的意义进行简要综述。

1. miRNA的合成、加工及作用方式

   miRNA是一类长度约18~25核苷酸的非编码RNA,几乎存在于所有生物体中,广泛参与了基因转录后的表达调控。miRNA的生物合成,首先从基因转录生成Pri-miRNA开始,pri-miRNA在Drosha-DGCR8复合体的作用下,形成长度约60~70个核苷酸的发夹状pre-miRNA。Pre-miRNA通过Exportin-5从胞核转运至胞浆后,经Dicer酶剪切,成双链miRNA分子;最后,双链分离,一条被降解,另一条成为成熟的miRNA。成熟的miRNA与其它分子一起形成了RNA诱导的沉默复合体。RNA诱导的沉默复合体通过碱基配对与mRNA的3’端非编码区相互作用,引起该mRNA的降解或者翻译过程的抑制,从而负性调节该蛋白的表达。目前,生物信息学被用来预测miRNA能够作用的潜在靶基因,结果表明,一个miRNA可能直接调控上百个基因的表达,人类至少有三分之一的基因表达受到miRNA调控,提示miRNA可能参与调控许多重要的基础性细胞活动以及基本的生理病理过程。

2. miRNA在血管重塑和稳态维持中发挥重要作用

血管重塑是由于血管内皮损伤、平滑肌细胞增生、细胞外基质沉积等原因,所致的血管壁增厚和管腔狭窄性心血管疾病,包括动脉粥样硬化、血管成形术后再狭窄、高血压等。血管重塑是血管结构发生改变的主动过程,它涉及了组成血管的内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞等多种细胞类型的生长、死亡、迁移等病理生理过程。既往研究表明,miRNA在血管内皮细胞和平滑肌细胞发挥重要作用,进而参与了血管重塑和稳态维持。

2.1 miRNA在血管内皮细胞的功能维持中发挥重要作用

血管内皮细胞是位于血管内表面的单层扁平上皮细胞,是血管壁与血液之间的分界细胞,是形成心血管封闭管道系统的形态学基础,在保持循环血液的流动性、血细胞的促凝与抗凝、血管通透性的调控等多个方面发挥重要作用。因此探讨内皮细胞在血管损伤、重塑中的作用与机制具有重要意义。最近研究表明,多种miRNAs参与了内皮细胞的功能维持,进而参与了血管重塑过程。

Dicer是miRNA成熟过程中的关键酶,将其在内皮细胞特异敲除后,小鼠表现出明显的血管新生异常,从而出现胚胎期致死,提示内皮细胞中表达的miRNA有可能通过调节血管内皮细胞的基因表达,调控血管形成和重塑的基本过程。我们在研究中通过miRNA芯片对内皮细胞的miRNA表达进行检测,发现miR-126、miR-21等多种miRNAs在内皮细胞中具有较高的表达丰度。通过分析,我们发现miR-126在斑马鱼基因组中存在两个基因位点;进一步研究表明,miR-126能够通过调控靶基因PAK1这一重要细胞骨架调节因子,参与调控血管的完整性。最近研究表明,内皮细胞中的miR-126除了在内皮细胞中直接调控基因表达,参与血管功能的调节外,还能够通过旁分泌的方式作用于血管平滑肌细胞,从而调控压力负荷下的平滑肌细胞由收缩型向分泌型转化,进而参与了血管重塑过程。除了miR-126外,其它一些内皮细胞高丰度表达的miRNAs也能够通过调节内皮细胞的基因表达,参与了血管重塑的基本过程,例如,miR-21能够通过抑制小G蛋白RhoB,miR-92通过抑制去乙酰化酶SIRT1、整合素ITGA5等基因在内皮细胞中的表达,参与血管重塑的调节过程。

2.2 miRNA在血管平滑肌细胞的功能维持中发挥重要作用

血管平滑肌细胞是血管中膜的主要细胞成分之一,在血管重塑中发挥核心作用。近几年研究表明,细胞因子和生长因子诱导血管平滑肌细胞发生收缩型向合成型的表型转化是冠状动脉旁路移植术和经皮冠脉腔内血管成形术术后血管再狭窄、颈动脉球囊损伤术致新生内膜形成与发展的根本原因之一。

最近研究表明,miRNA在血管平滑肌细胞的基本生理过程中发挥重要作用。在血管平滑肌细胞中,将miRNA形成关键酶Dicer特异性敲除后,发现血管平滑肌出现明显的异常发育表型,表现为血管平滑肌细胞的低增殖率,从而导致小鼠胚胎期致死,提示miRNA在血管平滑肌细胞的基础功能中发挥重要作用。血管重塑的研究,表明多种miRNAs参与了血管平滑肌细胞的增殖、表型转化等基本过程。例如,miR-21的过表达可以诱导血管平滑肌细胞增殖,减少血管平滑肌细胞凋亡,从而参与了血管重塑过程;此外,在大鼠颈动脉球囊损伤中,将miR-145过表达,能够明显上调Smα-actin、钙调蛋白和SM-MHC等相关的血管平滑肌细胞分化标志分子的表达,从而抑制新生内膜的生长;同样,在这一模型中,抑制miR-222的表达,则能够明显抑制平滑肌细胞的增殖和血管内膜新生。这些研究表明,在血管平滑肌细胞中调控miRNAs的表达可能能够抑制病理性的血管重塑,进而可能有利于动脉粥样硬化、血管成形术后再狭窄、脑卒中等血管重塑性疾病的治疗。

3. miRNA参与血管重塑相关性疾病

血管损伤、修复、重塑在冠心病、高血压、肺动脉高压等心脑血管疾病中发挥重要作用。最近研究表明多种miRNAs在这些血管重塑性疾病的发生、发展中发挥重要作用。

3.1 miRNA参与心肌缺血后的血管新生

MiR-126是一个内皮特异表达的miRNA,在内皮细胞的增殖、迁移中发挥重要作用,其敲除小鼠的心肌在缺血后,血管新生受到明显抑制,无法重塑形成足够的侧支循环,因而无法为缺血心肌提供足够的营养物质与氧气,从而导致心梗诱发的心衰比例在miR-126敲除小鼠中明显升高。同样,另一个miRNA,miR-24,在心肌缺血后的内皮细胞中表达明显升高,将miR-24过表达能够诱导内皮细胞凋亡,从而阻止了内皮血管网的形成,进而阻碍了血管新生和重塑;相反miR-24的敲除能够通过抑制内皮细胞的凋亡,增加血管形成,减少缺氧诱发的心肌损伤,进而保护心功能,增加心梗后的小鼠存活率。

3.2 miRNA参与高血压血管损伤的过程

高血压是血管重塑的重要原因之一,miRNA参与了高血压的发生发展。研究表明,miR-130a在自发性高血压大鼠的主动脉和肠系膜动脉中,在血管紧张素II促进的血管平滑肌细胞增殖模型中,表达升高,提示miR-130a可能在血管紧张素II 诱发的血管重塑中发挥重要作用。进一步研究表明,将miR-130a抑制后,血管紧张素II 的作用、血管平滑肌细胞的增殖和血管重塑都受到了明显抑制。相反,miR-155在自发性高血压大鼠动脉中表达降低,过表达miR-155能够抑制血管紧张素II 1型受体的表达,进而参与高血压的发生。这些研究提示调控miRNAs的表达可能成为治疗高血压新的治疗策略。

3.3 miRNA参与肺动脉高压的发生发展过程

肺动脉高压是一种重要的血管重塑性疾病。最近研究表明,miRNA在肺动脉高压的发生过程中发挥重要作用。在缺氧诱导的肺动脉高压小鼠模型中抑制miR-20后能够减低肺动脉血管壁的厚度和小肺动脉的腔内堵塞。同样,在肺动脉内皮细胞中过表达miR-424和miR-503能够直接作用于成纤维细胞生长因子FGF2和FGFR1,促进内皮细胞处于静止状态,抑制肺动脉内皮细胞对血管平滑肌细胞的募集能力,减轻肺动脉高压。另外,血管平滑肌中的miRNA的异常表达也能够参与肺动脉高压的发生。miR-145是一个血管平滑肌细胞特异表达的miRNA,在自发性和遗传性肺动脉高压患者的肺组织中、在缺氧或BMPR2突变诱发的肺动脉高压小鼠中表达升高;将其在小鼠中敲除后,通过测量心脏右室收缩压,右心室肥厚,肺动脉血管重塑比例的研究,表明miR-145敲低能够抑制肺动脉高压的发生。

4. 血清miRNA可以作为血管损伤、重塑相关疾病的血清标志物

miRNA在血浆中具有较高的稳定性,有可能在血管重塑相关疾病的发生发展中作为分子标志物。我们在研究中发现,miR-208能够作为心肌缺血的血清标志物,具有较高的灵敏性和特异性。同样,肺动脉高压患者的血浆中,多种miRNA发生含量改变,提示miRNA可能能够作为肺动脉高压的血浆标志分子。这一研究可能对于临床检测具有重要意义,因为目前肺动脉高压的检测方法主要是通过X射线透视下的导管术进行的,尚缺乏简单有效的检测方法和高特异性、灵敏性的血浆分子标志物。在这一研究中,研究者共纳入40例患者作为研究对象,通过平均肺动脉压的高低将这些患者分为轻度-重度两类,通过miRNA芯片对肺动脉高压患者的血浆miRNAs含量进行检测,结果显示miR-451, miR-1246等在肺动脉高压患者的血浆中含量降低,而miR-23b、miR-130a和miR-191等含量升高。虽然这一研究筛选出多种血浆含量异常的miRNA,然而对于miRNA在肺动脉高压中作为标志分子的灵敏性和特异性仍有待于进一步分析。

5. 问题与展望

   近年来,随着对miRNA功能认识的深入和治疗学研究的推进,其在血管重塑和稳态维持中的临床应用前景逐渐清晰。然而,仍有许多问题制约其大规模临床应用:一方面,miRNA的靶基因有几十个甚至上百个,作用范围广泛,人为干预miRNA有可能造成众多下游靶蛋白的改变而引起副作用,另外化学修饰方法的毒性也有待确认,同时对miRNA的脱靶效应研究也较少;另一方面,目前还缺乏相应的药代动力学研究;此外,miRNA之间复杂的调控机制网络也需要深入探索。随着对miRNA认识的深入和治疗学研究的成熟,我们有可能看到miRNA在血管重塑性疾病中广阔的应用前景,相应的临床研究也会引导更深入的机制探索,并最终服务于病患。


    2014/1/9 18:09:16     访问数:1032
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