何志義

（中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內科，沈陽110001）

·綜述·

microRNA與腦出血后腦水腫機制研究進展

何志義

（中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內科，沈陽110001）

何志義教授、主任醫(yī)師、博士生導師，現(xiàn)任中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內科主任。擔任中華醫(yī)學會神經(jīng)病學分會常委、中國醫(yī)師協(xié)會神經(jīng)內科分會常委、中華醫(yī)學會神經(jīng)病學分會神經(jīng)生化學組副組長、中國抗癲癇協(xié)會理事、中國抗癲癇協(xié)會腦電圖和神經(jīng)電生理分會常委，東北地區(qū)神經(jīng)病學學會主任委員、遼寧省神經(jīng)病學會主任委員。主要研究方向為：缺血性腦血管病的基因多態(tài)性研究，基因與細胞治療腦血管病基礎研究，癲癇臨床診治及發(fā)病機制的研究，神經(jīng)系統(tǒng)遺傳性疾病發(fā)病機制的研究。目前，共獲國家級、省部級科研課題12項，其中國家自然科學基金4項；作為分中心負責人參與“十二五”、衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項等國家重點課題5項；獲遼寧省科技進步三等獎5項；先后在國內外專業(yè)雜志發(fā)表論文166篇，其中SCI收錄19篇；主譯專著1部，參編專著5部。培養(yǎng)研究生130余人。

微小mRNA；腦出血；腦水腫

一、microRNA的功能

微小RNA（microRNA，miR）是指長度約為22個核苷酸的單鏈非編碼短序列RNA，存在于所有多細胞生物體內［1］。不同物種之間的microRNA高度保守，而且在不同組織的處于不同細胞周期的細胞內microRNA的表達譜呈現(xiàn)高度的特異性［2，3］。microRNA參與轉錄后基因表達調控，作用位點位于信使RNA（messenger RNA，mRNA）的3′端，調控結果是相應蛋白合成減少，作用方式包括抑制mRNA的翻譯或者影響mRNA的穩(wěn)定性等［4，5］。microRNA的生物合成過程與編碼區(qū)基因的合成過程類似，第一步細胞核內非編碼區(qū)基因由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ轉錄成初級microRNA（pri-microRNA），此含有5′端的帽子結構及3′端的PolyA尾［6］，第二步pri-microRNA首先在細胞核內被Drosha核糖核酸酶剪切成為長度約70個核苷酸的前體microRNA（premicroRNA），然后由Exportin-5轉運至胞漿內被Dicer酶剪切為成熟microRNA復合體，成熟microRNA復合體在p68解旋酶的作用下解離出兩條單鏈microRNA，其中一條單鏈microRNA自行降解，另一條單鏈microRNA通過與目標mRNA共同形成RNA誘導沉默復合體（RNA induced silencing complex，RISC），RISC可以抑制mRNA的翻譯或通過去磷酸化作用改變mRNA的穩(wěn)定性［7］。

microRNA通過調控基因表達對細胞增殖、分化、凋亡等細胞行為起調控作用。一種microRNA的一類調控行為往往影響多種基因表達，此調控過程涉及多個信號通路。以miR-124為例，Lim等［8］證實miR-124可誘導Hela細胞向神經(jīng)細胞方向分化，F(xiàn)arrel等［9］認為miR-124在脊髓神經(jīng)表皮干細胞的發(fā)育過程中通過下調Sox9轉錄因子的表達而調控細胞分化。然而Xia等［10］發(fā)現(xiàn)miR-124通過抑制SNAI2信號通路對膠質瘤細胞起正向調控作用，Mukhopadhyay等［11］發(fā)現(xiàn)miR-124可通過整合素（integrin）通路及STAT3信號通路促進神經(jīng)管的發(fā)育。microRNA的表達具有組織特異性，如miR-124在腦、視網(wǎng)膜、脊髓的神經(jīng)元細胞中均呈高表達，但在其他器官組織中表達較少［12］。

microRNA的表達及其對靶基因的調控主要發(fā)生在細胞內，但是在血清等細胞外液中也有穩(wěn)定存在的microRNA［13］。細胞外的microRNA可以通過兩種機制保護自身不被核酸酶（RNAse）降解，一種是脂質小泡的包裹，另一種是與RNA結合蛋白相結合［13］。在包括腦出血在內的多種疾病中，外周血與病灶組織幾乎呈平行的microRNA表達譜［14～16］。各學科領域的研究已發(fā)現(xiàn)包括肺癌、乳腺癌、心血管疾病、肝炎等在內的多種疾病的特異性外周血microRNA生物學標記物［15～18］。

二、腦出血后腦水腫的形成過程

腦卒中是危害人類健康的三大疾病之一，而腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）與所有其他類型的腦卒中相比致死率與致殘率最高［19］。國內外研究表明，高血壓病是自發(fā)性非創(chuàng)傷性腦出血最主要的病因［20，21］。通常把自發(fā)性非創(chuàng)傷性腦出血分為高血壓性腦出血和非高血壓性腦出血，后者包括腦淀粉樣血管病（cerebral amyloid angiopathy，CAA）等。無論何種類型的腦出血，都有相似的腦出血后腦損傷病理生理機制，包括血腫的占位效應、腦出血后灶周組織水腫、凝血酶及炎癥介質等的毒性作用、局部腦血流變化等，其中腦出血后灶周組織水腫可直接引起顱內壓升高、神經(jīng)細胞壞死和凋亡，從而影響腦出血患者的預后［22］。因此，有效監(jiān)測并控制腦水腫對降低腦出血的致死率和致殘率具有非常重要的意義。然而，2014 AHA/ASA腦卒中腦水腫管理指南指出，目前尚無可靠的預測腦水腫進程的方法［23］。

腦出血后灶周組織水腫的形成機制尚未完全闡明，目前認為腦出血后灶周組織水腫的形成過程可劃分為四個階段：第一階段是腦出血發(fā)生后幾小時內出血灶周圍神經(jīng)細胞壞死的過程，腦出血血腫的機械牽拉作用于神經(jīng)元軸索，神經(jīng)元細胞處于缺血狀態(tài)，引起軸索釋放谷氨酸鹽，谷氨酸鹽與NMDA受體結合引起鈣內流，從而降低了ATP活性和線粒體功能，引起氧化產物堆積、細胞泵衰竭，發(fā)生了細胞毒性水腫；第二個階段是發(fā)病幾小時后血塊回縮導致血塊內部靜水壓升高，引起血管源性水腫的過程；第三階段是出血后約2天內凝血級聯(lián)反應啟動的過程，凝血酶活化，凝血酶在止血、抑制血腫擴大的同時，激活小膠質細胞釋放IL-1β和TNF-α，引起ICAM-1等細胞黏附因子表達上調，導致多形核細胞浸潤并釋放細胞因子和趨化因子，細胞發(fā)生氧化應激損傷，基質金屬蛋白酶家族（matrix metalloproteinases，MMPs）表達上調，加重了血腦屏障的破壞，引起細胞凋亡、谷氨酸鹽的釋放、興奮毒性損傷，促進了水腫形成；第四階段是凝血酶介導的補體級聯(lián)系統(tǒng)激活過程，補體激活引起膜攻擊復合體的形成和血腫內紅細胞的溶血反應，血紅蛋白及其降解產物沉積在腦實質內，激活Nrf2轉錄因子導致氧化應激作用，引起強烈的炎癥反應和細胞凋亡，血腦屏障通透性進一步增高，加重了血管源性水腫［24，25］。

目前已發(fā)現(xiàn)許多蛋白及細胞因子參與腦水腫形成的過程。水通道蛋白（aquaporins，AQPs）是哺乳動物細胞膜上的一種蛋白質，可控制水在細胞的進出，其中AQP1、AQP4和AQP9在腦組織中高表達［26］。Tang等［27］的研究表明，與正常對照小鼠相比，AQP-4基因敲除小鼠腦出血后大腦半球神經(jīng)損傷及腦水腫程度更嚴重，這提示AQP-4可能具有減輕腦出血后水腫的保護作用。Wu等［28］在腦出血大鼠模型中發(fā)現(xiàn)，AQP-4mRNA于腦出血2 h開始增多，12 h達高峰，第5天恢復正常水平；而AQP-4蛋白表達于發(fā)病后3 h開始增多，第5天達高峰；此外腦出血后腦組織含水量于發(fā)病2 h開始增加，第5天組織含水量下降，但仍高于正常水平。腦出血后腦組織含水量與上述AQP-4蛋白表達的短暫增高呈正相關。上述研究表明，AQP-4與腦出血后腦水腫形成、腦水腫高峰期時限等相關。

基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）是一組可水解細胞外基質的蛋白裂解酶，因需要Ca2+、Zn2+等離子輔助而得名［29］。MMPs參與許多細胞的生理及病理過程，MMPs可降解的細胞外基質包括神經(jīng)血管基底膜、血腦屏障中蛋白的緊密連接等關鍵結構［30］。MMP-9可通過破壞血腦屏障參與腦出血早期的血管源性水腫形成［31］，還可以與凝血酶協(xié)同作用加重腦水腫［32］。Guo等［33］和Suzuki等［34］研究均表明抑制MMP-9可減輕大鼠蛛網(wǎng)膜下腔出血后的早期腦損害。

血管活性物質包括許多可引起血腦屏障通透性增高的炎性介質，例如緩激肽（bradykinin）、血管細胞黏附因子-1（VCAM-1）等。Plesnila等［35］研究表明緩激肽B2受體基因敲除大鼠在腦損傷后腦組織腫脹程度與含水量均顯著低于對照組，提示緩激肽可通過作用于B2受體引起血管源性水腫。Kraus等［36］發(fā)現(xiàn)，臨床中基底節(jié)出血患者不同時相腦脊液中的VCAM-1濃度與出血后早期神經(jīng)影像及臨床狀況密切相關，提示VCAM-1也可通過炎性介導途徑參與腦卒中后腦水腫形成。

三、microRNA與腦出血后腦水腫機制

Liu等［14］在以大鼠為動物模型的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，腦出血大鼠組腦組織microRNA呈有統(tǒng)計學意義的差異表達，而且外周血全血與腦組織幾乎呈平行的microRNA表達譜。Zheng等［37］發(fā)現(xiàn)腦出血患者血腫擴大組與非血腫擴大組有30余種差異表達的miRNA。Guo等［38］發(fā)現(xiàn)腦出血患者血漿中與炎癥相關的多種microRNA的表達含量都有明顯變化。這提示我們可能通過檢測腦出血患者的外周血相關microRNA表達譜來預測顱內腦水腫的情況。

很多研究都發(fā)現(xiàn)了microRNA與腦水腫的形成機制的密切關聯(lián)。Hirt等［39］認為早期上調AQP-4的表達是降低腦水腫的有效機制，而Sepramaniam等［40］在研究中發(fā)現(xiàn)，在腦缺血大鼠模型中，miR-320a抑制AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表達，若拮抗miR-320a則AQP-1和AQP-4的mRNA及蛋白表達均增高，從而使腦缺血大鼠腦梗死體積縮小。miR-21和miR-181b可通過調控靶基因MMP-9表達，加重血腦屏障破壞，進一步加重腦水腫形成［41］；相反，miR-126通過調控靶基因VCAM-1可減少炎性細胞浸潤，從而減輕腦水腫［41，42］。

四、小結與展望

綜上，腦水腫對于腦出血患者預后的影響很大，而microRNA對于腦出血后腦水腫的形成過程有調控作用。今后若能進一步闡釋microRNA調控腦出血后腦水腫的機制，或許可以通過這一途徑來監(jiān)測或干預腦出血后腦水腫形成過程，從而開辟新的診斷和治療途徑，改善腦出血患者的預后。

［1］Ambros V.The functions of animal microRNAs［J］.Nature，2004，431（7006）：350-355.

［2］Kim VN，Nam JW.Genomics of microRNA［J］.Trends Genet， 2006，22（3）：165-173.

［3］Iorio MV，Croce CM.MicroRNAs in cancer：small molecules with a huge impact［J］.J Clin Oncol，2009，27（34）：5848-5856.

［4］McDaneld TG.MicroRNA：Mechanism of gene regulation and application to livestock［J］.J Ani Scie，2009，87（14 suppl）：E21-E28.

［5］Pillai RS，Bhattacharyya SN，F(xiàn)ilipowicz W.Repression of protein synthesis by miRNAs：how many mechanisms?［J］.Trends Cell Biol，2007，17（3）：118-126.

［6］Borchert GM，Lanier W，Davidson BL.RNA polymerase III transcribes human microRNAs［J］.Nat Struct Mol Biol，2006，13（12）：1097-1101.

［7］Winter J，Jung S，Keller S，et al.Many roads to maturity：microRNA biogenesis pathways and their regulation［J］.Nat Cell Biol，2009，11（3）：228-234.

［8］Lim LP，Lau NC，Garrett-Engele P，et al.Microarray analysis shows that some microRNAs downregulate large numbers of target mRNAs［J］.Nature，2005，433（7027）：769-773.

［9］Farrell BC，Power EM，Mc Dermott KW.Developmentally regulated expression of Sox9 and microRNAs 124，128 and 23 in neuroepithelial stem cells in the developing spinal cord［J］.Int J Deve Neurosci，2011，29（1）：31-36.

［10］Xia H，Cheung WK，Ng SS，et al.Loss of brain-enriched miR-124 microRNA enhances stem-like traits and invasiveness of glioma cells［J］.J Bio Chem，2012，287（13）：9962-9971.

［11］Mukhopadhyay P，Brock G，Appana S，et al.MicroRNA gene expression signatures in the developing neural tube［J］.Birth Defects Res A Clin Mol Terator，2011，91（8）：744-762.

［12］Smirnova L，Gr?fe A，Seiler A，et al.Regulation of miRNA expression during neural cell specification［J］.Eur J Neuros，2005，21（6）：1469-1477.

［13］Etheridge A，Lee I，Hood L，et al.Extracellular microRNA：A new source of biomarkers［J］.Mutat Res，2011，717（1）：85-90.

［14］Liu DZ，Tian Y，Ander BP，et al.Brain and blood microRNA expression profiling of ischemic stroke，intracerebral hemorrhage，and kainate seizures［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2009，30（1）：92-101.

［15］Ng EK，Li R，Shin VY，et al.Circulating microRNAs as specific biomarkers for breast cancer detection［J］.PLoS One，2013，8（1）：e53141.

［16］Elfimova N，Schlattjan M，Sowa JP，et al.Circulating microRNAs：Promising candidates serving as novel biomarkers of acute hepatitis［J］.Front Physiol，2012，3：476.

［17］Shen J，Liu Z，Todd NW，et al.Diagnosis of lung cancer in individuals with solitary pulmonary nodules by plasma microRNA biomarkers［J］.BMC Cancer，2011，11（1）：374.

［18］Di Stefano V，Zaccagnini G，Capogrossi MC，et al.microRNAs as peripheral blood biomarkers of cardiovascular disease［J］.Vascul Pharmacol，2011，55（4）：111-118.

［19］Foulkes MA，Wolf PA，Price TR，et al.The stroke data bank：design，methods，and baseline characteristics［J］.Stroke，1988，19（5）：547-554.

［20］Woo D，Sauerbeck LR，Kissela BM，et al.Genetic and environmen-tal risk factors for intracerebral hemorrhage Preliminary results of a population-based study［J］.Stroke，2002，33（5）：1190-1196.

［21］Li Z，Sun L，Zhang H，et al.Elevated plasma homocysteine was associated with hemorrhagic and ischemic stroke，but methylenetetrahydrofolate reductase gene C677T polymorphism was a risk factor for thrombotic stroke a multicenter case-control study in china［J］. Stroke，2003，34（9）：2085-2090.

［22］Xi G，Keep RF，Hoff JT.Mechanisms of brain injury after intracerebral haemorrhage［J］.Lancet Neurol，2006，5（1）：53-63.

［23］Wijdicks EF，Sheth KN，Carter BS，et al.Recommendations for the management of cerebral and cerebellar infarction with swelling：a statement for healthcare professionals from the American Heart Association/American Stroke Association［J］.Stroke，2014，45（4）：1222-1238.

［24］Thiex R，Tsirka SE.Brain edema after intracerebral hemorrhage：mechanisms，treatment options，management strategies，and operative indications［J］.Neurosurg Focus，2007，22（5）：1-7.

［25］Brunswick AS，Hwang BY，Appelboom G，et al.Serum biomarkers of spontaneous intracerebral hemorrhage induced secondary brain injury［J］.J Neurol Sci，2012，321（1-2）：1-10.

［26］Badaut J，Lasbennes F，Magistretti PJ，et al.Aquaporins in brain&colon；distribution，physiology，and pathophysiology［J］.J Cereb Blood Flow Metabo，2002，22（4）：367-378.

［27］Tang Y，Wu P，Su J，et al.Effects of Aquaporin-4 on edema formation following intracerebral hemorrhage［J］.Exp Neurol，2010，223（2）：485-495.

［28］Wu H，Zhang Z，Li Y，et al.Time course of upregulation of inflammatory mediators in the hemorrhagic brain in rats：correlation with brain edema［J］.Neurochem Intern，2010，57（3）：248-253.

［29］Nagase H，Woessner JF Jr.Matrix metalloproteinases［J］.J Biol Chem，1999，274（31）：21491-21494.

［30］Donkin JJ，Vink R.Mechanisms of cerebral edema in traumatic brain injury：therapeutic developments［J］.Curr Opin Neurol，2010，23（3）：293.

［31］Jin R，Yang G，Li G.Molecular insights and therapeutic targets for blood-brain barrier disruption in ischemic stroke：critical role of matrix metalloproteinases and tissue-type plasminogen activator［J］.Neurobiol Dis，2010，38（3）：376-385.

［32］Xue M，Hollenberg MD，Yong VW，et al.Combination of thrombin and matrix metalloproteinase-9 exacerbates neurotoxicity in cell culture and intracerebral hemorrhage in mice［J］.J Neurosci，2006，26（40）：10281-10291.

［33］Guo ZD，Zhang XD，Wu HT，et al.Matrix metalloproteinase 9 inhibition reduces early brain injury in cortex after subarachnoid hemorrhage［J］.Acta Neurochir Suppl，2011，110（Pt-1）:81-84.

［34］Suzuki H，Ayer R，Sugawara T，et al.Role of osteopontin in early brain injury after subarachnoid hemorrhage in rats［J］.Acta Neurochir Suppl，2011，110（Pt-1）:75-79.

［35］Plesnila N，Schulz J，Stoffel M，et al.Role of bradykinin B2 receptors in the formation of vasogenic brain edema in rats［J］.J Neurotrauma，2001，18（10）：1049-1058.

［36］Kraus J，Gerriets T，Leis S，et al.Time course of VCAM-1 and ICAM-1 in CSF in patients with basal ganglia haemorrhage［J］. Acta Neurol Scand，2007，116（1）：49-55.

［37］Zheng HW，Wang YL，Lin JX，et al.Circulating microRNAs as potential risk biomarkers for hematoma enlargement after intracerebral hemorrhage［J］.CNS Neurosci Ther，2012，18（12）：1003-1011.

［38］Guo D，Liu J，Wang W，et al.Alteration in abundance and compartmentalization of inflammation-related miRNAs in plasma after intracerebral hemorrhage［J］.Stroke，2013，44（6）：1739-1742.

［39］Hirt L，Ternon B，Price M，et al.Protective role of early aquaporin 4 induction against postischemic edema formation［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2008，29（2）：423-433.

［40］Sepramaniam S，Armugam A，Lim KY，et al.MicroRNA 320a functions as a novel endogenous modulator of aquaporins 1 and 4 as well as a potential therapeutic target in cerebral ischemia［J］.J Biol Chem，2010，285（38）：29223-29230.

［41］Tan JR，Koo YX，Kaur P，et al.microRNAs in stroke pathogenesis［J］.Curr Mol Med，2011，11（2）：76-92.

［42］Harris TA，Yamakuchi M，F(xiàn)erlito M，et al.MicroRNA-126 regulates endothelial expression of vascular cell adhesion molecule 1［J］.Proc Nat Acad Sci，2008，105（5）：1516-1521.

（編輯 裘孝琦）

Progress of microRNA Research in Brain Edema after Hemorrhage

microRNA；intracerebral hemorrhage；brain edema

R743

A

0258-4646（2014）11-0961-04