Гареев И.Ф.

ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Уфа, Россия

Сафин Ш.М.

Республиканский нейрохирургический центр, Уфа

Роль эндогенных микроРНК в формировании церебральных аневризм

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2019;83(1): 112-118

Просмотров : 23

Загрузок :

Как цитировать

Гареев И. Ф., Сафин Ш. М. Роль эндогенных микроРНК в формировании церебральных аневризм. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2019;83(1):112-118. https://doi.org/10.17116/neiro201983011112

Авторы:

Гареев И.Ф.

ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, Уфа, Россия

Все авторы (2)

Церебральные аневризмы встречаются у 2—3% взрослого населения, имеют риск разрыва 1—3% аневризм в год. Хотя годовой уровень разрыва достаточно низок, заболеваемость и смертность от субарахноидального кровоизлияния (САК) остаются высокими, так же как и уровень инвалидности среди выживших больных [1].

Микрохирургическая и эндоваскулярная хирургия церебральных аневризм по-прежнему связана со значительным риском, который может превышать годовой риск разрыва. Таким образом, существует потребность как в улучшенном понимании факторов, способствующих разрыву, так и в развитии неинвазивных методов, позволяющих идентифицировать аневризмы с более высоким риском разрыва.

Механизмы формирования, роста и разрыва церебральных аневризм сложны. Считается, что под действием постоянного гемодинамического давления стенки мозговой артерии становятся слишком слабыми, чтобы ему противостоять, в них развиваются структурные изменения и патологические расширения. Так, стенки неразорвавшихся аневризм характеризуются гиперплазией интимы и появлением тромбов. Как и в процессах заживления поврежденных стенок артерий, в аневризмах церебральных сосудов происходит ремоделирование тканей. Травма эндотелия или мышечного слоя приводит к миграции гладкомышечных клеток (ГМК) сосудов в интиму, где они подвергаются фенотипическому изменению из сократительного состояния в состояние, характеризующееся пролиферацией и синтезом коллагена, известное как неоинтимальная гиперплазия [2]. Пролиферация ГМК, синтез новой матрицы и реорганизация тромбов, вероятно, приводят к увеличению прочности на растяжение в постоянно деградирующей стенке аневризмы. Сохранение роста аневризмы и, следовательно, защита от разрыва часто упоминаются как процесс «восстановления и поддержания». Следовательно, регулирование фенотипов ГМК имеет решающее значение для дегенерации и разрыва стенки церебральной аневризмы. Различные типы аневризм, вероятно, имеют общие патофизиологические закономерности и, следовательно, должны иметь общие молекулярные механизмы [3].

МикроРНК являются одним из классов коротких некодирующих РНК длиной 18—22 нуклеотида, которые на посттранскрипционном уровне ингибируют трансляцию их мишеней (мРНК), контролируя гены, участвующие в клеточных процессах, таких как воспаление, регуляция клеточного цикла, реакция стресса, дифференцировка, апоптоз и миграция [4]. Сведения об изменении экспрессии микроРНК у пациентов с церебральными аневризмами приведены в исследовательских работах, однако специфика клеточных функций и влияющие на них сигнальные пути изучены мало [5]. Известно, что в формирование аневризм вовлечено несколько патологических процессов, в том числе активация иммунного/воспалительного ответа, формирование внеклеточного матрикса (extracellular matrix, ECM), дисфункция эндотелиальных клеток, активация трансформирующего фактора роста бета (transforming growth factor beta, TGF-β), фенотипические изменения ГМК и апоптоз [6, 7]. Анализ микроРНК, ассоциированных с церебральными аневризмами, демонстрирует связь между этими микроРНК и перечисленными клеточными и молекулярными механизмами.

МикроРНК и образование церебральных аневризм

Экстрацеллюлярный матрикс и сосудистые гладкомышечные клетки

Сосудистые ГМК представляют собой первичный клеточный компонент средней оболочки сосуда (tunica media) и поддерживают целостность ее стенки. В нормальных условиях эти клетки демонстрируют сократительный фенотип, но сохраняют способность подвергаться фенотипическому переключению на секреторный фенотип при воздействии воспалительных стимулов. Секреторный фенотип ГМК характеризуется потерей маркеров сократимости и экспрессии провоспалительных цитокинов и матричных металлопротеиназ (ММР) [8, 9]. Эндотелиальная дисфункция, гемодинамический стресс и прямое повреждение были идентифицированы как стимулы, способные индуцировать это фенотипическое изменение [10]. Секреторные ГМК также становятся мигрирующими, что приводит к потере клеток в стенке сосуда и ее ослаблению [11]. Образование церебральных аневризм определяется прогрессирующим истончением средней оболочки сосуда, потерей клеток и неустойчивой миграцией ГМК, а также апоптозом [10, 12].

T. Jiang и соавт. [13] идентифицировали 18 микроРНК, экспрессия которых была значительно снижена в образцах тканей купола церебральных аневризм у 14 пациентов с разорвавшимися аневризмами. Было обнаружено, что это имеет связь с различными клеточными процессами, регулирующими фенотип сосудистых ГМК и сохранение ECM [14, 15]. В одном из исследовании in vitro было продемонстрировано, что miR-1 ингибирует дифференцировку ГМК сосудов мышей, вызванную ретиноивой кислотой, путем отрицательной регуляции Круппельподобного фактора 4 (KLF4, Kruppel-like factor 4) во время дифференцировки ГМК [16]. MiR-133 предотвращает пролиферацию и ингибирует изменения фенотипа ГМК сосудов путем подавления фактора транскрипции Sp-1 (specificity protein 1) [17].

P. Li и соавт. [18] обнаружили значительное увеличение экспрессии miR-7 у пациентов с церебральными аневризмами. MiR-7 является отрицательным регулятором экспрессии коллагена в дермальных фибробластах. Семейство miR-29 было вовлечено в патогенез церебральных аневризм из-за его роли в подавлении посттранскрипционной экспрессии белков EMC [19, 20]. Эти микроРНК были идентифицированы как подавляющие гены белка эластина и белков ECM в моделях на мышах при исследованиях аорты. Клинические исследования показали, что курильщики демонстрируют более высокие уровни miR-29b в плазме, чем некурящие [21]. В исследованиях на модели церебральных аневризм у крыс наблюдалась сверхэкспрессия miR-24 [22]. TGF-β является белком, который контролирует пролиферацию, клеточную дифференцировку в большинстве клеток и участвует в патогенезе многих заболеваний, включая цереброваскулярные заболевания. Фактор роста тромбоцитов (PDGF, Platelet-derived growth factor) — белок, который играет важную роль в ангиогенезе. В своей работе M. Chan и соавт. [23] показали, что PDGF-BB (разновидность лиганд класса B фактора роста тромбоцитов) взаимодействует с miR-24, что в свою очередь приводит к снижению экспресии TGF-β, способствуя формированию синтетического фенотипа в сосудистых ГМК. Имеются интересные данные по поводу miR-34a, которая представляет собой микроРНК-супрессор опухолей, влияющий как на эндотелиальные клетки, так и на сосудистые ГМК посредством регуляции клеточного цикла, апоптоза и старения [24]. Множественные исследования также показали роль miR-34a в старении эндотелия и дисфункции эндотелиальных клеток [25]. I. Badi и соавт. [24] продемонстрировали повышенную экспрессию miR-34a в артериях у старых мышей. Увеличение уровней miR-34a связано с уменьшением уровней SM22a — белка, который поддерживает ГМК в сократительном фенотипе.

В нормальных условиях поддержание экстрацеллюлярного матрикса во многом зависит от баланса между активностью матричных металлопротеиназ (MMP) и тканевыми ингибиторами металлопротеиназ (TIMP). Нарушение этого баланса приводит к увеличению разрушения белков матрикса, в том числе коллагена и эластина, что приводит к ослаблению стенки сосуда и повышению восприимчивости к гемодинамическому напряжению. В результате деградация ECM была определена как ключевой компонент формирования, прогрессирования и разрыва церебральной аневризмы. В доказательство этого можно привести пример исследования анализа на вестерн-блоттинге и иммуногистохимического анализа тканей, взятых из стенок церебральной аневризмы [26]. Например, повышенный уровень MMP-9 был зарегистрирован в сыворотке пациентов с аневризматическим САК [27]. Курение стимулирует рост и вероятность разрыва аневризм через индукцию высвобождения MMP-2 и MMP-9 макрофагами [28]. На животных моделях были продемонстрированы повышенный уровень MMP-2 и MMP-9 в стенках аневризмы крысы [29]. Было также показано, что курильщики имеют повышенный уровень ММР и уменьшенный уровень TIMP и эластина в сонных артериях. TIMP-1 и TIMP-2 были идентифицированы как потенциально играющие защитную роль в прогрессировании церебральных аневризм из-за их способности ограничивать деградацию ECM, связанного с MMP [26].

Важность MMP и TIMP в развитии и разрыве церебральных аневризм можно увидеть при анализе профилей микроРНК. Помимо нацеливания на структурные компоненты ECM, семейство miR-29 также воздействует на антиапоптотический белок MCL-1 и, как ни парадоксально, на MMP-2, что дает возможность рассматривать эту микроРНК в качестве терапевтической мишени путем ее ингибирования с помощью anti-miR-29 [19, 30]. Однако экспрессия MMP-2 не изменялась после ингибирования miR-29 у мышей и даже была уменьшена в работе с использованием поджелудочной эластазы (PPE) для формирования аневризмы брюшной аорты in vivo [19]. Это важно, потому что терапевтическое применениe anti-miR-29 против miR-29 основано на усилении синтеза ECM, которое потенциально может быть предотвращено повышающейся экспрессией MMP-2. Наблюдения показали, что экспрессия MMP-2 не изменяется после ингибирования miR-29 — это происходит в результате синтеза ММР-2 воспалительными клетками, которые показывают высокий уровень экспрессии MMP-2 [31]. Альтернативным объяснением может быть наблюдение, заключающееся в том, что miR-29 нацеливается на ДНК-метилтрансферазу DNMT3B, которая эпигенетически отключает MMP-2 и MMP-9 [32]. MMP-9 также последовательно восстанавливалась ингибированием miR-29 в 2 исследованиях [19]. В работе с гепатоцеллюлярной карциномой были продемонстрированы антиангиогенезные свойства miR-29b через подавление экспрессии MMP-2 [33]. В исследованиях, связанных с кардиомиоцитами, было обнаружено увеличение экспрессии эндогенных микроРНК, miR-1, miR-26a, miR-30d, miR-24, miR-29a, miR-223 и miR-181c у мышей через ген MMP-9, что привело к снижению дисфункции кардиомиоцитов и улучшению сердечной функции [34]. H. Lee и соавт. [22] продемонстрировали экспрессию из ряда этих же микроРНК в модели крысы с церебральными аневризмами. Авторы предположили, что усиление экспрессии этих микроРНК может представлять собой защитный ответ, направленный на исправление нарушенного дисбаланса между MMP и TIMP в стенках церебральных аневризм, тем самым предотвращающий дальнейшее развитие аневризмы [22].

Эндотелиальная дисфункция

Аневризмы сосудов головного мозга чаще всего возникают в местах бифуркации сосудов, что подчеркивает роль искаженного кровотока и напряжения сдвига в патологическом сосудистом ремоделировании. Было показано, что напряжение сдвига на сосудистую стенку инициирует продолжительный воспалительный ответ, который особенно интенсивен в местах бифуркации сосудов [35]. Эндотелий, граница между кровотоком и сосудистой стенкой, играет центральную роль в реакции на механическое воздействие. Эндотелиальные клетки обрабатывают механические стимулы напряжения сдвига и растяжения. Множественные механорецепторы на апикальной и базальной поверхностях эндотелиальных клеток позволяют этим клеткам изменять свою физическую структуру и инициировать внутриклеточные каскады, которые приводят к устойчивому воспалительному ответу. Ядерный фактор-каппа B (Nuclear factor κ-B, NF-κB) играет значительную роль в эндотелиальной дисфункции, а также в развитии провоспалительного состояния, связанного с множественными сосудистыми патологиями, включая атеросклероз и аневризмы церебральных сосудов. Путь NF-κB инициирует ряд событий, приводящих к дальнейшей активации молекул клеточной адгезии (Epithelial cell adhesion molecule, CAM) и экспрессии воспалительных цитокинов, включая интерлейкин 6 (IL-6), интерлейкин 8 (IL-8), молекул межклеточной адгезии 1 (intercellular Adhesion Molecule-1, ICAM-1), молекул адгезии сосудистых клеток (Vascular cell adhesion molecule-1, VCAM-1) и E-селектина [36]. Эти сигнальные молекулы активируют моноциты, которые проникают в субэндотелиальное пространство, тем самым увеличивая проницаемость эндотелия [35]. Появляются все новые свидетельства того, что микроРНК играют весомую роль в процессах, лежащих в основе нормальной функции эндотелиальных клеток и ее дисфункции. Было показано, что miR-155 модулирует формирование цитоскелета эндотелиальных клеток в ответ на напряжение сдвига [37]. Также показано, что микроРНК могут влиять на коннексины и кадгерины сосудистого эндотелия — основные белки, находящиеся в мембранах эндотелиоцитов, которые участвуют в поддержании эндотелиальной проницаемости [38].

Патологический ангиогенез также играет роль в эндотелиальной дисфункции и прогрессировании церебральных аневризм. Пролиферация мелких сосудов в стенках церебральных аневризм (vasa vasorum) представляет собой предполагаемый механизм, с помощью которого воспалительные клетки проникают в tunica media и деградируют в слое сосудистых ГМК [39]. P. Li и соавт. [18] продемонстрировали измененную экспрессию нескольких членов семейства miR let-7 и miR-18a у пациентов с церебральными аневризмами. Ими показано, что происходит сверхэкспрессия этих микроРНК в эндотелиальных клетках, а именно они играют определенную роль в эндотелиальном ангиогенезе. MiR-16 также экспрессируется эндотелиальными клетками и ассоциируется с ангиогенезом [18].

Воспалительный процесс

Множество доказательств связывает сосудистую патологию с хроническим воспалением, а механизмы патологического воспаления в исследованиях определены как инициаторы в патогенезе церебральных аневризм. Было показано, что провоспалительное состояние влияет на процессы, связанные с формированием церебральных аневризм, включая эндотелиальную дисфункцию, измененные фенотипы сосудистых ГМК, дегенерацию ECM и миграцию трансмурально-воспалительных клеток. Важные воспалительные цитокины также были связаны с аневризмами, включая NF-κB, фактор некроза опухоли-α (TNF-α), интерлейкин-1β и моноцитарный хемотаксический белок 1 (Monocyte Chemoattractant Protein-1, MCP-1) [10, 40]. Было показано, что экспрессия микроРНК играет важную роль в иммуномодуляции и воспалительном ответе, тем самым способствуя множественным патологическим состояниям. Подтверждена опосредованная роль микроРНК при атеросклерозе и аневризмах брюшной аорты (ААА) [41]. Достижения в этих областях могут быть применимы к пониманию роли микроРНК в формировании и прогрессии церебральных аневризм.

Показано, что повышение активности miR-92a и miR-712, участвующих в воспалительном ответе и увеличении пролиферации эндотелиальных клеток, способствует развитию атеросклероза [41]. Ингибирование miR-342−5p в эксперименте на мышах приводило к уменьшению провоспалительных цитокинов, таких как синтаза оксида азота 2 (NOS2), и тем самым ограничивало прогрессирование атеросклероза [42]. J. Zhang и соавт. [42] обнаружили, что воспалительный процесс может индуцировать эндотелиальные клетки для высвобождения связанных с ангиогенезом микроРНК в условиях атеросклероза. Точная функция miR-181b не была четко определена, но системное введение mimic miR-181b (мимики или mimics — синтетические олигонуклеотиды, повышающие экспрессию целевой микроРНК) в системное русло мышей приводило к уменьшению сосудистого воспаления [43]. Важно отметить, что эндотелиальные клетки человека, подвергшиеся воздействию TNF-α, продемонстрировали быстрое подавление miR-181b. Сообщается, что воспаление при сахарном диабете и гиперлипидемии изменяет функцию сосудистых ГМК посредством избирательного снижения экспрессии miR-10a, miR-139b, miR-206 и miR-222, что приводит к сосудистой патологии, связанной с этими состояниями [44]. В одной из работ был идентифицирован miR-24 как медиатор сосудистого воспаления на моделях мышей с аневризмами брюшной аорты (AAA) [45].

МикроРНК как биологические маркеры при церебральных аневризмах

В настоящее время нет никаких окончательных способов предсказания разрыва аневризмы. Делаются попытки идентифицировать биохимические маркеры, прогнозирующие их формирование и их разрыв. При этом имеется в виду, что молекула-маркер должна быть надежна для обнаружения, воспроизводима, измерима и обладать высокой чувствительностю и специфичностью с точки зрения интересующей патологии. МикроРНК представляют собой класс потенциально клинически значимых биомаркеров из-за их присутствия в крови в относительно стабильном состоянии [46]. В плазме и сыворотке микроРНК находятся в микропузырьках (экзосомы) или в сочетании с РНК-связывающими белками или липопротеидными комплексами, защищающими от ферментативной деградации. Существует множество гипотез относительно происхождения этих циркулирующих микроРНК, в том числе гипотезы клеточной секреции (активная секреция) и побочных продуктов мертвых клеток (пассивная секреция) [47]. МикроРНК могут быть надежно обнаружены в стабильной форме в плазме и выдерживать множественные циклы замораживания и оттаивания [47]. Имеются доказательства того, что экспрессия микроРНК в плазме человека изменяется при различных патологических состояниях, включая инфаркт миокарда, ишемический инсульт и сахарный диабет [48, 49]. Кроме того, экспрессия микроРНК является клеточной, тканевой и фазово-специфической, что позволяет локализовать источник микроРНК и определять временной промежуток патологического состояния [50].

В настоящее время имеются ограниченные данные, указывающие на микроРНК как на клинически значимые биологические маркеры для идентификации церебральных аневризм и их предполагаемого разрыва. В одной из работ по изучению циркулирующих микроРНК как маркеров при церебральных аневризмах, используя анализ микрочипов, обнаружили 223 микроРНК в плазме у пациентов после разрыва, при неразорвавшихся церебральных аневризмах и в здоровых контролях. Наблюдалась значительная разница экспрессии микроРНК в плазме пациентов с аневризмой и в контрольной группе. Важно отметить, что пациенты с неразорвавшимися аневризмами продемонстрировали значительные изменения в 119 микроРНК, в то время как значительные изменения в экспрессии были идентифицированы в 23 микроРНК у пациентов с разорвавшимися аневризмами. ПЦР в реальном времени (Real time PCR, -qRT -PCR) показала, что уровень miR-16 и miR-25 значительно выше у пациентов с церебральными аневризмами. Анализ логистической регрессии показал, что уровень miRNA-16 и miRNA-25 в плазме может быть полезным биологическим маркерам для оценки риска церебральных аневризм [18]. В работе нидерландских ученых в плазме были идентифицированы три специфические циркулирующие микроРНК — miR-183−5p, miR-200a-3p и miR-let-7b, которые позволяют различать пациентов с церебральными аневризмами и здоровую группу [50].

В качестве индикатора риска разрыва аневризм используется изменение морфологии аневризмы, в частности наличие или отсутствие дочерних куполов (дивертикулов) на первичном куполе аневризмы. Наличие дивертикулов свидетельствует об активном процессе в стенке аневризмы и ее росте. В одной из работ изучали экспрессию микроРНК в плазме контрольной группы (с отсутствием аневризм), у пациентов с неразорвавшимися аневризмами без дочерних куполов, пациентов с неразорвавшимися аневризмами с дочерними куполами и пациентов с субарахноидальными кровоизлияниями. Авторы [51] обнаружили повышенную экспрессию 68 микроРНК и отсутствие сниженной экспрессии изученных микроРНК у пациентов с церебральными аневризмами с дочерним куполом. Пациенты с аневризмами, у которых отсутствовал дочерний купол, обладали 4 микроРНК с повышенной и 9 микроРНК со сниженной экспрессией. Пациенты с САК продемонстрировали повышение экспрессии таких микроРНК, как miR-3679−5p и miR-199a-5p, и снижение 13 микроРНК. MiR-21, miR-22 и miR-3665 были повышены у пациентов с разрывами и без разрывов аневризм, независимо от наличия или отсутствия дочернего купола. Эти данные позволяют сделать ряд выводов. Во-первых, экспрессия микроРНК значительно различается у здоровых исследуемых, у пациентов с разрывом аневризм и у пациентов с неразорвавшимися аневризмами. Это подтверждает предполагаемую полезность микроРНК в качестве биологических маркеров для идентификации церебральных аневризм. Во-вторых, разная экспрессия микроРНК в плазме у пациентов с аневризмами с дочерними куполами и без них может свидетельствовать об изменении профилей микроРНК в разные моменты времени при развитии и прогрессировании аневризмы. Таким образом, клеточные и молекулярные процессы, связанные с инициированием, ростом и разрывом аневризмы, могут возникать в разные промежутки времени. В дальнейшем понимание профилей микроРНК позволит отличать стабильные аневризмы с малым риском разрыва от аневризм с высоким риском разрыва и кровоизлияния.

Выводы

Несмотря на значительные успехи в эндоваскулярном и микрохирургическом лечении аневризм, частота связанных с этим заболеванием осложнений остается высокой. В настоящее время возможности распознать те аневризмы, разрыв которых наиболее вероятен, остаются ограниченными. Предпринимается попытка идентифицировать надежные биологические маркеры для церебральных аневризм и их биологического поведения. МикроРНК представляют собой привлекательную область исследования из-за их присутствия в биологических жидкостях, в частности в плазме, и клеточной и тканевой специфической экспрессии. Их дифференцированная экспрессия при многих заболеваниях была установлена ранее, однако данные, относящиеся к патогенезу церебральных аневризм, ограничены. В настоящее время имеется достаточно данных, чтобы предположить, что изменения экспрессии микроРНК в плазме свидетельствуют о наличии церебральной аневризмы. Имеются некоторые данные, которые связывают экспрессию микроРНК с различными фазами формирования аневризмы. Кроме того, исследование профилей экспрессии микроРНК позволяет предположить связь этих микроРНК с молекулярными и клеточными процессами образования церебральной аневризмы. Изучение механизмов эндотелиальной дисфункции, изменения фенотипа сосудистых ГМК и нарушения воспалительной реакции на основании изучения экспрессии специфических РНК дает возможность понять их вклад в патогенез церебральной аневризмы. Дальнейшие исследования необходимы для лучшего понимания взаимосвязи между профилями экспрессии микроРНК и церебральными аневризмами.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: ilgiz_gareev@mail.ru

Комментарий

Этиология, патогенез и биологическое поведение церебральных артериальных аневризм (АА), в особенности механизмы роста, трансформации стенки аневризмы и ее разрыва, изучаются на протяжении десятилетий. Получен большой объем информации на клиническом уровне, по данным инструментальных исследований и изучения макро- и микроморфологии АА. Однако молекулярно-генетические механизмы всех этих процессов до настоящего времени оставались скрытыми. Появление технологий изучения различных патологических процессов на молекулярном уровне дало новый импульс в изучении формирования АА. В связи с этим актуальность представленного обзора, касающегося именно этих вопросов, не вызывает сомнений.

Представлено одно из направлений изучения молекулярных механизмов патологии — регуляторной функции некодирующих микроРНК, о которых пока больше известно в связи с исследованиями в области канцерогенеза. Обзор содержит анализ достаточно большого количества источников по теме, большинство из них — за последние годы, в том числе и самые новые работы. Очевидно, что авторы хорошо понимают проблему. Обсуждаются механизмы формирования аневризм на клеточно-тканевом уровне, связь фенотипа аневризм и их биологического поведения с экспрессией различных микроРНК в стенке аневризмы.

Конечно, клиницисту достаточно трудно воспринимать содержащуюся в обзоре информацию, тем не менее обзор представляет большой интерес для понимания сложности процессов, лежащих в основе клинического течения АА.

О.Б. Белоусова (Москва)

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail