長(zhǎng)鏈非編碼RNAs-微小RNAs-mRNAs調(diào)控軸在腦缺血/再灌注損傷機(jī)制中的作用進(jìn)展

李俊杰 邵建林

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院麻醉科（昆明650032）

缺血性腦卒中是一種常見(jiàn)且高發(fā)的腦血管病，其發(fā)生率約占所有卒中的87%［1］。缺血性腦卒中發(fā)生后血流的再通導(dǎo)致缺血組織損傷加重的現(xiàn)象，稱為腦缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷。再灌注損傷的機(jī)制復(fù)雜多樣，與細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥、興奮性氨基酸毒性、細(xì)胞自噬以及血腦屏障破壞等病理過(guò)程密切相關(guān)［2］。長(zhǎng)鏈非編碼RNAs（long non-coding RNAs，lncRNAs）和微小RNAs（microRNAs，miRNAs）在許多生物過(guò)程的基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮重要作用［3-4］。lncRNAs是近年發(fā)現(xiàn)的能夠在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控的一類非編碼RNAs，miRNAs 則發(fā)揮了切割mRNAs，保持mRNAs的穩(wěn)定性以及抑制翻譯的作用［5］。lncRNAs 主要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）機(jī)制，作為miRNAs 的內(nèi)源性“海綿”抑制miRNAs 的表達(dá)，從而抑制了miRNAs 對(duì)mRNAs 的負(fù)性調(diào)控作用；此外，也有部分lncRNAs 能與miRNAs 競(jìng)爭(zhēng)mRNAs 的3′端結(jié)合位點(diǎn)，直接與mRNAs結(jié)合，解除了miRNA對(duì)mRNA的抑制作用［6］（圖1）。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明lncRNAs-miRNAsmRNAs 調(diào)控軸在諸多方面參與了腦I/R 損傷病理過(guò)程的調(diào)控。本文將從以下幾個(gè)方面對(duì)近年關(guān)于lncRNAs-miRNAs-mRNAs 調(diào)控軸在腦I/R 損傷中的作用及其機(jī)制的研究進(jìn)行總結(jié)與分析，為腦I/R損傷的分子機(jī)制及治療靶點(diǎn)的選擇提供理論依據(jù)和參考。

圖1 lncRNA 和miRNA 的作用及調(diào)控mRNA 的作用機(jī)制示意圖Fig.1 Schematic diagram of the roles of lncRNA and miRNA and the mechanism of regulating mRNA

1 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸與腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡是由基因控制的細(xì)胞自主的有序死亡過(guò)程，在腦I/R 損傷過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1 和MALAT1 在腦I/R 損傷后的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小鼠腦組織中高表達(dá)，二者均能通過(guò)吸附miR-145而上調(diào)AQP4的表達(dá)，促進(jìn)了腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡［7-8］。lncRNA KCNQ1OT1 在I/R后的大腦皮質(zhì)神經(jīng)元中表達(dá)上調(diào)，并通過(guò)與miR-9的反應(yīng)元件結(jié)合抑制其表達(dá)，解除了miR-9 對(duì)靶基因MMP-8的表達(dá)抑制，從而誘導(dǎo)神經(jīng)元發(fā)生凋亡［9］。KCNQ1OT1還能通過(guò)lncRNA KCNQ1OT1-miR-153-3p-Foxo3調(diào)控軸，以相同的作用方式促進(jìn)腦I/R損傷后皮質(zhì)神經(jīng)元的凋亡［10］。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA CHRF 在I/R 損傷后小鼠腦組織中高表達(dá)，同時(shí)，敲低CHRF 基因表達(dá)能通過(guò)靶向調(diào)控miR-126/SOX6 通路抑制細(xì)胞凋亡，改善腦I/R 損傷［11］。此外，下調(diào)lncRNA H19可通過(guò)與miR-19a競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合靶基因Id2 的3′端間接抑制Id2 的表達(dá)，改善Id2 高表達(dá)所致的神經(jīng)元損傷［12］。lncRNA MEG3 也參與了腦I/R損傷后細(xì)胞凋亡的調(diào)控，它能通過(guò)ceRNA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)性抑制miR-21a 的表達(dá)，從而上調(diào)靶蛋白PDCD4的表達(dá)，誘導(dǎo)缺血所致的神經(jīng)元凋亡［13］。上述研究表明，腦I/R 后大量的lncRNAs 呈高表達(dá)，并通過(guò)lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，加重腦組織的再灌注損傷。然而，有極少數(shù)lncRNAs 在腦I/R 后高表達(dá)，可以抑制凋亡，抗I/R損傷。YIN 等［14］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA SNHG12 在I/R后的海馬神經(jīng)元中高表達(dá)，抑制了miR-199a對(duì)靶基因SIRT1 的負(fù)調(diào)控，并激活A(yù)MPK 信號(hào)通路抑制了神經(jīng)元凋亡。

B 細(xì)胞淋巴瘤-2（B cell lymphoma-2，Bcl-2）家族蛋白（Bcl-2、Bax）以及其下游的半胱氨酸蛋白酶3（cysteine protease-3，Caspase-3）在細(xì)胞凋亡的早期發(fā)揮了非常重要的調(diào)節(jié)作用，它們以酶原的形式存在于胞質(zhì)，并在一定條件下被激活后促進(jìn)或抑制凋亡［15］。諸多研究證實(shí)lncRNAs-miRNAsmRNAs 調(diào)控 軸 能激活Bcl-2、Bax 或Caspase-3 途徑參與腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡的調(diào)控。lncRNA AK 038897 在腦I/R 損傷后小鼠腦組織和N2a 細(xì)胞中表達(dá)顯著上調(diào)，作為miR-26a-5p 的一個(gè)ceRNA 與DAPK1 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合共同的miR-26a-5p 結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)lncRNA AK038897-miR-26a-5p-DAPK1 軸使Bax和Caspase-3 蛋白表達(dá)上調(diào)，Bcl-2 蛋白表達(dá)下調(diào)，加重了細(xì)胞凋亡［16］。相反的是，lncRNARian 在腦I/R 后表達(dá)顯著降低，過(guò)表達(dá)Rian 通過(guò)海綿吸附作用抑制了miR-144-3p 對(duì)靶基因GATA3 的負(fù)調(diào)控作用，從而抑制了Bax、Caspase-3 蛋白表達(dá)，激活了Bcl-2 的表達(dá)，發(fā)揮抗凋亡的保護(hù)作用［17］。lncRNA Oprm1 與lncRNA Rian 作用相似，定位在胞漿，腦I/R后Oprm1表達(dá)降低，過(guò)表達(dá)后通過(guò)lncRNA Oprm1-miR-155-GATA3 調(diào)控軸降低了Caspase-3 的蛋白表達(dá)［18］。此外，下調(diào)lncRNA Gm11974 的表達(dá)通過(guò)lncRNA Gm11974-miR-766-3p-NR3C2 軸激活Bcl-2和抑制Bax 蛋白表達(dá)，從而減少腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡［19］。綜上可見(jiàn)，腦I/R 損傷發(fā)生后對(duì)這些差異表達(dá)的lncRNAs 或其相應(yīng)的調(diào)控軸進(jìn)行干預(yù)可能對(duì)挽救I/R 損傷后神經(jīng)細(xì)胞的存活具有重要作用。

2 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸與腦I/R 損傷后氧化應(yīng)激損傷

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致腦I/R 損傷最常見(jiàn)和研究最充分的因素［20］。大量氧化物質(zhì)生成減少是造成氧化應(yīng)激損傷的主要因素之一。lncRNA H19 參與的調(diào)控軸不僅能調(diào)控細(xì)胞凋亡，對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)也具有調(diào)控作用。研究表明，lncRNA H19可作為miR-19a-3p的一個(gè)ceRNA，通過(guò)海綿吸附作用抑制其表達(dá)，從而使PTEN 上調(diào)，增加了MDA 和減少了SOD的產(chǎn)生，加重了I/R 后腦組織的氧化應(yīng)激損傷［21］。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍抗氧化應(yīng)激，保護(hù)腦I/R損傷的機(jī)制是通過(guò)抑制lncRNA H19-miR-148a-3p-Rock2 調(diào)控軸來(lái)實(shí)現(xiàn)［22］。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA KCNQ1OT1 在腦I/R 后表達(dá)顯著上調(diào)，通過(guò)靶向抑制miR-140-3p 促進(jìn)了HIF-1α的表達(dá)，增加了ROS和MDA 的生成以及減少了SOD 的產(chǎn)生［23］。此外，lncRNA KCNQ1OT1 還參與了腦I/R 損傷所致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）的調(diào)控，KCNQ1OT1 表達(dá)上調(diào)后通過(guò)靶向作用于miR-30b-GRP78 軸，上調(diào)ERS 相關(guān)蛋白的表達(dá)，加重再灌注后ERS 所致的腦損傷［24］。lncRNA ROR 在I/R損傷的PC12 神經(jīng)細(xì)胞模型中表達(dá)顯著上調(diào)，通過(guò)調(diào)控miR-135a-5p/Rock1/2 軸加重再灌注損傷所致的氧化應(yīng)激損傷［25］。然而，在腦I/R 損傷的SH-SY5Y 細(xì)胞模型中，lncRNA SNHG16 的表達(dá)則下調(diào)，過(guò)表達(dá)SNHG16 通過(guò)海綿吸附作用靶向抑制miR-106b-5p的表達(dá)，從而上調(diào)了LIMK1 的表達(dá)，最終減少了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白的產(chǎn)生，發(fā)揮了抗氧化應(yīng)激的保護(hù)作用［26］。另一項(xiàng)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，lncRNA NEAT-1在I/R 損傷后大鼠腦組織中表達(dá)上調(diào)，通過(guò)靶向抑制miR-214 并促進(jìn)PTEN 的表達(dá)增加了氧化物質(zhì)MDA和連環(huán)蛋白（catenin，CAT）并減少了抗氧化物質(zhì)SOD 的產(chǎn)生，加重了腦組織的繼發(fā)性損傷［27］。由此可見(jiàn)，lncRNAs-miRNAs-mRNAs 調(diào)控軸在腦I/R 損傷中具有促氧化應(yīng)激和抗氧化應(yīng)激的雙向調(diào)控作用。

3 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸與腦I/R 損傷后神經(jīng)炎癥

炎癥反應(yīng)是造成腦I/R 后繼發(fā)性損傷的重要因素之一，再灌注早期，炎癥級(jí)聯(lián)效應(yīng)被激活，大量的細(xì)胞因子的生成促進(jìn)了炎癥反應(yīng)，加重了腦組織的損傷［28-29］。lncRNA MEG3 及其調(diào)控軸不僅參與了細(xì)胞凋亡的調(diào)控，對(duì)神經(jīng)炎癥也具有調(diào)控作用。研究表明，在I/R 損傷后的大鼠腦組織和SH-SY5Y 細(xì)胞模型中，MEG3 的表達(dá)上調(diào)，并通過(guò)作為miR-485 的一個(gè)ceRNA，海綿吸附miR-485 抑制其表達(dá)，從而上調(diào)靶基因AIM2 的表達(dá)，最終增加了IL-1β和IL-18 的分泌，加重炎癥反應(yīng)［30］。另一方面，lncRNA ZFAS1 則呈現(xiàn)低表達(dá)，過(guò)表達(dá)后通過(guò)調(diào)控miR-582/NOS3 軸，降低了腦組織和細(xì)胞上清液中TNF-α和IL-1β的產(chǎn)生，抑制了腦I/R 損傷所致的炎癥反應(yīng)［31］。lncRNA H19 在I/R 后腦組織中高表達(dá)，如上文所述，H19 及其相關(guān)lncRNAsmiRNAs-mRNAs 調(diào)控軸參與了腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激的調(diào)控。lncRNA H19 可作為mi-138-5p 的分子海綿抑制其表達(dá)并上調(diào)了靶基因p65 的表達(dá)，從而增加了細(xì)胞因子的產(chǎn)生，促進(jìn)了炎癥反應(yīng)［32］。lncRNA KCNQIOT1 也參與了神經(jīng)炎癥的調(diào)控，體外研究表明，KCNQIOT1 通過(guò)靶向調(diào)控miR-140-3p/HIF-1α軸增加了細(xì)胞上清液中炎癥因子的分泌［23］。此外，ZHONG 等［33］還通過(guò)RNA 免疫沉淀和下拉實(shí)驗(yàn)證實(shí)了lncRNA SNHG14 可作為miR-136-5p 的ceRNA，通過(guò)與ROCK1 競(jìng)爭(zhēng)miR-136-5p 共同的結(jié)合位點(diǎn)抑制miR-136-5p 對(duì)ROCK1 的負(fù)調(diào)控作用，從而增加腦I/R 損傷后促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，加重神經(jīng)炎癥反應(yīng)［33］。

4 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸與腦I/R 損傷后細(xì)胞自噬

自噬通過(guò)去除蛋白質(zhì)聚集體和破壞細(xì)胞器，以及回收自噬降解的副產(chǎn)品，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)具有重要意義，同時(shí)，它又是真核生物的重要降解途徑之一，并且與心腦血管疾病相關(guān)［34-35］。然而，過(guò)度自噬可促進(jìn)腦I/R 損傷過(guò)程中神經(jīng)元凋亡，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞死亡［36］。已有研究證實(shí)lncRNAsmiRNAs-mRNAs 調(diào)控軸參與腦I/R 損傷后神經(jīng)細(xì)胞的自噬過(guò)程。腦I/R 后lncRNA SNHG3 表達(dá)上調(diào)，并作為miR-485 的ceRNA 抑制了miR-485 的表達(dá)，靶向上調(diào)了自噬相關(guān)蛋白ATG7 的表達(dá)，增加了LC3II/I 的生成，促進(jìn)了自噬誘導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞凋亡［37］。此外，lncRNA KCNQ1OT1 通過(guò)調(diào)控miR-200/FOXO3/ATG3 通路增加了I/R 損傷后神經(jīng)細(xì)胞的自噬通量（ATG3、LC3II/I 和SQSTM1 生成增加），誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞自噬，加重小鼠腦梗死和神經(jīng)功能障礙［38］。另一項(xiàng)體外研究表明，lncRNA Malat1 是一種有效的自噬誘導(dǎo)劑，在發(fā)生I/R 后的腦血管內(nèi)皮細(xì)胞中，Malat1 表達(dá)上調(diào)，通過(guò)海綿吸附抑制miR-26b 表達(dá)，靶向上調(diào)ULK2 的表達(dá)，促進(jìn)自噬小體GFP-C3 生成和LC3-I 向LC3-II 蛋白轉(zhuǎn)化，誘導(dǎo)自噬，保護(hù)細(xì)胞免受I/R 所致的死亡［39］。

5 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 軸與腦I/R 損傷其他病理過(guò)程

lncRNAs-miRNAs-mRNAs調(diào)控軸除了參與上述對(duì)腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激損傷、神經(jīng)炎癥和細(xì)胞自噬的調(diào)控外，有研究發(fā)現(xiàn)它還能參與細(xì)胞焦亡的調(diào)控。細(xì)胞焦亡是近年新發(fā)現(xiàn)的一種新的程序性細(xì)胞死亡方式，該過(guò)程也伴隨著大量促炎因子的釋放。GSDMD-N被認(rèn)為是Caspase-1的底物，是一種參與焦亡途徑的蛋白。近期，LIANG 等［30］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA MEG3 在I/R 損傷后的大鼠腦組織和SH-SY5Y 細(xì)胞模型中表達(dá)上調(diào)，并通過(guò)miR-485/AIM2 通路增加GSDMD-N 蛋白的表達(dá)，激活Caspase-1 介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡途徑，促進(jìn)隨之而發(fā)生的炎癥反應(yīng)，加重神經(jīng)功能損傷。

腦I/R 損傷機(jī)制比較復(fù)雜，細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激損傷、神經(jīng)炎癥、興奮性氨基酸毒性、細(xì)胞自噬和血腦屏障功能受損等病理?yè)p傷過(guò)程彼此間相互交錯(cuò)或促進(jìn)，加重了腦組織缺血再灌注后的繼發(fā)性損傷。而從現(xiàn)有的研究來(lái)看，lncRNAs-miRNAsmRNAs 調(diào)控軸則通過(guò)各自的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與了腦I/R 損傷后細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激損傷、神經(jīng)炎癥、細(xì)胞自噬和焦亡過(guò)程的調(diào)控（圖2）。對(duì)該方面分子調(diào)控機(jī)制的研究將加深對(duì)該疾病病理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為治療缺血性腦卒中分子靶點(diǎn)的篩選拓展了新的視角，但離臨床治療應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，仍然需要進(jìn)行深入研究探索。

圖2 lncRNAs-miRNAs-mRNAs 調(diào)控軸在腦缺血/再灌注損傷機(jī)制中的作用網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Network diagram of the role of lncRNAs-miRNAs-mRNAs regulatory axis in the mechanism of cerebral ischemia/reperfusion injury