非編碼RNA 與缺血性腦卒中研究進展

司書晗，解雪云，俞 倩，宋世禛，周 爽

（上海中醫藥大學針灸推拿學院，上海 201203）

近年來由于人口老齡化、生活方式及飲食結構的改變，使得腦卒中的發病率和患病率正在逐年上升、且有年輕化的趨勢，腦卒中已經成為我國成年人致死、致殘的首位因素[1]。非編碼RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）是一類以轉錄后方式調節基因表達的功能性RNA，不具有編碼蛋白質的功能[2]?？稍谏母鱾€領域發揮作用，調節基因的表達，從轉錄到剪接再到翻譯，有助于基因組的組織和穩定[3]。多項研究結果表明，ncRNAs 在缺血性腦卒中的病理生理發揮重要調控作用。本文主要從4 種非編碼RNA與缺血性腦卒中研究進展進行綜述，為臨床治療缺血性腦卒中提供理論依據和參考。

1 miRNA

微小RNA（micro RNA，miRNA）是一類由18～25 個核苷酸組成的小型非編碼短單鏈RNA，一般來說，miRNA 通過其3’非翻譯區與信使RNA（mRNA）相互作用，通過抑制降解mRNA 或抑制其翻譯參與調控轉錄后的基因表達[4]。有研究表明，miRNA 在缺血性腦卒中后神經保護、細胞凋亡、炎癥反應及血管新生等方面發揮重要調控作用。缺血性腦卒中發生后會造成一定程度的神經功能損傷，改善其神經功能對促進腦卒中的愈后有積極作用。局灶性腦缺血再灌注（I/R）損傷是一個復雜的病理過程，可以分為原發損傷和繼發性損傷兩個階段。繼發性損傷以神經系統損害為主要原因，并伴有氧化應激和受損大腦過度的細胞凋亡[5]。有實驗者在腦缺血實驗模型中發現，沉默EZH2 可以通過調節USP22 抑制腦缺血損傷miR-30d-3p 甲基化，從而減輕氧化應激和神經損傷。miR-421 antagomir 可抑制細胞凋亡和氧化應激，對腦損傷具有神經保護作用，這為腦缺血損傷的治療提供了新的思路[6，7]。另有研究者通過抑制5-LOX 表達證實了miR-193b-3p 對局灶性腦缺血損傷的神經保護作用[8]。部分已知miRNA 已成為缺血性卒中誘導的細胞凋亡和炎癥反應的關鍵調節因子。有研究表明[9]，miR-195 通過抑制IKKα/NFκB 通路，抑制促凋亡蛋白表達，從而上調抗凋亡蛋白Bcl2 的表達，降低細胞凋亡。另有研究者采用體外缺氧-葡萄糖剝奪（OGD）刺激的小膠質細胞模型發現，miR-665-3p 過表達可減輕OGD 誘導的小膠質細胞凋亡和炎癥反應[10]。雖然調節血管新生的分子機制尚未完全明確，但有實驗證明miRNA 對卒中后血管新生有一定的調控作用，miRNA-126 通過直接抑制靶PTPN9，激活AKT 和ERK 信號通路介導血管生成。另外，抑制的miRNA-27 表達可促進缺血邊界區血管新生增加[11，12]。

2 lncRNA

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是指大于200 個核苷酸，缺乏閱讀框架的非編碼RNA。LncRNA 是一組涉及許多生物學過程的非編碼RNA，被認為是缺血性腦卒中的調節因子，同時lncRNA 也被認為是潛在的生物標記[13]。在真核生物中數量眾多的lncRNA 在許多情況下起著轉錄調控的作用，這些lncRNA 通過與組蛋白修飾復合物、DNA 結合蛋白（包括轉錄因子）甚至RNA聚合酶Ⅱ結合來發揮作用[14]。將這些轉錄本分為順式調節局部染色質結構或基因表達的轉錄本和反式調節轉錄位點并執行細胞功能的轉錄本[15]。

細胞凋亡又稱程序性細胞死亡，是指機體細胞在正常生理或病理狀態下發生的一種自發性、程序化的死亡過程。有實驗者通過對絲裂原活化蛋白激酶4（MAP4K4）甲基化的調節，探討lncRNA-Gas5在缺血性卒中進展中的可能作用，最終發現沉默Gas5 可能通過抑制Dnmt3b 介導的MAP4K4 甲基化來抑制缺血性卒中的神經元凋亡和改善神經功能[16]。運用LncRNA-H19 基因敲除方法調節miR-29b、SIRT1 和PGC-1α 表達水平，改善缺氧性腦缺血誘導的細胞凋亡和炎性細胞因子濃度，揭示了LncRNA-H19 在缺血性卒中的潛在作用[13]。缺血性腦卒中后早期的血管再通可以有助于缺血區血供的恢復，并刺激內源性功能恢復和神經系統修復[17，18]。研究發現LncRNA MACC1-AS1 通過調節miR-6867-5p/TWIST1 在缺氧誘導的HBMECs 中發揮保護作用，并發現LncRNA MACC1-AS1 的過表達減少細胞凋亡和氧化應激，同時促進細胞增殖，遷移和血管生成。此外，LncRNA MACC1-AS1 過表達降低細胞通透性并提高VE-鈣粘蛋白水平，這有助于維持細胞屏障功能[19]。另有研究發現經OGD 處理的LncRNA DANCR 過表達的腦微血管內皮細胞中的XBP1 和XBP1s 表達，逆轉了DANCR 的保護作用。其中XBP1s 的表達促進了增殖，遷移和血管生成，從而逆轉了miR-33a-5p 的破壞作用，結果表明DANCR 通過miR-33a-5p/XBP1s 軸增強了經OGD處理的BMEC 的存活和血管生成[20]。小膠質細胞介導的炎癥反應在腦缺血再灌注損傷中起關鍵作用。有實驗表明LncRNA SNHG4 的過表達和miR-449c-5p 的下調可以抑制小膠質細胞中促炎細胞因子的表達，并促進抗炎因子的表達；同時，STAT6 被上調，而SNHG4 的下調和miR-449c-5p 在小膠質細胞中的過度表達則具有相反的作用[21]。

3 circRNA

環狀RNA（circular RNA，circRNA）是單鏈、共價閉合的環狀RNA 分子，通常由外顯子序列組成，并在規范的剪接位點進行剪接，被認為是一類特殊的非編碼RNA[22]。circRNA 通過調節轉錄、蛋白質和miRNA 及其翻譯功能調控基因表達，其表達在整個真核生物界普遍存在，尤其在哺乳動物的大腦中circRNA 異常豐富[23，24]。

circRNA 在大腦中高度表達，與腦卒中密切相關。有研究表明[25，26]，circRNA 可作為缺血性腦卒中診斷的潛在生物標志物，并揭示缺血性卒中后腦內的病理生理反應。有實驗者采用高通量測序技術比較了5 例急性腦卒中（AIS）患者和5 例健康人外周血單個核細胞circRNA 的表達，證實了AIS 患者外周血單個核細胞中某些circRNA 存在差異表達[27]。腦缺血再灌注損傷引起的腦微血管內皮細胞功能障礙是血腦屏障破壞的初始階段，在正常情況下血腦屏障選擇性地使分子穿過該屏障以保護中樞神經系統。研究者采用測序來測量經氧葡萄糖剝奪/恢復后在腦微血管內皮細胞中表達中circRNA 的整體變化，發現circRNA 與鈣離子密切相關。鈣超載是由腦缺血以及氧和葡萄糖的缺乏引起的，并且會引起三磷酸腺苷功能障礙和細胞損傷，結果表明circRNA的改變可能在腦損傷中起關鍵作用[28]。而腦缺血后神經元損傷的程度是決定卒中預后的主要因素[29]。有實驗者通過大腦中動脈阻塞（MCAO）模型和HT22 細胞OGD 模型模擬腦缺血再灌注損傷，發現circRNA-HECTD1 基因敲除可減輕OGD 誘導的體外神經細胞死亡，同時可改善腦梗死體積和神經細胞凋亡[30]。另外，AIS 的復發仍然是目前臨床實踐中要切實解決的問題。已有研究顯示circRNA HECTD1 的表達與疾病風險、疾病嚴重程度、炎癥增加和急性腦卒中復發風險相關，并且circRNA HECTD1 在急性腦梗死復發患者中的表達明顯高于未復發患者[31]。

4 ceRNA

競爭性內源性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的調控網絡以miRNA 為核心，mRNA、假基因轉錄本、lncRNA、circRNA 等競爭性的與miRNA 反應元件（miRNA response element，MRE）結合，構成ceRNA 調控網絡[32]。ceRNA 調控網絡通過假定的miRNA 結合位點來預測任何未鑒定RNA 轉錄本的非編碼功能提供了一條新途徑[33]。已知lncRNA、miRNA 和circRNA 在缺血性腦卒中的病理生理及恢復過程中發揮關鍵調節作用，lncRNA 充當ceRNA 與miRNA 競爭性結合構成的lncRNAmiRNA-mRNA 網絡調控系統，以及circRNA 充當ceRNA 與miRNA 競爭性結合構成的circRNAmiRNA-mRNA 網絡調控系統，同樣在缺血性腦卒中的發生發展及預后發揮重要的調控作用。

有研究者基于ceRNA 假說，為AIS 篩選關鍵的lncRNA，發現與炎癥相關的DELs，可以用作ceRNA網絡誘導AIS 的發展[34]。lncRNA 作為ceRNA 在腦卒中后的神經保護和細胞凋亡有一定的調控作用。有實驗發現LncRNA SNHG1 通過作為miR-18a 的ceRNA，在缺氧誘導因子-1α/血管內皮生長因子信號轉導通路中發揮神經保護作用；同時LncRNA SNHG1 也可以充當SH-SY5Y 細胞中miR-424 的ceRNA 來調節OGD/R 誘導的細胞死亡[35，36]。研究發現[37]，通過體外模擬腦缺血損傷的OGD/R 模型驗證lncRNA KCNQ1OT1 與miR-9 以及miR-9 與MMP8之間的相互作用，發現在OGD/R 損傷后神經元中KCNQ1OT1 的表達明顯增強，而敲除KCNQ1OT1 可減輕OGD/R 誘導的神經元損傷。lncRNA 作為ceRNA 在腦缺血后腦損傷和血管生成發揮調控作用。有研究發現[38]，MIAT 通過與miR-204-5p 競爭性結合，促進HMGB1 的表達，從而調節腦缺血后巨噬細胞的損傷。另有研究表明[39]，卒中后炎癥過程中lncRNA MALAT1/miR-181c-5p/HMGB1 軸可能是BBR 誘導的卒中抗炎作用的關鍵途徑。

circRNA 作為ceRNA 在缺血性腦卒中的作用機制雖尚未完全明確，但有實驗表明可在腦卒中后神經元損傷、血腦屏障損傷、細胞凋亡及抗炎發揮重要調控作用。在腦缺血實驗模型中，腦組織circTLK1 顯著升高，通過基因敲除circTLK1 可顯著縮小梗死體積，減輕神經元損傷，改善神經功能缺損；另外circTLK1 作為內源性miR-335-3p 海綿可抑制miR-335-3p 活性，導致ADP-核糖聚合酶表達增加，進而加重神經元損傷[40]。circDLGAP4 的過表達顯著減輕了神經功能缺損，減少了梗死面積和血腦屏障損傷[41]。另有研究采用HT-22 細胞缺氧缺糖模型，在體外模擬缺血性卒中circUCK2 作為內源性miR-125b-5p 海綿抑制miR-125b-5p 活性，導致生長分化因子11（GDF11）表達增加，從而改善卒中后神經元損傷[42]。circ_ANRIL 可充當miR-622 海綿，對OGD/R 處理的人腦微血管內皮細胞中miR-622的表達負調節。此外，circ_ANRIL 沉默通過積極調節miR-622 的表達發揮抗凋亡和抗炎作用[43]。

5 總結

非編碼RNA 具有相對穩定性、特異性和重復性，多項研究已表明非編碼RNA 在缺血性腦卒中后的細胞凋亡、神經損傷、血管生成及炎癥反應發揮重要調控作用，可影響正常的基因表達和疾病進展過程。但其作用機制有待深入研究，尤其是ceRNA 網絡調控機制成為近年研究熱點，有可能為缺血性腦卒中治療提供新的治療靶點。相信不久的將來隨著研究的深入，缺血性腦卒中的潛在的病理生理作用機制也將逐漸揭曉，為缺血性腦卒中的臨床治療提供新的理論依據和防治思路。