非编码RNA 与缺血性脑卒中研究进展

司书晗，解雪云，俞 倩，宋世禛，周 爽

（上海中医药大学针灸推拿学院，上海 201203）

近年来由于人口老龄化、生活方式及饮食结构的改变，使得脑卒中的发病率和患病率正在逐年上升、且有年轻化的趋势，脑卒中已经成为我国成年人致死、致残的首位因素[1]。非编码RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）是一类以转录后方式调节基因表达的功能性RNA，不具有编码蛋白质的功能[2]。可在生命的各个领域发挥作用，调节基因的表达，从转录到剪接再到翻译，有助于基因组的组织和稳定[3]。多项研究结果表明，ncRNAs 在缺血性脑卒中的病理生理发挥重要调控作用。本文主要从4 种非编码RNA与缺血性脑卒中研究进展进行综述，为临床治疗缺血性脑卒中提供理论依据和参考。

1 miRNA

微小RNA（micro RNA，miRNA）是一类由18～25 个核苷酸组成的小型非编码短单链RNA，一般来说，miRNA 通过其3’非翻译区与信使RNA（mRNA）相互作用，通过抑制降解mRNA 或抑制其翻译参与调控转录后的基因表达[4]。有研究表明，miRNA 在缺血性脑卒中后神经保护、细胞凋亡、炎症反应及血管新生等方面发挥重要调控作用。缺血性脑卒中发生后会造成一定程度的神经功能损伤，改善其神经功能对促进脑卒中的愈后有积极作用。局灶性脑缺血再灌注（I/R）损伤是一个复杂的病理过程，可以分为原发损伤和继发性损伤两个阶段。继发性损伤以神经系统损害为主要原因，并伴有氧化应激和受损大脑过度的细胞凋亡[5]。有实验者在脑缺血实验模型中发现，沉默EZH2 可以通过调节USP22 抑制脑缺血损伤miR-30d-3p 甲基化，从而减轻氧化应激和神经损伤。miR-421 antagomir 可抑制细胞凋亡和氧化应激，对脑损伤具有神经保护作用，这为脑缺血损伤的治疗提供了新的思路[6，7]。另有研究者通过抑制5-LOX 表达证实了miR-193b-3p 对局灶性脑缺血损伤的神经保护作用[8]。部分已知miRNA 已成为缺血性卒中诱导的细胞凋亡和炎症反应的关键调节因子。有研究表明[9]，miR-195 通过抑制IKKα/NFκB 通路，抑制促凋亡蛋白表达，从而上调抗凋亡蛋白Bcl2 的表达，降低细胞凋亡。另有研究者采用体外缺氧-葡萄糖剥夺（OGD）刺激的小胶质细胞模型发现，miR-665-3p 过表达可减轻OGD 诱导的小胶质细胞凋亡和炎症反应[10]。虽然调节血管新生的分子机制尚未完全明确，但有实验证明miRNA 对卒中后血管新生有一定的调控作用，miRNA-126 通过直接抑制靶PTPN9，激活AKT 和ERK 信号通路介导血管生成。另外，抑制的miRNA-27 表达可促进缺血边界区血管新生增加[11，12]。

2 lncRNA

长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是指大于200 个核苷酸，缺乏阅读框架的非编码RNA。LncRNA 是一组涉及许多生物学过程的非编码RNA，被认为是缺血性脑卒中的调节因子，同时lncRNA 也被认为是潜在的生物标记[13]。在真核生物中数量众多的lncRNA 在许多情况下起着转录调控的作用，这些lncRNA 通过与组蛋白修饰复合物、DNA 结合蛋白（包括转录因子）甚至RNA聚合酶Ⅱ结合来发挥作用[14]。将这些转录本分为顺式调节局部染色质结构或基因表达的转录本和反式调节转录位点并执行细胞功能的转录本[15]。

细胞凋亡又称程序性细胞死亡，是指机体细胞在正常生理或病理状态下发生的一种自发性、程序化的死亡过程。有实验者通过对丝裂原活化蛋白激酶4（MAP4K4）甲基化的调节，探讨lncRNA-Gas5在缺血性卒中进展中的可能作用，最终发现沉默Gas5 可能通过抑制Dnmt3b 介导的MAP4K4 甲基化来抑制缺血性卒中的神经元凋亡和改善神经功能[16]。运用LncRNA-H19 基因敲除方法调节miR-29b、SIRT1 和PGC-1α 表达水平，改善缺氧性脑缺血诱导的细胞凋亡和炎性细胞因子浓度，揭示了LncRNA-H19 在缺血性卒中的潜在作用[13]。缺血性脑卒中后早期的血管再通可以有助于缺血区血供的恢复，并刺激内源性功能恢复和神经系统修复[17，18]。研究发现LncRNA MACC1-AS1 通过调节miR-6867-5p/TWIST1 在缺氧诱导的HBMECs 中发挥保护作用，并发现LncRNA MACC1-AS1 的过表达减少细胞凋亡和氧化应激，同时促进细胞增殖，迁移和血管生成。此外，LncRNA MACC1-AS1 过表达降低细胞通透性并提高VE-钙粘蛋白水平，这有助于维持细胞屏障功能[19]。另有研究发现经OGD 处理的LncRNA DANCR 过表达的脑微血管内皮细胞中的XBP1 和XBP1s 表达，逆转了DANCR 的保护作用。其中XBP1s 的表达促进了增殖，迁移和血管生成，从而逆转了miR-33a-5p 的破坏作用，结果表明DANCR 通过miR-33a-5p/XBP1s 轴增强了经OGD处理的BMEC 的存活和血管生成[20]。小胶质细胞介导的炎症反应在脑缺血再灌注损伤中起关键作用。有实验表明LncRNA SNHG4 的过表达和miR-449c-5p 的下调可以抑制小胶质细胞中促炎细胞因子的表达，并促进抗炎因子的表达；同时，STAT6 被上调，而SNHG4 的下调和miR-449c-5p 在小胶质细胞中的过度表达则具有相反的作用[21]。

3 circRNA

环状RNA（circular RNA，circRNA）是单链、共价闭合的环状RNA 分子，通常由外显子序列组成，并在规范的剪接位点进行剪接，被认为是一类特殊的非编码RNA[22]。circRNA 通过调节转录、蛋白质和miRNA 及其翻译功能调控基因表达，其表达在整个真核生物界普遍存在，尤其在哺乳动物的大脑中circRNA 异常丰富[23，24]。

circRNA 在大脑中高度表达，与脑卒中密切相关。有研究表明[25，26]，circRNA 可作为缺血性脑卒中诊断的潜在生物标志物，并揭示缺血性卒中后脑内的病理生理反应。有实验者采用高通量测序技术比较了5 例急性脑卒中（AIS）患者和5 例健康人外周血单个核细胞circRNA 的表达，证实了AIS 患者外周血单个核细胞中某些circRNA 存在差异表达[27]。脑缺血再灌注损伤引起的脑微血管内皮细胞功能障碍是血脑屏障破坏的初始阶段，在正常情况下血脑屏障选择性地使分子穿过该屏障以保护中枢神经系统。研究者采用测序来测量经氧葡萄糖剥夺/恢复后在脑微血管内皮细胞中表达中circRNA 的整体变化，发现circRNA 与钙离子密切相关。钙超载是由脑缺血以及氧和葡萄糖的缺乏引起的，并且会引起三磷酸腺苷功能障碍和细胞损伤，结果表明circRNA的改变可能在脑损伤中起关键作用[28]。而脑缺血后神经元损伤的程度是决定卒中预后的主要因素[29]。有实验者通过大脑中动脉阻塞（MCAO）模型和HT22 细胞OGD 模型模拟脑缺血再灌注损伤，发现circRNA-HECTD1 基因敲除可减轻OGD 诱导的体外神经细胞死亡，同时可改善脑梗死体积和神经细胞凋亡[30]。另外，AIS 的复发仍然是目前临床实践中要切实解决的问题。已有研究显示circRNA HECTD1 的表达与疾病风险、疾病严重程度、炎症增加和急性脑卒中复发风险相关，并且circRNA HECTD1 在急性脑梗死复发患者中的表达明显高于未复发患者[31]。

4 ceRNA

竞争性内源性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的调控网络以miRNA 为核心，mRNA、假基因转录本、lncRNA、circRNA 等竞争性的与miRNA 反应元件（miRNA response element，MRE）结合，构成ceRNA 调控网络[32]。ceRNA 调控网络通过假定的miRNA 结合位点来预测任何未鉴定RNA 转录本的非编码功能提供了一条新途径[33]。已知lncRNA、miRNA 和circRNA 在缺血性脑卒中的病理生理及恢复过程中发挥关键调节作用，lncRNA 充当ceRNA 与miRNA 竞争性结合构成的lncRNAmiRNA-mRNA 网络调控系统，以及circRNA 充当ceRNA 与miRNA 竞争性结合构成的circRNAmiRNA-mRNA 网络调控系统，同样在缺血性脑卒中的发生发展及预后发挥重要的调控作用。

有研究者基于ceRNA 假说，为AIS 筛选关键的lncRNA，发现与炎症相关的DELs，可以用作ceRNA网络诱导AIS 的发展[34]。lncRNA 作为ceRNA 在脑卒中后的神经保护和细胞凋亡有一定的调控作用。有实验发现LncRNA SNHG1 通过作为miR-18a 的ceRNA，在缺氧诱导因子-1α/血管内皮生长因子信号转导通路中发挥神经保护作用；同时LncRNA SNHG1 也可以充当SH-SY5Y 细胞中miR-424 的ceRNA 来调节OGD/R 诱导的细胞死亡[35，36]。研究发现[37]，通过体外模拟脑缺血损伤的OGD/R 模型验证lncRNA KCNQ1OT1 与miR-9 以及miR-9 与MMP8之间的相互作用，发现在OGD/R 损伤后神经元中KCNQ1OT1 的表达明显增强，而敲除KCNQ1OT1 可减轻OGD/R 诱导的神经元损伤。lncRNA 作为ceRNA 在脑缺血后脑损伤和血管生成发挥调控作用。有研究发现[38]，MIAT 通过与miR-204-5p 竞争性结合，促进HMGB1 的表达，从而调节脑缺血后巨噬细胞的损伤。另有研究表明[39]，卒中后炎症过程中lncRNA MALAT1/miR-181c-5p/HMGB1 轴可能是BBR 诱导的卒中抗炎作用的关键途径。

circRNA 作为ceRNA 在缺血性脑卒中的作用机制虽尚未完全明确，但有实验表明可在脑卒中后神经元损伤、血脑屏障损伤、细胞凋亡及抗炎发挥重要调控作用。在脑缺血实验模型中，脑组织circTLK1 显著升高，通过基因敲除circTLK1 可显著缩小梗死体积，减轻神经元损伤，改善神经功能缺损；另外circTLK1 作为内源性miR-335-3p 海绵可抑制miR-335-3p 活性，导致ADP-核糖聚合酶表达增加，进而加重神经元损伤[40]。circDLGAP4 的过表达显著减轻了神经功能缺损，减少了梗死面积和血脑屏障损伤[41]。另有研究采用HT-22 细胞缺氧缺糖模型，在体外模拟缺血性卒中circUCK2 作为内源性miR-125b-5p 海绵抑制miR-125b-5p 活性，导致生长分化因子11（GDF11）表达增加，从而改善卒中后神经元损伤[42]。circ_ANRIL 可充当miR-622 海绵，对OGD/R 处理的人脑微血管内皮细胞中miR-622的表达负调节。此外，circ_ANRIL 沉默通过积极调节miR-622 的表达发挥抗凋亡和抗炎作用[43]。

5 总结

非编码RNA 具有相对稳定性、特异性和重复性，多项研究已表明非编码RNA 在缺血性脑卒中后的细胞凋亡、神经损伤、血管生成及炎症反应发挥重要调控作用，可影响正常的基因表达和疾病进展过程。但其作用机制有待深入研究，尤其是ceRNA 网络调控机制成为近年研究热点，有可能为缺血性脑卒中治疗提供新的治疗靶点。相信不久的将来随着研究的深入，缺血性脑卒中的潜在的病理生理作用机制也将逐渐揭晓，为缺血性脑卒中的临床治疗提供新的理论依据和防治思路。