miRNA在颅脑损伤诊治中作用的研究进展

李子聪综述 钱志远审校

当前，颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是导致青壮年死亡、残疾的主要原因，是一个在世界范围内普遍存在的公共卫生问题，其中轻型TBI（mild TBI，mTBI）占75%～90%，并且10%～20%的mTBI会有持续的脑震荡后综合征（postconcussional syndrome，PCS）症状，更有少数病人在晚年可能发展为抑郁和神经退行性疾病。目前，许多技术被用于评估TBI 病人的预后，包括GCS 评分、颅内压（intracranial pressure，ICP）、瞳孔大小和反应性、CT及MRI等，但CT和MRI由于灵敏度有限而常常不能检测到微损伤病变，并且通常滞后于临床症状，使mTBI 的诊断异常困难。寻求高特异性的生物标志物，以辅助mTBI 的诊断及预后评估，十分必要。近年来，研究显示，脑组织、脑脊液和血液存在大量微小核糖核酸（microRNA，miRNA），其表达水平与TBI密切相关。本文就miRNA 在颅脑损伤诊治中作用的研究进展进行综述。

1 miRNA与神经系统

miRNA 是含19～28 个核苷酸的内源性非编码RNA，可在转录后水平上调节蛋白质的合成。研究表明，部分miRNA在中脑、额叶皮质、小脑和海马区特异性表达，miRNA 表达谱的变化与脑生长和脑衰老相关。miRNA 在突触的形成、神经发生、分化和成熟中也发挥重要作用。miRNA 是大脑发育和构建复杂神经网络的重要组成部分。miRNA 异常与神经退行性疾病相关，许多脑损伤，包括缺血性脑损伤和TBI，都会引起miRNA水平的变化，影响病理生理和神经保护过程，从而影响病人预后。由于miRNA 在脑脊液、血清和尿液等生物体液中相对丰富，在可变pH 条件下相对稳定，对反复冻融和酶降解抗性高，以及TBI后1 h内就可以在血清中被检测到等这些优点，使miRNA 拥有了成为TBI 标志物的潜力。

2 TBI后miRNA的表达

2.1 TBI 后 脑 组 织miRNA 的 表 达Meissner 等应 用微阵列分析技术检测TBI 小鼠损伤皮质miRNA，共分析780 条成熟miRNA 序列，其中158 个miRNA 显著上调或下调；定量PCR 显示，最具差异性的是miR-2137（上调25 倍），其在伤后神经元中表达上调，与继发性挫伤扩张过程强烈相关，但具体作用机制尚不明确。

2.2 TBI后脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）miRNA的表达 相较于血液，CSF 的优势在于核苷酸序列从CSF 穿过血脑屏障（blood brain barrier，BBB）进入血液后，miRNA就会被稀释，会降低结果的敏感性。而相较于脑组织，获取CSF的侵袭性更小。Bhomia等检测8 例重型TBI 病人CSF 和6 例健康者CSF 中miRNA，结果显示重型TBI 病人CSF 中某些miRNA明显升高，其中miR-505、miR-328、miR-486、miR-195 的升高水平是对照组的10 倍以上，但其作用机制尚不明确。该项研究病例数量较少，实验结果可能存在偏差。CSF被认为具有神经元所有分泌的分子和代谢产物，其检测结果较血液更具有可信度，但是大多数TBI病人由于颅内压增高等因素无法轻易取得CSF，故目前CSF 中miRNA 的研究多集中于慢性神经系统疾病。

2.3 TBI后血液miRNA的表达2009年，Redell等首先应用定量PCR 检测TBI 病人血浆miRNA，发现血浆miR-107、miR-130a 等异常，这些异常表达的miRNA 与信号转导、转录调节、增殖和分化等有关。2016 年，Bhomia 等应用低密度芯片技术检测mTBI和重型TBI 病人血清miRNA，结果发现分别有39 种和37 种miRNA 显著上调，重型TBI 病人血清miR-328、miR-362-3p、miR-486 和miR-195 水平显著高于轻、中型TBI 病人，提示这些miRNA 与TBI 病人损伤的严重程度相关。同年，Yang 等应用PCR 技术检测TBI 病人血清miRNA，发现TBI 病人血清miR-93、miR-191、miR-499在伤后24 h内显著升高，伤后2～7 d达高峰，重型TBI病人血清含量明显高于mTBI病人，血清miRNA 水平明显增高TBI 病人预后较差。然而，Di Pietro 等研究发现，mTBI 早期血清miR-425-5p、miR-502 显着下调，是诊断mTBI 的理想指标；miR-21 和miR-335 显著上调是诊断重型TBI 的有效生物标志物；此外，伤后1 h 内和伤后4～12 h血清miR-425-5p水平与TBI病人6个月预后密切相关，伤后4～12 h 血清miR-21 水平与TBI 病人6个月预后密切相关。

3 miRNA 在TBI继发性损伤中的作用

3.1 miRNA 参与调节TBI 后血管生成 血管生成是TBI 后神经修复与再生的关键因素，而miRNA 参与神经系统血管的生成。miR-126是目前公认的血管调控分子。Ji等认为，miR-126通过调节细胞外信号调节蛋白和蛋白激酶B 信号通路促进血管的生成。此外，miR-126 还可抑制出芽相关蛋白-1 的表达，促进血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表达，从而促进血管形成，抑制继发性脑损伤的进程，改善TBI 的预后。然而，VEGF的作用是双向的，其负面效果会在TBI后引起继发性脑缺血缺氧，进一步加大脑损伤的范围。Zeng等对成年雄性小鼠的大脑半球进行定位注射慢病毒载体携带的miR-210，使小鼠脑组织中过表达miR-210，观察到小鼠大脑左侧基底节内皮细胞明显增生，微血管密度和下游VEGF含量升高，提示miR-210在血管生成中发挥重要作用。

3.2 miRNA 参与调节TBI 后细胞凋亡及炎症反应TBI的病理过程是复杂而多样的。目前认为，TBI后继发性损伤与以下因素有关：炎症反应，免疫反应，血管反应和肿瘤坏死因子，细胞凋亡、细胞生长因子的差异表达以及涉及转录调节蛋白的途径。TBI 后炎症反应、神经细胞水肿等会导致细胞凋亡，加剧TBI损伤。研究表明，miRNA参与TBI后炎症反应的调控。Harrison 等使用小鼠控制性皮质撞击模型，发现TBI 后海马miR-21、miR-223 和miR-155的水平升高，其中miR-155的表达主要于神经元核，通过调控IFNα和IFNβ以及IFN调节因子1和IFN诱导的趋化因子CXCL10 的表达，实现神经保护作用。Li 等使用miRNA 芯片技术分析TBI 小鼠脑皮层组织miRNA表达谱，发现miR-23a上调激活AKT/mTOR途径，抑制神经元凋亡并抑制神经炎症，改善长期的神经功能，而下调miR-23a 则相反。miR-21在TBI后细胞凋亡及炎症反应调节中也有重要作用。Ge 等在TBI 大鼠的脑室内输注miR-21，发现大鼠脑组织水肿得到不同程度的缓解、病灶面积减少、细胞凋亡改善等，miR-21通过靶向PTEN-Akt途径来抑制细胞凋亡，从而改善小鼠的认知功能。

3.3 miRNA 参与调节TBI后BBB的通透性2011年，Redell 等最早在中型TBI 大鼠大脑皮层中发现miR-21表达上调，并且在大脑血管样结构中也观察到了此现象。Ge 等发现TBI 后大鼠大脑miR-21表达上调，明显减轻脑水肿和BBB漏出，其作用主要是通过抑制脑微血管内皮细胞的凋亡并促进血管生成素-1 和人血管生成素受体酪氨酸激酶2 的表达，从而抑制细胞凋亡和靶向促血管生成。此外，miR-21-5p与TBI 后BBB 损伤有关。研究发现，miR-21-5p 可通过抑制炎症和细胞凋亡减轻大鼠BBB 损伤。相反，miR-21-3p 通过靶向蛋氨酸腺苷转移酶2B来加重小鼠TBI后BBB损伤。

4 miRNA在TBI治疗中应用前景

TBI 继发性损伤机制非常复杂，并不是单一信号通路的改变。在如此复杂庞大的基因表达网络中，如果仅单独对某个基因实施干预，那对TBI的治疗影响是有限的。基于TBI动物模型的miRNA治疗研究，为药物开发提供了新途径。在TBI 动物模型中，几种miRNA 模拟物已被证明能对TBI 起到神经保护作用，例如脑室内注射miR-23a和miR-27a模拟物显著减轻TBI 小鼠海马体积和神经元损伤；同样，miR-21模拟物减轻脑水肿，减轻BBB损害；过表达miR-23b 减轻脑水肿，并改善认知能力；miR-124-3p 模拟物抑制TBI 后小鼠神经元炎症，促进神经生长；miR-711抑制剂抑制TBI小鼠皮质和海马神经元丢失，并减轻长期神经功能障碍；miR-144拮抗剂减轻脑水肿，并改善大鼠的认知功能。

综上所述，miRNA已被尝试用于mTBI的诊断及预后评估，但是其过多的种类依然是困扰广大研究者的难题。单个或多个miRNA在TBI诊断及预后评估中的价值及血浆miRNA 与脑损伤标志物之间的关系，需进一步明确。TBI 早期，miRNA 表达的改变，可应用于评估脑损伤的程度；而TBI 恢复期，通过促进或抑制某些特定miRNA的表达，对于减轻炎症反应、轴突再生、髓鞘的形成、血管再生、BBB的修复具有促进作用。