Гареев И.Ф.

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

Бейлерли О.А.

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

Назаров В.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва; Отделение нейрохирургии Нижегородского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии

МикроРНК и их потенциальная роль в патогенезе геморрагического инсульта

Журнал: Медицинские технологии. Оценка и выбор. ;(): 86-93

Просмотров : 7

Загрузок :

Как цитировать

Гареев И. Ф., Бейлерли О. А., Назаров В. В. МикроРНК и их потенциальная роль в патогенезе геморрагического инсульта. Медицинские технологии. Оценка и выбор. ;():86-93. https://doi.org/10.17116/neiro20208401186

Авторы:

Гареев И.Ф.

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

Все авторы (3)

ВНК — спонтанное (нетравматическое) внутримозговое кровоизлияние

ГЭБ — гематоэнцефалический барьер

ЦНС — центральная нервная система

3’-НТО — 3’-нетранслированные области

мРНК — матричная РНК

AQP—аквапорины

ММР — металлопротеиназы

IL — интерлейкин

Спонтанное (нетравматическое) внутримозговое кровоизлияние (ВНК), или геморрагический инсульт, является распространенным и тяжелым заболеванием центральной нервной системы (ЦНС) с высокими показателями заболеваемости и смертности. Этиология ВНК тесно связана с гипертонией, атеросклерозом и пороками развития сосудов [1]. По сравнению с изучением молекулярно-генетических основ патогенеза ишемического инсульта, исследования ВНК и его последующего воздействия на ЦНС ограничены. ВНК «запускает» ряд патофизиологических процессов, включая апоптоз и некроз, окислительный стресс, нарушение гематоэнцефалического барьера (ГЭБ), отек головного мозга, воспаление и ремоделирование внеклеточного матрикса, которые могут привести к тяжелому неврологическому дефициту или смерти (рисунок) [2].

МикроРНК (miRNAs) представляют собой небольшие некодирующие молекулы РНК, состоящие из 18—22 нуклеотидов, которые функционируют в качестве посттранскрипционных регуляторов экспрессии генов в клетках млекопитающих. Их действие осуществляется через парное сопряжение с 3’-нетранслированными областями (3’-НТО) в молекулах матричной РНК (мРНК, mRNAs), приводящее к подавлению активности генов через трансляционную репрессию.

МикроРНК участвуют в большинстве фундаментальных биологических процессов, таких как контроль клеточного цикла, клеточный метаболизм, апоптоз, пролиферация и дифференцировка клеток [3].

Цель работы — анализ современных знаний о роли микроРНК в патогенезе геморрагического инсульта.

ВНК является многофакторной болезнью с множеством установленных причин [4]. Ключевую роль в патогенезе ВНК играют эндотелиальная дисфункция и выраженные изменения стенок сосудов головного мозга под влиянием хронически повышенного артериального давления и атеросклероза [5, 6]. В результате кровоизлияния из патологически измененной артерии включается ряд патофизиологических процессов: гибель нервных клеток, воспаление, окислительный стресс, нарушение ГЭБ, отек головного мозга, воспаление. МикроРНК, обсуждаемые ниже, регулируют гены-мишени в вышеупомянутых процессах, связываясь с 3’-НТО мРНК для подавления экспрессии генов (таблица).

Апоптоз является запрограммированной гибелью клеток и имеет большое значение для нормального физиологического метаболизма. Он поддерживает клеточный гомеостаз, удаляя стареющие или поврежденные клетки. Однако при различных патологических процессах происходит нарушение апоптоза, и запрограммированная гибель клеток становится неконтролируемой [7]. За последнее время показано, что изменение экспрессии микроРНК может модулировать выживание нейронов после геморрагического инсульта, регулируя целевые гены [8]. D. Liu и соавт. сообщили, что miR-298 проявила повышенную экспрессию как в нейронах, так и в образцах крови в обеих экспериментальных моделях ишемического и геморрагического инсульта [9]. Дальнейшие исследования показали, что повышенная экспрессия эндогенной miR-298 после ишемического инсульта способствует повреждению головного мозга и путем ингибирования сигнального каскада RAC-альфа серин/треониновая протеинкиназа/N-концевая киназа/ядерного фактора каппа-B (Akt1/JNK/NF-κB) и последующего пути аутофагии [10]. Семейство генов участвует в путях, которые обеспечивают выживание клеток, путем ингибирования апоптоза. T. Xi и соавт. продемонстрировали ингибирование нейронального апоптоза через регуляцию сигнального пути фосфоинозитид-3-киназа/Akt (PIK3R2/Akt) с помощью miR-126−3p mimic (мимики, или mimics, представляют собой синтетические короткие двухцепочечные олигонуклеотиды, имитирующие целевую микроРНК, повышая ее экспрессию) после экспериментального ВНК [11].

Доказано, что после экспериментального ВНК введение в боковые желудочки мышам anti-miR-132 (антагомиры, или antagomirs, — синтетические олигонуклеотиды, ингибирующие целевую микроРНК, снижая ее экспрессию) оказывает нейронозащитное действие, уменьшая гибель нейронов и приводя к регрессу неврологического дефицита [12]. Известно, что каспазы играют важную роль в процессах апоптоза. Сообщается, что miR-155 участвует в модуляции клеточного апоптоза путем регуляции экспрессии каспазы-3. Снижение экспрессии miR-155 значительно снижало апоптоз эндотелиальных клеток микрососудов головного мозга [13]. Сверхэкспрессия эндогенной miR-126 с помощью miR-126 mimic, доставленной лентивирусами, проявляет защитную роль, ингибируя апоптоз нейронов при геморрагическом инсульте посредством снижения уровня каспазы-3 и [14]. H. Shen и соавт. обнаружили, что уровень экспрессии miR-133b снизился в тканях мозга крыс Sprague—Dawley (SD) через 24 ч и достиг пика через 72 ч после экспериментальнго ВНК. Однако после системного введения экзосом, модифицированных miR-133b mimic, уровень экспрессии miR-133b значительно повысился, в результате чего произошло ослабление апоптоза клеток мозга. Результаты вестерн-блоттинга показали, что сверхэкспрессия miR-133b заметно подавляла экспрессию гена Ras-семейства (RhoA) и активировала сигнальный путь внеклеточной сигнально-регулируемой киназы-½/CREB (ERK½/CREB) в тканях мозга. В целом данное исследование показало, что miR-133b проявляет нейропротекторную роль в виде антиапоптотического действия при ВНК [15].

J. Kim и соавт. продемонстрировали, что после экспериментального ВНК у крыс SD происходит увеличение уровня экспрессии микроРНК let-7c более чем в 4 раза в клетках базальных ганглиев на стороне гематомы по сравнению с клетками контралатеральной стороны [16]. Ими также создана модель повреждения нейронов после ВНК путем применения тромбина к линии клеток феохромоцитомы крысы (PC12). Учитывая, что базальные ганглии являются одним из наиболее частых мест расположения гипертензивных гематом, целесообразно предположить участие let-7c в патогенезе ВНК. Продукт деградации крови, такой как тромбин, может также быть важен для активации let-7c. В дальнейшем после интраназального введения anti-let-7c происходило уменьшение уровня экспрессии данной микроРНК и снижение апоптоза нейронов в перигематомной области. На основании результатов другого исследования с моделью ишемического инсульта и применением anti-let-7f (let-7c и let-7f — микроРНК из одного семейства let-7) авторы предположили, что ключевой мишенью для let-7c является рецептор инсулиноподобного фактора роста 1-го типа (IGF1R), сверхэкспрессия которого и уменьшала апоптоз клеток [17]. Из этого следует также, что микроРНК let-7c может быть потенциальной терапевтической мишенью с последующей активацией IGF1R, оказывающего нейропротекторный эффект при ВНК.

ГЭБ представляет собой физическую границу между кровью и тканью головного и спинного мозга, которая строго регулирует обмен молекулами между кровью и нервной тканью, играя тем самым важную роль в гомеостазе, поддерживая здоровую микросреду для сложной нейронной деятельности. В случае ВНК интерстициальный отек возникает как результат разрыва кровеносного сосуда с дальнейшим нарушением проницаемости ГЭБ, приводящим к вазогенному отеку головного мозга. Показано, что водотранспортные каналы, а именно аквапорины (AQP), участвуют в формировании отека [18]. AQP-1, 4 и 9 являются основными типами AQP, находящимися в ЦНС [19, 20]. Помимо роли в формировании отека, AQP также участвуют в апоптозе клеток в ЦНС [21]. Показано, что экспрессия AQP-4 повышается после внутримозгового кровоизлияния [22]. L. Zheng и соавт. доказали, что miR-145 несет защитную роль для астроцитов в условиях ишемии, ингибируя экспрессию AQP 4 и тем самым снижая отек. Данные исследования могут быть продолжены в экспериментах с моделью геморрагического инсульта для более точного определения взаимосвязи miR-145 и AQP-4 [23]. Внеклеточный матрикс головного мозга также претерпевает изменения в ответ на повреждение. Нарушение проницаемости ГЭБ с последующим вазогенным отеком приводит к ранней экспрессии металлопротеиназ (ММР) ММР-2 и ММР-9 с повреждением и нарушением целостности внеклеточного матрикса [24]. Во время ишемического инсульта деградация внеклеточного матрикса вызывает геморрагическую трансформацию, которая ухудшает исход инсульта.

В одной из работ продемонстрировано, что экспрессия miR-130a значительно повышена как в сыворотке крови у пациентов после ВНК, так и в образцах (нервная ткань) из перигематомной области крыс после ВНК, что положительно коррелирует с изменениями объема гематомы [25]. Применение anti-miR-130a может значительно ослабить отек головного мозга, снизить проницаемость ГЭБ и улучшить неврологические функции за счет увеличения экспрессии кавеолина-1 и снижения экспрессии ММР-2,9 [24]. Помимо ингибирования апоптоза, miR-132 и miR-126−3p значительно уменьшали отек головного мозга, воспалительный процесс и снижали проницаемость ГЭБ после геморрагического инсульта [9,12]. Среди прочих факторов увеличение гематомы обычно происходит на ранней фазе ВНК и тесно связано с плохим исходом [26]. Y. Zhu и соавт. доказали положительную корреляцию между сывороточным уровнем miR-126 и увеличением гематомы после ВНК. Возможность прогноза на основании уровней циркулирующей miR-126 увеличения гематомы и степени перигематомного отека могла бы быть полезной при выборе лечения у больных с геморрагическим инсультом, такого, как введение дегидратирующих агентов или хирургического вмешательства [27].

Формирование перигематомного отека происходит главным образом из-за нарушения целостности ГЭБ, вызванного клеточным апоптозом. Данные Y. Hu и соавт. показали, что пролиферация и апоптоз эндотелиальных клеток микрососудов головного мозга регулируются miR-23a-3p. Авторы обнаружили, что ZO-1 является потенциальной мишенью для miR-23a-3p. ZO-1 является важным белком плотных адгезионных контактов, участвующим в формировании ГЭБ, который впервые идентифицирован в 1986 г. [28, 29]. Он участвует в барьерной функции, в регуляции клеточного транспорта, клеточной полярности, пролиферации и дифференцировки клеток. В большинстве случаев повреждение структуры ZO-1 приводит к изменению плотных контактов. Повышение или снижение экспрессии ZO-1 в эндотелиоцитах микрососудистой сети головного мозга также существенно влияет на апоптоз и пролиферацию, демонстрируя, что miR-23a-3p способствует образованию перигематомного отека путем регуляции трансляции белка ZO-1. В этом исследовании также продемонстрировано, что повышенный уровень экспрессии микроРНК-23a-3p в сыворотке крови больных с ВНК положительно коррелирует с объемом перигематомного отека [29].

T. Xi и соавт. продемонстрировали низкий уровень экспрессии циркулирующей miR-27a-3p в сыворотке больных с ВНК, но результаты, возможно, неспецифичны, так как данный уровень экспрессии miR-27a-3p в сыворотке встречается и при других заболеваниях ЦНС, например при черепно-мозговой травме. Однако, продолжая исследование, авторы обнаружили сниженную экспрессию в сыворотке, гематоме и в клетках, взятых из области перигематомного отека, у крыс после геморрагического инсульта. Кроме того, введение в боковые желудочки miR-27a-3p mimic в итоге снижало отек и апоптоз нейронов в перигематомной области. Эти наблюдения показывают, что сниженная экспрессия miR-27a-3p не является случайным событием после ВНК. Микроглия, активированная вследствие нарушения ГЭБ, в свою очередь, усугубляет ВНК-индуцированное повреждение головного мозга и неврологический дефицит [30, 31]. Таким образом, поддержание целостности ГЭБ имеет решающее значение для минимизации вторичного повреждения головного мозга после ВНК. В этом контексте повышение экспрессии miR-27a-3p мимиком после геморрагического инсульта не только восстанавливало функцию ГЭБ и ослабляло апоптоз нейронов, но и снижало активность микроглии и инфильтрации лейкоцитов в перигематомной области с улучшением неврологических функций у крыс [31].

Все это подтверждает, что дальнейшие исследования механизмов патогенеза нарушения ГЭБ и возможной роли микроРНК в этом процессе могут привести к разработке новых методов лечения для предотвращения вторичного повреждения головного мозга после геморрагического инсульта.

Воспаление представляет собой сложный иммунный ответ после повреждений различного генеза. В нормальных условиях воспалительный процесс помогает очищению и инициирует восстановление тканей. Однако чрезмерная активация иммунных реакций вредна для организма и может привести к повреждениям. Вследствие геморрагического инсульта происходят активация микроглии и высвобождение воспалительных медиаторов, таких как фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), что способствует прогрессированию повреждений ЦНС. Кроме того, существуют некоторые цитокины, продуцируемые и секретируемые мононуклеарными фагоцитами, Т-лимфоцитами и нейтрофилами, которые участвуют в нейровоспалении [32].

Показано, что сверхэкспрессия miR-132 вследствие введенного мимика у мышей после ВНК улучшает прогноз по сравнению с мышами контрольной группы. Сверхэкспрессия miR-132 подавляет активацию микроглии и экспрессию провоспалительных цитокинов [12]. Сверхэкспрессия эндогенной miR-367 ингибирует воспалительный ответ посредством снижения экспрессии интерлейкин-1 рецептор-ассоциированной киназы 4 (IRAK4) и . Кроме того, miR-367 также подавляет активацию NF-kB и продукцию его провоспалительных факторов, таких как интерлейкины (IL) IL-6, IL-1β и TNF-α [26, 33]. Сообщалось, что miR-223 подавляет экспрессию криопирина (NLRP3) и ингибирует воспалительный процесс посредством каспазы-1 и IL-1β, улучшая неврологическую функцию у мышей с ВНК [34]. Сосудистая молекула клеточной адгезии 1 (VCAM-1) является важной молекулой, которая способствует локализации иммунных клеток в месте воспаления, и ее экспрессия регулируется miR-126 [35]. Роль микроРНК в активации микроглии и поляризации макрофагов также важна в патогенезе воспаления после ВНК. В некоторых исследованиях сообщалось, что miR-155 способствует смещению поляризации в сторону фенотипа M1 путем нацеливания на гены, ассоциированные с M2. MiR-155 четко нацелен на ряд генов, связанных с фенотипом M2, снижая экспрессию провоспалительных факторов, ассоциированных с M2, таких как аргиназа-1 (Arg-1), IL-10, рецептор IL-13α (1IL13Rα1) и маннозный рецептор (CD206) [36, 37].

В предыдущем разделе обсуждалась возможная роль let-7c и ее мишени IGF1R в апоптозе. Авторы работы также предположили, что применение anti-let-7c будет вызывать противовоспалительный эффект при ВНК. Существует несколько работ, доказывающих, что IGF1 связан с воспалением [17, 38]. Y. Higashi и соавт. указали на то, что передача сигналов IGF1R уменьшает прогрессирование атеросклеротического поражения у мышей с дефицитом ApoE путем уменьшения выработки воспалительных цитокинов, подавления накопления макрофагов и пенистых клеток в очагах поражения [38]. Исследование A. Selvamani и соавт. микроРНК let-7f на модели инфаркта головного мозга путем метода гибридизации в сочетании с иммуногистохимическими исследованиями показало, что let-7f активировался в основном в микроглии, что связано со снижением передачи сигналов IGF [17]. Вероятно, существуют другие мишени для let-7c, которые контролируют воспалительный каскад после повреждения нейронов при ВНК. С другой стороны, снижение апоптоза клеток за счет активации IGF1R может косвенно снизить рекрутирование воспалительных клеток в перигематомную область. Будущие работы, посвященные исследованию выработки воспалительных цитокинов и регуляции иммунных клеток с помощью модуляции микроРНК let-7c, помогут лучше понять ее роль в инициировании воспалительного процесса при ВНК.

H. Xu и соавт. продемонстрировали повышенные уровни экспрессии мРНК IFN-β, IL-6 и TNF-α, сопровождающиеся повышенной экспрессией miR-155 и снижением уровня экспрессии SOCS-1, в модели геморрагического инсульта , указывая на возможную роль сигнального каскада miR-155/SOCS-1 в воспалительном процессе. Кроме того, уровни экспрессии miR-155 и провоспалительных цитокинов у мышей с ВНК значительно снизились после введения дексаметазона. Это говорит о том, что глюкокортикоиды ослабляют воспаление путем нацеливания на сигнальный путь miR-155/SOCS 1 у мышей [39].

Повреждение нейронов головного мозга и их гибель от окислительного стресса происходят как при ишемии головного мозга, так и при внутримозговом кровоизлиянии. Нервная ткань очень чувствительна к окислительным повреждениям, так как находится в сильно насыщенной кислородом среде с высоким содержанием липидов и железа [40]. Во время внутримозгового кровоизлияния окислительное повреждение в основном опосредуется лизисом эритроцитов. Эритроциты в гематоме лизируются мембранно-атакующим комплексом из каскада комплемента [41]. Гемоглобин, высвобождаемый из эритроцитов, расщепляется до железа гемоксигеназой 2 (HO-2) [42]. Впоследствии железо будет подвергаться реакции Фентона с образованием активных форм кислорода (АФК). Как и при ишемическом инсульте, воспаление является важным процессом для генерации АФК при внутримозговом кровоизлиянии. A. Pogue и соавт. показали снижение экспрессии комплементарного фактора H под действием повышенной экспрессии miR-146 a в нейронах в условиях окислительного стресса [43]. W. Xu и соавт. обнаружили, что ингибирование miR-27b anti-27b может уменьшить повреждение головного мозга и повысить экспрессию ядерного фактора 2 (Nrf2), энзимной гемоксигеназы-1 (Hmox1), супероксиддисмутазы-1 (SOD1) и хинон-оксидоредуктазы-1 (Nqo1) после ВНК через сигнальный путь Nrf2/ARE [44]. Однако имеется лишь небольшое количество исследований относительно микроРНК и окислительного стресса при геморрагическом инсульте.

Исследования последних лет показывают, что при геморрагическом инсульте формируется дисрегуляция микроРНК как в клетках головного мозга, так и в биологических жидкостях с воздействием на определенные гены-мишени. В нескольких работах предпринята попытка соотнести изменения уровня экспрессии микроРНК и соответствующих генов-мишеней при геморрагическом инсульте как , так и с целью выяснения механизмов патогенеза инсульта и следующих за ним процессов. Результаты этих исследований позволяют лучше понимать процессы, связанные с геморрагическим инсультом, и то, каким образом такие факторы, как атеросклероз и артериальная гипертензия предрасполагают к геморрагическому инсульту. Понимание механизмов участия микроРНК в патогенезе геморрагического инсульта и их дальнейшее изучение помогут созданию новых биомаркеров и терапевтических мишеней.

Концепция и дизайн исследования — В.Н.

Сбор и обработка материала — О.Б.

Написание текста — И.Г.

Редактирование — И.Г., В.Н.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Республики Башкортостан молодым ученым от 5 февраля 2019 №УГ-28.

Гареев И.Ф. — https://orcid.org/0000-0002-4965-0835

Бейлерли О.А. — https://orcid.org/0000-0002-6149-5460

Назаров В.В. — https://orcid.org/0000-0002-5938-6548

Гареев И.Ф. — e-mail:

МикроРНК, участвуя в ряде клеточных и молекулярных процессов, играют существенную роль в развитии различных заболеваний человека, включая повреждения ЦНС. В этом обзоре авторы описывают функции микроРНК, а также некоторые нижестоящие гены-мишени микроРНК при геморрагическом инсульте. Многочисленные предшествующие исследования подтвердили потенциальное терапевтическое использование микроРНК для лечения различных заболеваний. В последние годы достигнут прогресс в понимании сложного патогенеза геморрагического инсульта, однако остается нерешенной проблема эффективного терапевтического лечения этой патологии. Различные существующие терапевтические стратегии лечения остаются малоэффективными. Новые стратегии, включая терапию стволовыми клетками, являются экспериментальными и не доказали свою эффективность в клинических испытаниях. В этой связи поиск новых подходов к лечению, основанных на патогенезе геморрагического инсульта, является первоочередной задачей. Изучение роли микроРНК в патогенезе геморрагического инсульта открывает возможности разработки новых терапевтических средств для лечения этой патологии. Конечно, клиницисту сложно воспринимать информацию, представленную в обзоре. Тем не менее обзор очень интересен и способствует пониманию сложных процессов, лежащих в основе клинического течения геморрагического инсульта.

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