徐 靜,陳茜茜,侯明雙,呂紅英,賈冠軍,寇雨順,趙 磊,伊 琳

(1.甘肅中醫(yī)藥大學中西醫(yī)結合學院,2.甘肅省中醫(yī)藥防治慢性病疾病重點實驗室,3.甘肅中醫(yī)藥大學藥學院, 甘肅 蘭州 730000)

高血壓是嚴重的心血管疾病,在我國高血壓患病率隨著年齡增長呈現(xiàn)出升高趨勢。同時,高血壓也是誘發(fā)腦卒中、心肌梗死、心力衰竭、慢性腎臟疾病等疾病的最主要因素。表觀遺傳學研究發(fā)現(xiàn),高血壓的發(fā)生與非編碼RNA(MicoRNAs,miRNAs)對靶基因的調控密切相關。本文將綜述miRNA和高血壓及其靶器官關系的最新進展,以便更好的理解高血壓的發(fā)病機制,為高血壓及其靶器官損害的治療及預防策略提供依據(jù)。

1 MicroRNA概述

MicroRNAs是由約22個核苷酸組成的具有高度保守性的單鏈非編碼的RNA序列,是在轉錄后調節(jié)基因表達的小的內源性RNAs[1]。1993年人類發(fā)現(xiàn)了第一個 miRNA,7年后第二個miRNALet-7家族的發(fā)現(xiàn),開啟了miRNA在醫(yī)學生物學領域的大量研究。miRNA的合成經歷了轉錄、分解、轉運、切割、解螺旋和結合等過程,最后被引到靶mRNA的3’端,從而抑制靶mRNA的翻譯或促使其降解[1]。miRNA的異常表達或功能與多種人類疾病關系密切,因此,疾病相關miRNA為靶點的治療逐漸成為了醫(yī)學研究的熱點。

2 MicroRNA對高血壓的直接影響

2.1 miRNA對血管內皮細胞的影響miRNA對血管內皮的作用重點在于腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、一氧化氮、氧化應激調節(jié)、血管炎癥和血管生成的控制以及在識別內皮特異性miRNA及其靶點等方面。近年來一系列關于miRNA的研究證實,miRNA參與了血管的生成、內皮細胞的增殖及其內皮細胞的功能障礙[2],對維持血管內皮細胞(vascular endothelial cell,VEC)的功能起著關鍵作用。

研究發(fā)現(xiàn)[3],高血壓小鼠血管周圍組織(perivascular tissues,PVAT)中miR-214對血管氧化應激反應以及抑制T細胞進入PVAT以減弱炎癥反應;進一步研究發(fā)現(xiàn),敲除 miR-214可阻止促纖維化T細胞因子和趨化因子受體活化,從而減弱T細胞趨化作用,減輕血管周圍炎癥,提示miR-214通過增加PVAT內的T細胞數(shù)量和促進局部促纖維化細胞因子的釋放,加重內皮功能障礙和周圍血管纖維化,導致血壓持續(xù)升高,表明敲除 miR-214有利于血壓的穩(wěn)定和內皮功能的修復。Zou等[4]發(fā)現(xiàn),給大鼠注射miR-214-3p抑制劑,會使eNOS表達增加,血壓降低。進一步研究發(fā)現(xiàn),給eNOS穩(wěn)定的突變型大鼠注射miR-214-3p抑制劑后,miR-214-3p含量降低,但eNOS和血壓水平均沒有發(fā)生明顯變化。說明miR-214-3p可以直接靶向eNOS,促進其生成NO,起到降血壓的作用。

NO 的產生主要依賴于eNOS,在EC中起到維持血管張力和血壓的作用,是維持心血管穩(wěn)態(tài)的重要介質。有研究發(fā)現(xiàn)[5], eNOS 是miR-155的直接靶標。抑制miR-155 表達可以使人臍靜脈內皮細胞中的 eNOS 表達和 NO 產生從而促使內皮依賴性血管舒張,降低血壓。同時,抑制 miR-155 可逆轉腫瘤壞死因子-α 誘導的 eNOS 表達下調和內皮依賴性血管舒張功能受損。此外,研究還發(fā)現(xiàn)辛伐他汀減弱腫瘤壞死因子-α(TIF-α)誘導的 miR-155 的上調,并改善TIF-α對 eNOS 表達和內皮依賴性血管舒張的影響。這些發(fā)現(xiàn)表明 miR-155 是 eNOS 表達和內皮依賴性血管舒張的重要調節(jié)劑。抑制 miR-155 可能是改善心血管疾病發(fā)展過程中內皮功能障礙的新治療方法。

Shang等[6]研究發(fā)現(xiàn),高血壓患者外周血清中miR-483-3p水平與高血壓的進展相關,并與血管功能呈正相關。ECs中miR-483-3p的過度表達抑制了血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)誘導的內皮功能障礙,同時降低了轉化生長因子-β(TGF-β)、結締組織生長因子(CTGF)、血管緊張素轉換酶1(ACE1)和內皮素1(ET-1)的表達。miR-483-3p在高血壓發(fā)病期間對EC功能有保護作用,因此可能被認為是高血壓相關心血管疾病的潛在治療靶點。

上述研究證明,miRNA可以調控EC的功能,通過影響 NO 和 eNOS 的表達來抑制EC異常的增殖與凋亡,通過與Ang Ⅱ之間的相互作用來調控血壓。這些證據(jù)提示 miRNA 在維持高血壓EC正常功能方面有著巨大潛力。

2.2 miRNA對血管平滑肌細胞的影響血管平滑肌對維持血管張力和穩(wěn)定血壓有著重要意義,高血壓的危險因素刺激會使血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)異常增殖或凋亡,AngⅡ誘導的VSMC重塑和功能障礙是高血壓發(fā)生的主要原因。

最近有研究表明[7],AngⅡ可以降低Bcl-2樣蛋白1的(Bcl-xL)的表達,Bcl-2樣蛋白1是一種新發(fā)現(xiàn)的可以抑制線粒體中未偶聯(lián)質子通量的蛋白,能夠降低VSMC中未偶聯(lián)線粒體的表達。AngⅡ下調血管平滑肌細胞中Bcl-xL的miR140-5p表達可以解偶聯(lián)線粒體和升高血壓。抑制miR-140-5p可改善VSMC的線粒體生物功能,并減輕AngⅡ誘導小鼠的線粒體解偶聯(lián)和高血壓。

miRNA在抑制AngⅡ誘導VSMC重塑也有著重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)[8],miR-135a-5p能夠減輕自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)血管平滑肌的增殖和血管重塑,抑制或敲除miR-135a-5p阻止了SHR 血管平滑肌細胞中FNDC5的下調,FNDC5基因敲除可加重SHR的VSMC增殖。外源性FNDC5或FNDC5過表達減弱SHR的VSMC增殖,并阻止miR-135a-5p模擬物誘導的SHR VSMC增殖增強。SHR中miR -135a-5p基因敲除可減輕高血壓,使FNDC5表達正?；?抑制血管平滑肌增殖,減輕血管重塑。這些結果表明,miR-135a-5p促進SHR中VSMC的增殖,而FNDC5抑制VSMC的增殖。沉默miR-135a-5p可通過解除FNDC5轉錄的抑制,減輕SHR中VSMC的增殖和血管重塑。Li等[9]研究發(fā)現(xiàn),平滑肌細胞特異性miR-214基因敲除(miR-214cKO)可顯著緩解AngⅡ誘導的高血壓,同時抑制AngⅡ誘導的中層增厚、血管纖維化和炎癥,進一步研究發(fā)現(xiàn),抑制平滑肌細胞中的miR-214可通過上調Smad7抑制TGF-β的表達,從而阻止AngⅡ誘導血管平滑肌細胞重塑Smad2/3信號。

此外,也有很多的miRNA在VSMC增殖和遷移過程中發(fā)揮作用。Niu等[10]發(fā)現(xiàn),miR-634模擬物能夠抑制人主動脈平滑肌細胞(human aortic smooth muscle cells, HASMCs)的增殖和遷移。miR-634靶向HASMC中的Wnt4蛋白的表達,通過減少Wnt4的表達進而達到抑制VSMC的增殖和遷移的作用,減少高血壓的發(fā)生。Wnt/β-連環(huán)蛋白是一種發(fā)育信號通路,參與損傷修復和組織內穩(wěn)態(tài)的過程,Wnt/β-連環(huán)蛋白過度活躍能夠促進腎素-血管緊張素系統(tǒng)的激活,并導致高血壓的發(fā)生。miR-634通過抑制Wnt4/β-連環(huán)蛋白途徑發(fā)揮了VSMC增殖和遷移的新調節(jié)器的作用,為理解miR-634在高血壓干預中的作用提供了新的視角。新的一項研究發(fā)現(xiàn)[11],miR-149-5p通過抑制其特定靶點HDAC4,在抑制PDGF誘導的VSMC增殖、侵襲和遷移中發(fā)揮作用。因此miR-149-5p被認為可能是VSMC相關疾病的治療靶點。

VSMC在維持血壓穩(wěn)定方面扮演了至關重要的角色,miRNA通過調控VSMC的增殖、遷移能力來起到維持血壓穩(wěn)態(tài)的作用,為高血壓的治療提供新的思路與辦法。

2.3 miRNA對腎素-血管緊張素-醛固酮(RAAS)系統(tǒng)的影響腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)與高血壓的發(fā)生密切相關,AngⅡ是該系統(tǒng)的主要成分有收縮血管誘導血管重塑和誘導血管平滑肌增殖的作用。血管緊張素轉換酶(ACE)是AngⅡ的主要產物,通過靶向血管緊張素1型(AT1)受體參與高血壓介導的心血管重塑。研究發(fā)現(xiàn)[12],miR-483-3p可以直接作用于RAAS的特定部分,并且miR-483-3p可以調節(jié)ACE、ACE2和AT2R水平的平衡和穩(wěn)態(tài),起到了RAAS系統(tǒng)調節(jié)器的作用,揭示了RAAS中miRNA和Ang II敏感性之間的復雜關系。有一項臨床研究表明[13],在高血壓患者的外周血中,miR-136的表達與RAAS的生化標志物ACE、RA、Ang II和ALD呈顯著負相關。高水平的miR-136可預測高血壓患者用藥后的良好預后。因此,miR-136可作為高血壓診斷的潛在生物標志物。

此外,RAAS的慢性激活促進并延續(xù)了充血性心力衰竭、全身性高血壓和慢性腎病的綜合征。循環(huán)系統(tǒng)和組織中AngⅡ和醛固酮水平過高會導致促纖維化、炎癥和肥大環(huán)境,從而導致心血管和腎組織的重塑和功能障礙。因此,抑制RAAS系統(tǒng)的激活對于高血壓及其靶器官損傷都有舉足輕重的作用。在高血壓中,microRNAs 作用于RAAS系統(tǒng)并調節(jié)相關信號通路誘導高血壓及相關疾病。例如,研究發(fā)現(xiàn)[14],Trif 缺乏抑制了醛固酮誘導的心臟炎癥反應和線粒體損傷,為解釋醛固酮誘導的心臟肥大、纖維化和功能障礙提供一種新的分子機制。

越來越多的研究表明,RAAS系統(tǒng)與高血壓的關系不止限于高血壓本身,而是對高血壓引起的全身靶器官損害都有關聯(lián)。RAAS系統(tǒng)作為高血壓病理機制中不可或缺的一環(huán),對其的研究與探索會為高血壓治療帶來意想不到的好處。

3 MicroRNA對高血壓靶器官的影響

3.1 miRNA對腎臟的影響長期高血壓會引起全身血管病變而導致一系列的靶器官損害,其中以心、腦、腎等靶器官損傷最為主要。而高血壓所致的腎臟損傷已經成為終末期腎病的第二大病因,也是不良心血管事件的獨立危險因素之一[15]。miRNA在高血壓腎損害發(fā)病進程中作用廣泛而復雜,可以參與到病理機制的各個環(huán)節(jié),包括血流動力學因素和非血流動力學因素。

Cheng等[16]研究表明,腎臟中miR-204-5p高表達能夠起到保護腎臟免受慢性腎臟損傷疾病侵害的作用,他們發(fā)現(xiàn),miR-204對慢性腎損傷的保護作用涉及到了miR-204/SHP2/STAT3信號通路,miR-204靶向SHP2和抑制STAT3的激活保護腎臟免受纖維化損傷,同時該信號通路亦能夠通過調節(jié)腎血管系統(tǒng)影響慢性腎損傷。Liu等[17]研究發(fā)現(xiàn),miR-29表達會引起Sp1-TGF-β1/Smad3-NF-κB信號通路表達增強,促進腎臟纖維化。對人類CWAS數(shù)據(jù)進行生物信息學分析,對人類腎活檢標本的小RNA進行深度測序分析并對腎臟特異性抑制miRNA和具有靶向基因破環(huán)的大鼠模型進行研究,結果發(fā)現(xiàn)腎臟中的miR-214-3p在功能上和潛在的遺傳上與鹽誘導高血壓有關,而且確定了miR-214-3p是eNOS的直接調節(jié)因子,能夠部分介導miR-214-3p對高血壓的作用[18]。

3.2 miRNA對腦組織的影響高血壓腦出血(hypertensive cerebral hemorrhage,HICH)會使miR-126表達降低,而高血壓引起的EC損傷是高血壓腦出血的重要原因。SUN等[19]發(fā)現(xiàn)在HICH小鼠的腦血管細胞中,Lnc FENDRR和血管內皮生長因子(VEGFA)表達增加,miR-126表達降低。FENDRR能夠逆轉由于凝血酶升高導致的VEGFA表達升高和人腦微血管內皮細胞(human brain microvascular endothelial cells,HBMECs)凋亡,而miR-126抑制劑可以消除FENDRR基因敲除對VEGFA表達和HBMECs凋亡的影響。同時,VEGFA的下調可減輕FENDRR和miR-126基因敲除對HBMECs凋亡的影響。FENDRR可通過miR-126上調VEGFA,促進HBMECs凋亡,進而加重小鼠HICH的病情。這些結果可能為HICH的治療提供新的治療靶點。

3.3 miRNA對心臟的影響高血壓是導致慢性心力衰竭的最主要,最強大的因素。長期的高血壓會引起左心室的心室重塑,導致高血壓性心臟病的發(fā)生,最終發(fā)展成為慢性心力衰竭。

有研究表明[20],心力衰竭 (heart failure,HF) 患者的心臟 miRNA-132-3p水平升高,影響心肌細胞生長、自噬和收縮并機械地驅動心臟重塑過程。CDR132L 是一種特異性反義寡核苷酸,是一流的 miR-132 抑制劑,臨床試驗表明CDR132L能夠選擇性、劑量依賴性和有效的降低miR-132表達,可在臨床前模型中減弱甚至逆轉 HF。近來有研究提出了“腎-心軸”的概念[21],即HF和心臟纖維化與腎功能損害相關,慢性腎臟疾病患者更容易發(fā)生心臟纖維化。慢性腎臟病患者心臟纖維化的發(fā)生涉及到氧化應激、RAAS系統(tǒng)激活、炎癥反應以及與成纖維細胞生長因子的調節(jié)作用等密切相關。microRNA可作為“腎-心軸”之間的信使在腎功能損害和心臟纖維化中起著重要作用,有許多的促纖維化microRNA在心臟和腎臟中的表達高度重合,而miRNA-21和miRNA-29是心臟和腎臟中表達最豐富的miRNA,是調節(jié)纖維化的主要分子。慢性心力衰竭和心臟纖維化的進展是一個復雜的過程,其機制還在進一步的探索當中,通過腎臟導致腎功能衰竭的心臟病加重-心臟軸進一步增加了這一過程的復雜性。雖然我們對潛在機制的理解仍在不斷發(fā)展,但“腎-心軸”的提出為關注這一臨床高度相關的問題提供了充分的理由,也為進一步探索它們之間的關系提供了一個方向。

4 外泌體MicroRNA在高血壓中的作用

外泌體是直徑在30～150 nm之間的細胞外囊泡,能夠攜帶核酸、蛋白質、脂質以及代謝產物運輸?shù)郊毎猸h(huán)境。在高血壓的相關研究中,外泌體被看作是細胞間信使,而miRNA則是外泌體的重要信息物質,其病理生理學作用主要涉及miRNA介導的RAAS、一氧化氮(NO)、氧化應激、血管炎癥和血管生成的調節(jié)等[22]。

4.1 外泌體miRNA與血管重塑及內皮功能障礙高血壓的血管重塑是由于血管活性肽釋放誘導血管收縮、血管平滑肌細胞生長或凋亡導致了炎癥和血管纖維化。在這一過程中每一步都需要外泌體作為“信使”發(fā)揮作用。血管重塑過程往往伴隨著內皮和血管功能障礙的發(fā)生,包括細胞增殖、凋亡和遷移等過程。

miRNA能夠調節(jié)RAAS成分,影響血管重塑和血壓調節(jié)。例如,miR-155-5p過表達直接降低ACE水平來影響AngⅡ的釋放,從而起到降血壓、血管重塑的作用[23]。此外,有研究發(fā)現(xiàn)[24],SHR中的差異表達外泌體miRNA被發(fā)現(xiàn)可通過TGF-/MAPK信號通路參與血管重塑和維持血壓穩(wěn)態(tài),但其具體作用機制還需要進一步的研究。

miR-21是血管重塑的重要調節(jié)因子,通過外泌體的運輸顯著降低內皮中NO和eNOS水平,導致血管功能障礙[25]。外泌體可以運輸miR-125a抑制血管生成抑制劑(DLL4)的作用,促進血管的生成[26];miR-34a通過靶向Tigf2抑制內皮細胞遷移,促進了細胞凋亡,并抑制其的增殖作用[27]。

4.2 外泌體miRNA與炎癥反應外泌體參與免疫調節(jié)機制,包括激活和抑制免疫反應、調節(jié)抗原呈遞和免疫監(jiān)測。來自免疫細胞或干細胞衍生的外泌體miRNA在暴露于應激或在促高血壓刺激物影響下直接靶向促炎分子,調節(jié)炎癥。進一步研究發(fā)現(xiàn)[28],SHR大鼠血清中存在miR-17,miR-17能夠升高其下游靶點中的粘附分子-1(ICAM1)導致炎癥發(fā)生。內質網(wǎng)應激增加巨噬細胞源性外泌體miR-106-5p表達,抑制轉錄因子E2f1和Pde3b刺激腎素產生從而導致炎癥發(fā)生[29]。但外泌體miRNA在高血壓的炎癥反應中的具體作用尚未完全闡明,仍需進一步的研究和發(fā)現(xiàn)。

4.3 外泌體miRNA的潛在治療作用外泌體miRNA在循環(huán)中的差異表達和它獨特的細胞特異性為高血壓的診斷和預后提供了有效潛在的生物標志物,同時也有希望成為高血壓治療強有力的靶點。已有研究表明,間充質基質細胞衍生外泌體(MSC-EXO)能夠改善高血壓大鼠表型,注射MSC-EXO不但能夠減輕高血壓大鼠的肺血管重塑和右心室損傷,還可以抑制血管內皮細胞凋亡和平滑肌細胞的增殖并且減輕炎癥反應[30]。而外泌體miRNA因為其自身結構優(yōu)勢,更有希望為高血壓靶向治療帶來意想不到的驚喜。高血壓相關miRNA與靶基因總結見表1。

5 總結與展望

miRNA幾乎涉及了所有細胞生物學功能,隨著技術進步不斷有新的miRNA出現(xiàn)在高血壓復雜的病理生理過程中,在不同病理狀態(tài)下miRNA發(fā)揮著不同的作用影響高血壓進程以及靶器官的損害。近幾年的研究已經確定一些miRNA可在臨床上被用作診斷高血壓的生物標志物,基于此開發(fā)miRNA的靶向治療成為了新的研究熱點?；瘜W修飾的miRNA治療首先進入了人們視野,但它具有一定的局限性,而納米技術的興起解決了化學修飾miRNA穩(wěn)定性差、療效低的問題,而且降低了miRNA治療帶來的副作用。目前,通過已知的納米技術提高轉染效率,定向靶細胞轉移和聯(lián)合治療已成為研究的主要方向。但miRNA靶向治療在臨床應用中仍然面臨著巨大挑戰(zhàn),亟待進行進一步的研究和探索。

外泌體來源的miRNA具有更好的結構穩(wěn)定性和靶向作用,所以如何行使外泌體miRNA細胞間信使作用,實現(xiàn)更精準的藥物遞送成為了新的研究熱點。雖然,目前在外泌體miRNA提取和識別方面還存在一定的不確定性和不穩(wěn)定性,但是隨著研究深入這些問題必將被克服,為外泌體miRNA的治療打開一個全新的局面。