颅脑损伤中miRNA潜在的诊断和治疗价值的研究进展
时间：2022-12-03 17:25:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
梁文佳，郭海星，陈 奎，刘震东，迁荣军
1.河南大学人民医院,河南省人民医院，郑州 450003; 2.河南省人民医院脊柱脊髓外科，河南大学人民医院，郑州大学人民医院，郑州 450003; 3.河南省人民医院神经外科,河南大学人民医院，郑州大学人民医院，郑州 450003
颅脑损伤作为三大神经系统疾病之一，是世界上主要的公共卫生安全问题，全世界每年大约有5 000万人发生颅脑损伤[1]。在中国，颅脑损伤的病死率高达13人/10万人[2]。经过治疗的颅脑损伤患者也因为存在严重身体、心理和社会缺陷，导致生活质量较差，给家庭和社会带来沉重负担[3]。颅脑损伤具有高致死率和致残率[1]，因此相较于传统的药物、手术等治疗方式，更加有效的生物靶向治疗手段对于颅脑损伤患者的预后至关重要。除此之外，受伤后简单有效的诊断方法将迅速帮助医师制定诊疗方案，对于患者的预后也有重大帮助。目前临床常用格拉斯昏迷评分量表(GCS)和影像学检测技术(CT和MRI)对颅脑损伤患者做出诊断和制定治疗方式，但是均有缺陷[4-5]，所以新型标志物是目前临床当中所需要的。例如，在颅脑损伤发生后立即检测血清胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和人泛素C末端水解酶L1(UCH-L1)的新型生物标志物已经被美国食品药品监督管理局(FAD)在临床上获批使用，可以迅速提高颅脑损伤诊断的速度[6]。除此之外，有新的证据表明microRNA(miRNA)也可以满足这一临床需求。
miRNA是近年来发现的一类调节几乎所有已知基因表达的调节分子[7]。miRNA是短的(18～25个核苷酸)RNA分子，遵守碱基互补配对原则靶向的与mRNA结合，进而阻遏mRNA翻译成蛋白质[8]，通过调节下游目的基因的表达活性在细胞生命活动的全过程中发挥重要作用，例如细胞周期、细胞代谢、细胞凋亡和免疫反应等[9-12]。因此，可以说miRNA是人类病理状态下有希望用于诊断和治疗疾病的生物标志物。也有研究报道，miRNA参与中枢神经系统损伤和修复所必需的细胞过程：分化、增殖、凋亡和代谢[13-14]。并且，miRNA对中枢神经系统疾病具有重要调控作用。例如，在局灶性脑缺血当中早期应用miR-124能够显著升高Arg-1，提高神经元存活率，改善神经功能缺损[15]。因此，miRNA对中枢神经系统疾病的病理进展和脑功能作用的维持至关重要。然而，miRNA在颅脑损伤的病理进程当中发挥的作用有待完全阐明。本综述回顾了近年以来miRNA在颅脑损伤中的机制研究和靶向治疗的作用，帮助了解miRNA在颅脑损伤中发挥的调控效应。
1 miRNA表达水平变化与颅脑损伤的诊断相关
miRNA可以通过外泌体、微泡或者与高密度脂蛋白等保护性蛋白质结合在细胞外运输，这些载体的保护作用使生物流体中的miRNA含量丰富且稳定的存在[16]。因此，miRNA的丰富性、在波动pH水平下的稳定性、抗酶降解性以及在转录调节中的重要作用，使之成为理想的生物标记物。除此之外，miRNA稳定的存在脑脊液当中，并且可以轻易的穿过血脑屏障到达血液等体液当中参与调控机体的生命活动[17]，在颅脑损伤发生后的不同病理状态下产生相应的表达水平变化以应对环境带来的不利因素[18]。因此，监测体液中miRNA的变化可能和颅脑损伤的严重程度相关。已经有相关临床证据表明，在颅脑损伤发生后患者血液当中miRNA表达水平的变化和颅脑损伤的类型是有关联的，见表1。所以，miRNA是一种可以用于诊断颅脑损伤的生物标志物。更重要的是，在颅脑损伤后的危急情况下，医护人员可以轻易取得患者的血液样本进行检测用于诊断患者的严重程度，为挽救患者生命节省时间。
表1 颅脑损伤患者血清和脑脊液中miRNA的表达水平变化
2 miRNA参与颅脑损伤后神经炎症反应
神经炎症是颅脑损伤后的一种自然反应，对受损的大脑有一定的保护作用，然而过度的神经炎症反应是导致神经元发生减少和功能恢复变差的重要原因[27]。据报道，神经炎症是颅脑损伤的关键因素[28]。因此，抑制神经炎症反应可能是减轻脑损伤情况的治疗方式。miRNA的表达水平变化可以调控颅脑损伤后神经炎症反应的强弱。Si等[29]通过构建颅脑损伤后小鼠模型，发现颅脑损伤后的神经炎症的加重与上调的miR-193a表达密切相关，并且通过注射miR-193a抑制剂发现颅脑损伤后小鼠的损伤体积、脑水含量和神经元死亡显著降低。因此，通过靶向改变miRNA的表达水平减轻颅脑损伤后的炎症程度可能成为一种治疗颅脑损伤的特效药物。然而，神经炎症反应是一个复杂的过程，不同的miRNA在颅脑损伤发生后的炎症反应中发挥着不同的调控功能。
神经炎症是一种多方面的反应，涉及中枢神经系统内的许多细胞和炎症因子[30]。其中，小胶质细胞是引发炎症和免疫反应的细胞，当其被激活时，迅速迁移到损伤部位，并在颅脑损伤后的神经炎症中发挥关键作用[31]。也有相关研究报道，在小胶质细胞的激活当中miRNA充当着一个重要角色。Qi等[23]通过RT-qPCR发现了在颅脑损伤后小胶质细胞中miR-429过度表达，在酶联免疫吸附试验中发现炎性因子过度表达。随后，在颅脑损伤后小鼠模型侧脑室注射miR-429的抑制剂后发现小胶质细胞激活显著降低，并且对于颅脑损伤后的神经修复具有显著作用。Henry等[32]在成年雄性C57Bl/6小鼠中进行受控皮质冲击模型(CCI)模拟颅脑损伤，发现颅脑损伤引起强烈且持续的神经炎症反应与小胶质细胞/巨噬细胞中miR-155表达增加相关，并且在miR-155抑制剂注射后减少创伤后神经炎症反应和改善神经恢复。所以，在颅脑损伤后靶向改变miRNA表达水平抑制小胶质细胞的激活，进而减轻神经炎症反应具有潜在的应用价值。更重要的是，有研究发现小胶质细胞在颅脑损伤中发挥作用是基于它们的两个表型的极化：M1(促炎)型和M2(抗炎)型[33]，合理的运用这把双刃剑可能也是一种重要的治疗方式。有关于颅脑损伤中miRNA的研究提示了小胶质细胞的极化是受其调控的。Yang等[34]通过检测颅脑损伤大鼠模型中小胶质细胞M1/M2型的特征基因和炎症因子，随后在大鼠尾静脉中注射富含miR-124的外泌体，最后通过PCR和酶联免疫吸附试验检测到小胶质细胞的M1型特征基因(CD32、IL-1b)和促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)在注射后显著减少，并且M2型特征基因(CD206、精氨酸酶1)和抗炎细胞因子(IL-4、IL-10、TGF-β)在注射后显著升高。揭示了miR-124通过抑制TLR4细胞信号通路调控小胶质细胞的M2型极化参与到颅脑损伤后的神经炎症反应的机制，并且注射富含miR-124的外泌体可能是一种潜在的治疗颅脑损伤的方式。在Long等[35]的研究中，发现miR-873a-5p通过促进颅脑损伤后的小胶质细胞M2型极化来抑制炎症反应。因此，通过miRNA的表达水平的变化调节小胶质细胞的极化，特别是促进颅脑损伤后的小胶质细胞的M2型极化可能是一种潜在的治疗策略。除此之外，星形胶质细胞是CNS中最丰富的细胞类型，在维持微环境稳定性和神经元功能中起着至关重要的作用[36-37]。Korotkou等[38]发现星形胶质细胞的激活与炎症相关的miR155和miR142表达增加相关，可能是参与形成颅脑损伤的重要原因。所以，在颅脑损伤后的神经炎症反应当中，miRNA也在星形胶质细胞的激活当中发挥着重要的作用。
3 miRNA参与颅脑损伤后神经元细胞凋亡
神经元凋亡是一种以最小的免疫系统激活除去异常的神经元的机制[39]，所以颅脑损伤后的神经元凋亡可能是对损伤的生理性的保护反应。然而，过度的神经元凋亡可能加剧颅脑损伤[40]。因此，在颅脑损伤后的病理条件下过度激活凋亡相关途径可能是有害的。有研究表明，miRNA作为一种重要的调控分子参与到了神经元的凋亡过程当中。Yan等[21]发现上调的miR-219a-5p可能抑制神经元细胞中CCNA2和CACUL1的表达，并进一步调节akt/Foxo3a和p53/Bcl-2信号通路，导致细胞凋亡的关键执行者Caspase-3表达发生显著上调，从而诱导神经细胞凋亡。也有研究表明[41]，在颅脑损伤后小鼠的大脑皮质组织和原代皮质神经元凋亡模型中发现miR-23a显著下调。随后，过表达的miR-23a可以重新激活PTEN/AKT/mTOR信号通路抑制神经元的凋亡来保护小鼠颅脑损伤后的CNS的功能。Zhao等[42]发现颅脑损伤后小鼠脑和血清中miR-203上调，并且经过miR-203抑制剂处理后显著地抑制颅脑损伤导致的Caspase-3上调和Bcl-2下调，减少神经元凋亡。所以，在颅脑损伤发生后神经元细胞的凋亡与miRNA的调控效应是密切相关的。更重要的是，通过靶向改变miRNA的表达水平可以减少过度的神经元凋亡保护颅脑损伤后大脑正常功能的行使，这类研究具有重要的研究价值。
4 miRNA参与颅脑损伤后血脑屏障损伤
血脑屏障主要由脑微血管内皮细胞(BMVECs)、星形胶质细胞和基底膜组成，是维持正常脑功能的基本结构屏障，可调节蛋白质、营养物质和分子向脑组织运输，以及代谢废物从大脑进入循环系统[43]。血脑屏障损伤引起的脑水肿是颅脑损伤预后不良的主要原因之一[44]。更严重的是，广泛的血脑屏障损伤可导致全脑水肿，引起颅内压持续升高，从而导致死亡[45]。有研究发现，在血脑屏障损伤的病理进程当中miRNA是一个重要的调控因素。Wu等[46]的研究通过将BMECs和星形胶质细胞共同培养建立体外血脑屏障模型，发现miRNA-9-5p的上调通过激活Hedgehog通路和抑制NF-κB/MMP-9通路减轻了血脑屏障的损伤，促进了颅脑损伤后神经功能的恢复。也有研究发现[47]，颅脑损伤BMVECs中miR-21-3p的增加导致血脑屏障的渗漏增加和紧密连接蛋白表达减少，加剧颅脑损伤；
随后，miR-21-3p拮抗剂治疗可以下调BMVECs中miR-21-3p表达直接靶向促进MAT2B的表达，进而抑制细胞凋亡和炎症反应减轻了血脑屏障的损伤。所以，miRNA通过调控细胞信号传导通路参与到血脑屏障的损伤过程，靶向抑制颅脑损伤后的血脑屏障破坏对于临床治疗是极具意义的。
5 miRNA参与颅脑损伤后血管形成
在颅脑损伤发生后，大脑微血管产生损伤会在病灶周围形成缺血半暗带，代谢产物的积累加重炎症反应并诱导神经元细胞的凋亡，加重颅脑损伤患者的恶性进展[48]。血管形成有利于大脑局部血管的恢复，可以为神经重塑提供神经血管基质，并促进损伤部位神经干细胞的增殖、迁移和分化[49]。因此，血管形成在颅脑损伤后患者的病情恢复具有重要价值。现如今，已有相关证据表明，miRNA参与颅脑损伤后参与血管形成发生的机制当中[50]。Ge等[51]在构建大鼠的液体冲击颅脑损伤模型后，发现大鼠脑组织样本当中miR-21显著上调，并经过侧脑室灌注miR-21类似物或拮抗剂来控制脑内miR-21的表达水平；
揭示miR-21的表达增加可以通过抑制PTEN(miR-21靶基因)的表达，激活Akt细胞信号通路促进微血管内皮细胞中血管形成相关分子VEGF,Ang-1和Tie-2的增加，进而改善颅脑损伤后神经系统的远期功能。也有证据表明[52]，miRNA-9-5p的上调通过抑制Ptch-1的转录，并且激活Hedgehog通路增加了AKT的磷酸化，从而促进了BMVECs中细胞周期蛋白D1、MMP-9和VEGF的表达，有利颅脑损伤后的血管生成。因此，miRNA是参与到颅脑损伤后血管形成的病理进程当中的重要小分子物质，利用miRNA类似物或拮抗剂治疗颅脑损伤有利于大脑重建侧支循环，恢复脑组织局部血流和能量供应，有利于神经元存活和神经功能恢复。
6 展望
临床常用的GCS分类和影像学诊断是有明显缺陷的，例如CT和MRI操作复杂、时间长，延误患者救治时间，GCS分类存在诊断阳性率不足等诸多问题。因此，可以穿过血脑屏障在外周血液中稳定存在和轻易检测的miRNA，必定会成为一种诊断颅脑损伤的重要手段。在肿瘤疾病当中miRNA类似物或者拮抗剂已经进行到临床实验当中，并且这几种临床前制剂具有低毒性和有效载荷到达靶点的应用前景[53]。miRNA的生物靶向治疗作用是有目共睹的，在颅脑损伤患者的救治过程当中miRNA的生物制剂可成为另一种治疗手段，成功的临床试验和临床有效的miRNA药物必将促进这一新兴领域的未来。但是，目前与颅脑损伤严重程度相关的miRNA表达水平变化的研究仅在小样本数据中进行，可能存在一定的统计学假阳性。除此之外，对于miRNA在颅脑损伤后的神经炎症反应、神经元凋亡、血脑屏障损伤等病理机制的调控效应仅限于动物实验和体外实验当中，进一步的临床实验有待去实施。虽然目前在颅脑损伤中miRNA的研究有很多局限性，但是仅目前的研究结果已经表明了miRNA可多方面和多层面参与到颅脑损伤后的病理变化当中并发挥着重要的作用。因此，进一步的研究对于提高颅脑损伤的整体认知具有重要意义。更重要的是，miRNA潜在的诊断和靶向治疗价值向临床应用的转化，能使每一名颅脑损伤患者受益匪浅。不难想象，在颅脑损伤的高度异质性和复杂变化当中，miRNA的相关研究是战胜颅脑损伤的一个契机。
作者贡献声明：梁文佳：文献检索、论文撰写；
郭海星、陈奎：文章审阅；
刘震东：论文修改；
迁荣军：论文选题、撰写指导及修改
