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microRNA在心腦血管疾病治療中的研究進展及未來展望

2025-07-16 13:47
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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全球心血管疾病負擔持續(xù)加重,據《世界心臟報告》顯示,2021年全球心血管疾病致死人數達2050萬,占比高達全球死亡總數的三分之一[1]。盡管醫(yī)學技術不斷進步,但心血管疾病的病理機制尚未完全闡明,傳統治療手段難以實現疾病的根本性逆轉,迫切需要新的分子靶點和技術路徑[2]。近年來,基因治療作為新興策略備受矚目,其中微小RNA(microRNA,miRNA)憑借其獨特的轉錄后調控機制成為研究焦點[3],為心血管疾病診療提供了新方向。

1.microRNA的基本原理及其在心腦血管疾病中的調控機制

microRNA(miRNA)是一類長約18-25個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,其核苷酸序列不能編碼蛋白質,但可通過堿基互補配與信使 RNA(mRNA)的靶向序列結合,通過干擾翻譯過程,實現對蛋白質合成的抑制或改變[4]。盡管 miRNA 在人類基因中占比僅為 2%,卻參與調控了三分之一的基因表達[5]。

首先,miRNA基因在細胞核內轉錄生成初級miRNA(pri-miRNA),經Drosha酶剪切形成前體miRNA(pre-miRNA),隨后由Exportin-5轉運至細胞質,最終由Dicer酶加工為成熟miRNA。成熟miRNA通過與靶mRNA的3'非翻譯區(qū)(3'UTR)互補結合,誘導mRNA降解或抑制翻譯,從而調控基因表達。這種轉錄后調控機制使單個miRNA可靶向多個mRNA,形成復雜的調控網絡[6]。在心腦血管系統中,特定miRNA的異常表達與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。例如,心肌梗死后,患者血漿中外泌體中的miRNA-1、miRNA-499和miRNA-133a表達上調,促進細胞凋亡和纖維化[7];缺血性腦卒中患者較健康人具有不同的miRNA表達譜,表現為miR-124-3p,miR-125b-5p 和 miR-192-5p的顯著升高[8],通過調控這些關鍵miRNA的表達水平,可實現對病理過程的精準干預。

2.microRNA在心腦血管疾病治療中的具體案例

2.1 心肌梗死修復:miRNA調控心肌再生與損傷修復

心肌梗死后心肌細胞的不可逆損傷和炎癥反應對于梗死區(qū)域的擴展及左心室的重構過程具有顯著影響。研究發(fā)現,miR-338過表達可通過調節(jié)MAP3K2/JNK信號通路抑制H2O2誘導的心肌細胞損傷和MI大鼠模型中的心肌細胞凋亡,改善心功能[9]。CHEN等[10]研究表明,骨髓間充質干細胞來源的外泌體攜帶miR-125b,通過靶向下調SIRT7增強缺氧/復氧(hypoxia/reoxy-genation,H/R)誘導的心肌細胞活力,抑制心肌細胞凋亡和炎癥反應。2021年,葛均波院士團隊和合作者開發(fā)靶向納米平臺,將血小板膜仿生技術的靶向性、陽離子脂質體的傳遞效率和單分散二氧化硅對miRNA的高負載效率有機地結合在一起,搭載miRNA-21遞送至心肌缺血再灌注損傷的小鼠模型,結果顯示,巨噬細胞修復型轉化顯著提高,在調控心血管疾病炎癥反應方面展示出良好的性能[11]。

2.2 腦卒中治療:miRNA調控神經保護與血管新生

腦卒中導致的神經元死亡和缺血性損傷可通過miRNA調控實現修復。MicroRNAs可以影響腦卒中病理生理的各個方面,包括興奮毒性、氧化應激、炎癥、細胞凋亡、血管生成和神經發(fā)生[12]。特異性mirna,如miR-124、miR-181、miR-21、miR-29、miR-210和let7,已被確定為潛在的神經保護劑,例如,miR-124和miR-181與神經元存活和抗炎作用有關,而miR-21和miR-29與減少細胞死亡和促進恢復有關。miR-210和let-7也通過影響細胞應激反應和再生來促進神經保護[13]。缺血應激后,miRNA的失調會導致神經元損傷進展,通過靶向抑制miR-155活性,可直接保護腦毛細血管完整性,抑制腦卒中后早期炎癥,促進實驗性腦缺血后的梗死面積縮小和神經保護[14]。此外,研究人員開發(fā)了血小板膜偽裝納米顆粒遞送miRNA-Let-7c,該納米顆粒有效靶向缺血性損傷區(qū)域,調節(jié)神經元和小膠質細胞,可通過減少細胞凋亡和改變小膠質細胞表型來治療缺血性損傷[15]。

2.3 動脈粥樣硬化防治:miRNA靶向脂質代謝與炎癥調控

動脈粥樣硬化斑塊的形成與脂質代謝和慢性炎癥密切相關。microRNAs 已成為動脈粥樣硬化預防和治療、調節(jié)脂質代謝和炎癥的潛在靶點[16]。幾種miRNA,包括miR-30c、miR-23a-5p和miR-30c-5p,通過降低膽固醇合成、改善斑塊穩(wěn)定性和防止細胞死亡,顯示出對動脈粥樣硬化進展的保護作用[17]。在動脈粥樣硬化血管中,miRNA-221/222刺激血管平滑肌細胞從“收縮”表型轉變?yōu)榕c誘導增殖和運動相關的“合成”表型,從而促進血管平滑肌細胞引起的動脈粥樣硬化鈣化斑塊的形成[18]。除此之外,miRNA-221/222、miRNA-17和miRNA-141可以靶向細胞間黏附分子1(ICAM-1)的內皮細胞,而miRNA-126則可以特異性靶向血管細胞黏附分子1(VCAM-1),它們介導白細胞的黏附和外滲,在炎癥反應中起著關鍵作用,microRNAs通過調節(jié)這些重要的細胞黏附分子的表達而影響炎癥過程[19]。

3. microRNA遞送技術面臨的挑戰(zhàn)及發(fā)展趨勢

盡管miRNA在心腦血管保護中的機制已逐步闡明,但其臨床轉化仍受限于遞送瓶頸。載體當下主要面臨“3S”困境:穩(wěn)定性(stability)不足導致血液中RNA酶快速降解、特異性(specificity)差誘發(fā)肝脾網狀內皮系統非靶向蓄積、以及安全性(safety)顧慮如病毒載體潛在免疫原性[20]。目前主要的遞送平臺包括脂質體、聚乙烯亞胺(PEI)聚合物、外泌體和病毒載體,每種平臺都有其獨特的優(yōu)勢和局限性。例如,脂質體和PEI等基于聚合物的載體具有多功能性、低免疫原性和保護miRNA不被降解的特點,而在實現有效的細胞攝取和靶向遞送方面仍然存在挑戰(zhàn)[21]。外泌體提供了天然的、生物相容性的載體,并能提高miRNA穩(wěn)定性,但仍然需要標準化、可擴展的分離方法[22]。病毒載體效率很高,但由于對毒性和免疫反應的擔憂而受到限制[20]。在心肌梗死大鼠模型中,可注射的水凝膠和聚合納米顆粒也被證明是有效的、通過局部遞送miRNA,降低了細胞毒性,并顯著改善心功能:第4周時,射血分數從45%增加到64%,瘢痕大小從20%減少到10%[23]??偟膩碚f,雖然遞送技術已經取得了重大進展,但優(yōu)化遞送效率、特異性和安全性仍然是推進miRNA治療的關鍵焦點。

4.microRNA在個性化醫(yī)療中的前景

microRN作為生物標志物和治療靶點具有吸引力,為早期診斷、改善風險分層和基于個體分子譜的定制治療提供了潛力。隨著基因測序技術和生物信息學的發(fā)展,基于個體miRNA表達譜的精準治療成為可能。循環(huán)miRNA在體液中是穩(wěn)定的,可以在臨床癥狀出現之前反映疾病狀態(tài),支持其在非侵入性診斷和治療反應監(jiān)測中的應用[24]。在治療方面,基于miRNA的藥物已經進入臨床前和一些臨床試驗,包括miRNA模擬物和抑制劑在內的策略在調節(jié)疾病途徑方面顯示出功效[25]。然而,挑戰(zhàn)仍然存在,例如實現安全和有針對性的遞送,最大限度地減少脫靶效應,以及克服技術障礙,進行穩(wěn)健的基于人群的研究。盡管存在這些障礙,miRNA標記與傳統臨床變量的整合有望更精確和有效地管理心腦血管疾病,使該領域更接近真正的個性化醫(yī)療[26]。

microRNA通過精準調控基因表達,為心腦血管疾病治療提供了革命性新策略。從心肌梗死修復到動脈粥樣硬化防治,多項臨床前和臨床研究已驗證其有效性。盡管面臨技術挑戰(zhàn),但結合遞送技術革新和個性化醫(yī)療的發(fā)展,microRNA療法有望在未來實現臨床轉化,大幅改善心腦血管疾病患者的預后。

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