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 in vivo [9]. Дальнейшие исследования показали, что повышенная экспрессия эндогенной miR-298 после ишемического инсульта способствует повреждению головного мозга in vitro и in vivo 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 Akt 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 in vivo [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 in vitro и in vivo [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) in vivo 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 in vivo 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 in vivo [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) in vitro и in vivo. 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 in vivo путем метода гибридизации in situ 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 in vivo, 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 in vitro, так и in vivo 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.

Участие авторов

Концепция и дизайн исследования — В.Н.

Сбор и обработка материала — О.Б.

Написание текста — И.Г.

Редактирование — И.Г., В.Н.

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

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

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

Автор, ответственный за переписку: Гареев И.Ф. — e-mail: ilgiz_gareev@mail.ru

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.

Джао Шигуан (Харбин, Кита)