miRNAs及其单核苷酸多态性在缺血性脑卒中的研究进展论文

2024-12-13 13:50:09 来源: 作者:liziwei
摘要:缺血性脑卒中(ischemic stroke,IS)是由环境因素和遗传因素共同作用所致的一种多因素疾病,其遗传易感性及缺血性脑损伤机制仍是近年来研究的热点。微小RNA(microRNA,miRNA)表达谱异常在IS的病因、病理生理、神经保护和卒中后脑水肿等多个过程均有参与。单核苷酸多态性(single nueleotide polymor⁃phism,SNP)指在有遗传效应的DNA片段上由单个核苷酸发生颠换、转换、插入、缺失等所引起的DNA序列多态性。当miRNA存在SNP时可能直接或间接影响其靶基因的表
[摘要]缺血性脑卒中(ischemic stroke,IS)是由环境因素和遗传因素共同作用所致的一种多因素疾病,其遗传易感性及缺血性脑损伤机制仍是近年来研究的热点。微小RNA(microRNA,miRNA)表达谱异常在IS的病因、病理生理、神经保护和卒中后脑水肿等多个过程均有参与。单核苷酸多态性(single nueleotide polymor⁃phism,SNP)指在有遗传效应的DNA片段上由单个核苷酸发生颠换、转换、插入、缺失等所引起的DNA序列多态性。当miRNA存在SNP时可能直接或间接影响其靶基因的表达,从而作用于IS的发生发展,故miRNA的SNP可成为研究miRNA与IS之间相互作用的新的切入点。本文拟对部分miRNAs及其SNP与IS之间的关系进行综述,以期为IS的诊断、治疗及预后评估提供科学依据。
[关键词]缺血性脑卒中;微小RNA;单核苷酸多态性
卒中是世界第二大死亡原因,累积导致了全世界约七亿人口的死亡。据世界卫生组织报道,全球范围内每年有约1 500万新发卒中人群,约600万人死亡,500万余人终身残疾。迄今为止,脑卒中已成为我国成年人死亡和残疾的首要因素,给国家和人民带来了沉重的经济负担。随着目前社会人口老龄化日益严重及居民生活水平的提高,我国脑卒中疾病发病率有爆发式增长的趋势。在所有卒中类型中,缺血性脑卒中(ischemic stroke,IS)最常见,约占比85%。造成IS的主要因素包括环境因素和遗传因素。IS的环境因素较为明确,包括高血压、高脂血症、糖尿病、吸烟和饮酒等,这也为IS的一级、二级预防提供了依据。另一方面,通过对IS遗传因素的研究发现,相关基因的突变、缺失和遗传多态性等与IS之间存在相关性。从遗传因素角度出发寻找新的有效切入点,提高IS的临床诊疗水平一直是医学界关注的重点及热点。
1 miRNA单核苷酸多态性
微小RNA(microRNA,miRNA)是一类分子小、保守性高,能够调控基因表达的内源性非编码RNA,它们可以与靶mRNA的3'非翻译区(3'un⁃translated region,3'UTR)特异性结合,通过影响靶mRNA的翻译或信使RNA的降解调节基因表达。miRNA表达谱异常在IS的病因、病理生理(缺血兴奋毒性、缺血性氧化应激、缺血后炎症反应、缺血后细胞凋亡)、神经保护和卒中后脑水肿等多个过程均有研究,越来越多的miRNA被发现与IS之间存在关系。
单核苷酸多态性(single nueleotide polymor⁃phism,SNP)指在有遗传效应的DNA片段上由单个核苷酸发生颠换、转换、插入和缺失等所引起的DNA序列多态性,是人类最常见的可遗传变异之一。SNP在人群中出现频率≥1%,约占已知多态性的90%,具有数量丰富、分布广泛、遗传稳定、易实现分析自动化等特点。近几年来较多关于癌症相关疾病的研究发现,miRNA遗传多态性可影响miRNA的生物学功能,造成细胞增殖、凋亡的基因调控发生改变,在一定程度上影响疾病发生发展,也可以作为生物标志物应用于疾病的诊断和预后评估。近年来,有研究发现多种miRNA的SNP与IS之间存在联系,这为进一步阐明miRNA与IS之间相关性及其具体作用机制提供了新的思路。本文拟对miRNAs及其SNP与IS之间的关系进行综述,以期为IS的诊断、治疗及预后评估提供新的方法策略。
2 miRNAs SNP与IS关系
miRNAs SNP与IS相关性研究的文章数量有限,对文献进行整理总结后,发现关于miRNA-146a rs2910164、miRNA-124 rs531564、miRNA-126 rs4636297基因位点多态性与IS相关性研究的文献相对丰富,且有实验证明以上miRNAs与IS之间均存在相关性。但是,不同种族、不同样本量、不同地域的研究结果之间仍存在争议,具体作用机制也尚未清楚,故本文拟对miRNA-126、miRNA-146a、miRNA-124等miRNAs及其SNP与IS之间的关系进行综述,为IS的诊断、治疗及预后评估提供新的方法策略。
2.1 miRNA-146a SNP与IS关系
miRNA-146a被发现与炎症反应相关,其在T淋巴细胞、单核细胞和吞噬细胞等多种免疫和炎症细胞内高表达,而炎症反应是IS病理生理过程的重要环节。miRNA-146a基因启动子区存在多个核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)结合位点,脂多糖、白细胞介素1、肿瘤坏死因子α等促炎因子均以NF-κB依赖的方式促进miRNA-146a的表达。同时,研究发现miRNA-146a的高表达可以降低白细胞介素-1受体相关激酶1、肿瘤坏死因子受体相关因子-6、NF-κB和白细胞介素1β等炎症因子的表达,从而达到抑制炎症反应的作用。miRNA-146a的低表达则可能会加重炎症反应。
miRNA-146a通过直接下调Toll样受体(toll-like receptor,TLR)4和负反馈TLR4依赖性信号通路的激活,降低了氧化性低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,oxLDL)刺激的巨噬细胞中的低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cho⁃lesterol,LDL)胆固醇水平和炎症细胞因子分泌,所以miRNA-146a的过度表达可能有助于预防和治疗动脉粥样硬化。有研究发现,IS发生后,血脑屏障的破坏是否造成卒中后出血转化等严重后果,与内皮细胞的功能性改变密切相关。miRNA-146a高表达可减弱IS造成的内皮细胞活化,可能程序包括NF-κB、AP-1和丝分裂原活化蛋白(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/早期生长反应因子(early growth response factor,EGR)通路的激活。同时,有相关研究表明miRNA-146a的抑制可通过上调Fbx110靶蛋白的表达,从而减弱氧糖剥离/再灌注(oxygen glucose deprivation/re-oxygention,OGD/R)诱导的神经细胞损伤,起到抗凋亡作用。所以,miRNA-146a可能通过NF-κB、AP-1和MAPK/EGR等通路的激活抑制神经免疫炎症反应及减弱内皮细胞活化,负反馈TLR4依赖性信号通路改变动脉粥样斑块稳定性,上调Fbx110靶蛋白的表达影响神经元凋亡等途径,影响IS的发生和发展。
人类miRNA-146a前体(pre-miRNA-146a)基因rs2910164多态性可导致pre-miRNA-146a发夹结构茎部的碱基序列由G:U配对变成C:U错配,具有C等位基因的pre-miRNA-146a可降低成熟miRNA-146a的表达,同时降低了对靶基因表达的抑制;孙吉[10]通过病例-对照研究证实环氧化物水解酶2(epoxide hydrolase 2,EPHX2)基因是miRNA-146a的目标基因,研究发现EPHX2 rsl042032位点AA基因型与miRNA-146a rs2910164的CC基因型,可通过促进炎症作用共同增加长沙地区汉族人群IS的患病风险。同时,miRNA-146ars2910164多态性CC基因型有可能单独作用增加长沙地区汉族人群IS的患病风险。Huang S等通过病例对照研究,评估了深圳市人民医院531名IS患者与同数量健康人群外周血中miRNA-146a rs2910164多态性与IS发病风险的关联程度,发现miRNA-146a rs2910164多态性可能与中国人群IS的发病风险增加之间存在明显关联,同时miRNA多态性与空腹血糖、血脂水平可共同作用增加IS的发病风险。Zou D等纳入了14项关于亚洲人群的病例对照研究,共6 083例缺血性卒中患者和7 248例对照健康患者,通过Meta分析,发现在亚洲人群中,miRNA-146a rs2910164的GG基因型可能会增加IS的易患性,研究对象超越了Huang等人仅基于中国人群的研究范围,得到了与其基本一致的研究结果。然而,Qu JY等通过多中心大规模的前瞻性病例对照研究,多因素Logistic回归分析后发现miRNA-146a rs2910164与IS的患病率之间没有明确关联,却得出在亚洲人群中,miRNA-146a rs2910164可导致卒中复发风险增加1.56倍。同时,一项Meta分析表明,rs2910164与IS易感性及风险之间未发现显著关联,与Qu JY等的研究结果相一致;但是,在纯合子和显性模型的亚组分析表明rs2910164与大样本组和韩国人的IS易感性之间可能存在显著关联,得出rs2910164基因多态性与IS易感性之间相关性可能与人种差异/地域差异/样本量大小等有关。
2.2 miRNA-124 SNP与IS的相关性
miRNA-124是一种在中枢神经系统中特异表达的miRNA,在中枢神经系统的表达水平是其他组织的100倍以上。小胶质细胞分为促炎(M1)和抗炎(M2)两种表型,在IS的发病过程中起重要作用,miRNA-124可调节小胶质细胞活化并使它们保持静止状态。有研究通过向IS小鼠模型脑内注射miRNA-124,发现在卒中后48 h,小胶质细胞由M1型转变成M2型,改善了卒中后第6天的神经功能缺损症状。然而,在卒中后10 d注射miRNA-124,卒中小鼠神经功能缺损改善程度不如早期注射的小鼠,但与未注射miRNA-124的对照组相比仍有明显改善。这项研究表明,在病程高峰期之前注射miRNA-124可更好地改善卒中的炎症过程,为卒中亚急性阶段增加康复机会,作用机制与miRNA-124调节小胶质细胞活化程度及形态从而抑制炎症反应相关。郝如彬等研究也发现,miRNA-124经纳米携载入脑可改善IS大鼠神经功能障碍、减轻脑水肿以及改善炎症,起到神经保护作用。但其作用机制是否与miRNA-124的SNP之间存在联系,尚未见相关报道。
MiRNA-124 rs531564基因多态性与胃癌、宫颈癌、食管鳞状细胞癌和结直肠癌等风险相关,miRNA124a rs531564(C>G)中的C等位基因显著降低了2型糖尿病的发病风险,miRNA-124 rs531564基因多态性有望成为疾病潜在诊断标记物及治疗靶点。Chen S等通过对55例卒中患者进行了运动功能评估及干预,分析rs531564多态性对miRNA-124表达的影响及对卒中患者运动功能恢复的影响。发现rs531564 CC基因型患者的miRNA-124表达水平明显高于携带GC/GG基因型的患者;与CG/GG组相比,CC组的干预后运动功能改善更明显,得出miRNA-124 rs531564 CC基因型有助于患者卒中后运动功能改善的结论。一项研究对657例IS患者进行miRNA-124 rs531564 CC基因多态性分析,未发现rs531564 CC基因多态性与IS复发有相关性。Zhu R等通过病例对照研究发现miRNA-124 r531564在不同等位基因、基因型及遗传模式下与IS风险无关。目前研究表明,miRNA-124 r531564在不同等位基因、基因型及遗传模式下与IS风险、复发无关,但与卒中后运动功能恢复可能相关。miRNA-124 rs531564的SNP与IS关系研究极少,作用机制不清,且研究结果有进一步深入探索的意义。
2.3 miRNA-126 SNP与IS的相关性
动脉粥样硬化是高脂血症引起的血管内皮细胞损伤的慢性炎症过程,内皮单层的完整性是维护血管系统稳定的基础,且功能性内皮细胞是新血管生长所必需的。研究表明,内皮细胞功能和血管生成均受miRNA-143,miRNA-145和miRNA-126等miRNAs的严格调控。其中有研究表明miRNA-126通过直接靶向转化生长因子β调节高脂饮食诱导的内皮细胞通透性和凋亡。miRNA-126过表达可以通过减轻氧化应激和NAD依赖性蛋白脱乙酰酶sirtuin-1(NAD-dependent deacetylase sirtuic-1,SIRT1)的炎症反应,进而减弱了氧葡萄糖剥夺/复氧OGD/R对人脐静脉内皮细胞的神经毒性。研究表明miRNA-126在2型糖尿病卒中小鼠血清和脑组织内较非糖尿病卒中小鼠表达水平降低,且2型糖尿病卒中人类脐带血细胞治疗后的2型糖尿病卒中小鼠体内miRNA-126表达增加。miRNA-126可能有助于人类脐带血细胞诱导的2型糖尿病卒中小鼠神经修复作用。所以miRNA-126可能通过靶向转化生长因子β调节内皮细胞通透性和凋亡,同时减轻氧化应激和SIRT1的炎症反应,成为IS的新的潜在治疗靶点,其作用机制是否与rs4636297G>A多态性相关需要进一步探索。
MiRNA-126 rs4636297位点A等位基因携带者的急性心肌梗死患病风险显著低于G等位基因携带者,其作用机制可能与影响rs4636297基因表达水平相关。Xiang Y等的研究,首次证明miRNA-126基因rs4636297G>A多态性与IS发病风险降低有关。Zhu R等的研究提出miRNA-126 rs4636297多态性与小动脉闭塞型IS风险降低相关,使用逻辑回归分析,在调整混杂风险因素后,这种显著关联仍然存在,验证了Xiang Y等的研究;Liu X等研究,发现miRNA-126 rs4636297基因多态性与IS复发无关。所以,miRNA-126基因rs4636297G>A可能成为IS低发病风险的潜在评估标志物,但与缺血性脑卒中复发无关。
2.4其他miRNAs SNP与IS的关联
血小板形成于巨核细胞(macrophages,MKs)的细胞质中,当生成过多可导致血栓形成,血小板与IS之间的关系已被广泛研究。有研究通过分析MKs形成相关的miRNA的单核苷酸多态性与IS患病率之间的关联,发现miRNA-150G>A多态性可能与缺血性卒中的易感性相关,在等位基因组合分析中,AA等位基因总体上显著增加IS患病率,尤其是携带miRNA-150A等位基因的受试者表现出IS发病率显著增加,而携带miRNA-150G等位基因的受试者IS发病率降低。
Kim J等研究发现miRNA-200b TT+TC基因型与大动脉粥样硬化卒中(large-artery atheroscleros IS,LAA)亚型显著相关,提出miRNA-200b的功能性SNP可能是造成LAA型IS易感性的主要原因;然而,并未发现miRNA-200b SNP与卒中后死亡率相关;Liu X等通过对657例IS患者miRNA基因多态性与卒中复发的相关性分析,发现miRNA-122 rs17669与缺血性卒中的复发风险显著相关,这种相关性在非饮酒者和男性亚组中更为明显。
LDL是一种重要的内源性炎症激活剂,是导致动脉粥样硬化管腔狭窄的关键因素。所以,LDL-C可以通过参与动脉粥样硬化这个中间过程而参与IS的发病过程,雷等人研究发现miRNA-181 rs8108402位点多态性跟血脂水平相关,其中CC基因型的IS患者其LDL-C水平比CT基因型的IS患者高,所以,miRNA-181与IS遗传易感性相关,其可能的机制为调控LDL-C基因,从而影响LDL-C表达,参与IS的发病。
除此之外,其他与IS可能无关的miRNAsSNP总结如下:miRNA-605 rs2043556T/C、miRNA-21 rs1292037 T>C基因多态性与IS发病风险可能无关;miRNA-34a、miRNA-130、miRNA-149 T>C(rs2292832),miRNA-196a2 T>C(rs11614913)、miRNA-155、miRNA-130bT>C及miRNA-495等的SNP也未发现与IS遗传易感性相关;并且,发现miRNA-149 rs2292832、rs3746444和miRNA-143 rs12655723基因多态性与IS的复发风险无相关性。
3小结与展望
miRNA-146a、miRNA-124、miRNA-126均可通过不同途径抑制炎症反应作用,减轻IS患者细胞毒性水肿,保护神经系统。miRNA-126和miRNA-146a可通过减弱内皮细胞活化、影响神经元凋亡、影响动脉粥样斑块稳定性等途径,参与IS的发生和发展。miRNA-146a rs2910164的GG和CC基因型、miRNA-181 rs8108402 CC基因型、miRNA-150 AA基因型可能是IS的高发病风险基因,miRNA-126 rs4636297G>A可能成为IS低发病风险的潜在评估标志物,miRNA-122 rs17669、miRNA-146a rs2910164基因多态性与IS的复发风险可能相关,miRNA-124 r531564基因多态性则与卒中后运动功能恢复可能相关。目前针对miRNAs及其SNP参与IS的具体作用机制尚不明确,未来仍需多中心、大样本的前瞻性临床研究及多机制的基础实验探索,通过调控miRNAs及其SNP干预IS的发生和转归,以探寻IS诊断、靶向治疗及预后评估的新的方法策略。
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