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动脉硬化血栓血管生物学。作者手稿；PMC 2013年3月1日提供。
以最终编辑形式发布为：
动脉硬化血栓血管生物学。2012年3月；32(3): 548–551.
数字对象标识：10.1161/ATVBAHA.11.242412
预防性维修识别码：PMC3390171型
美国国立卫生研究院：NIHMS352400
PMID：22345590

用微小RNA-29恢复弹性蛋白

董秀荣1和马克·马杰斯基1,2,三，4,5
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

介绍

弹性蛋白（Eln）是一种高度膨胀的蛋白质，能够使肺、皮肤和大动脉等组织反复膨胀并恢复其原始形状。1Tropoelastin由一个高表达的单拷贝基因编码子宫内然后在出生后强烈下调。2,三在成人的大多数弹性组织中，只发现原弹性蛋白mRNA的维持水平较低。三,4严重损伤（如三度烧伤）的修复通常会产生严重疤痕，并严重限制灵活性、运动范围和组织功能。5在长期的癌症放射治疗后，晒伤的皮肤也会出现类似的疤痕6系统性硬化症。7,8在血管系统中，弹性蛋白单倍体充分表型包括围生期升主动脉狭窄和生命后期动脉瘤形成。球囊导管治疗后动脉过度扩张损伤会激活外膜的修复反应，这与皮肤伤口挛缩非常相似，并可能导致再狭窄时管腔变窄。9这些异常情况共同导致富含胶原蛋白的细胞外基质（ECM）的产生，而ECM缺乏弹性纤维。弹性纤维生成不足的一个主要原因是未能上调上述损伤后组织中原弹性蛋白基因的表达。Sessa及其同事在本期杂志上发表的一篇文章自动变速箱描述了一种增加弹性蛋白生成的新方法，这种方法可能会改变上述情况下的临床结果。10

弹性蛋白和弹性纤维

弹性纤维是通过在微丝支架上逐步添加原弹性蛋白单体而形成的(图). 微纤丝的核心由糖蛋白纤维蛋白组成。11纤维蛋白沉积在细胞外空间，一旦与一组微纤丝相关蛋白相互作用，包括纤维蛋白、埃米林、微丝相关糖蛋白和潜在的TGF-β结合蛋白。11,12原弹性蛋白单体的交联是通过赖氨酰氧化酶进行的，赖氨酰氧化酶是一个铜依赖性胺氧化酶家族。13组织中的弹性纤维一旦组装并广泛交联，就非常稳定，周转时间可以用几十年来衡量。三,12弹性纤维的稳定性可能是大多数成人组织中原弹性蛋白基因表达水平很低的原因。三在小鼠中，弹性蛋白的功能缺失突变会产生戏剧性的发育表型，尤其是在大弹性动脉中。14,15弹性蛋白缺失小鼠(埃尔恩−/−)出生后几天内死于血管平滑肌细胞（SMC）过度增殖，阻塞主动脉腔14这些小鼠发育出细长弯曲的动脉，动脉壁僵硬，在生理上不符合要求12,14相比之下，埃尔恩+/−小鼠存活，其动脉壁较薄，管腔较小，在衰减的弹性板层之间的SMC层比野生型动脉多12,15.埃尔恩+/−小鼠出现较高的全身血压，导致周壁应力增加，但由于弹性板层数量增加，每个板层单位的张力与野生型小鼠相同12,15.

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Tropoelastin（TE）的生产受miR-29的控制。TE mRNA包含miR-29识别的3'-UTR中的种子序列。miR-29与TE mRNA的结合抑制TE合成。miR-29抑制剂阻断了这一步骤，从而增加了TE蛋白的生成。一旦制成TE蛋白，就会分泌到肺、皮肤和动脉壁等弹性组织的细胞外基质中。TE蛋白然后与弹性纤维支架的元素相互作用，该弹性纤维支架由纤维蛋白、纤维蛋白、丝氨酸、微纤维相关糖蛋白（MGAPs）、赖氨酸氧化酶（LOXs）和潜在TGFβ结合蛋白（LTBPs）组成。弹性纤维具有独特的生物力学特性，使组织能够拉伸并恢复其原始形状1,11,12TE生成不足可产生或加重动脉瘤、与严重烧伤相关的疤痕、组织纤维化或系统性硬化，以及与肺气肿和慢性阻塞性肺病相关的组织功能丧失。使用miR-29抑制剂的治疗方法可能会增加TE蛋白的生成，并证明对这些疾病和相关疾病有益。

与弹性蛋白单倍体缺乏相关的人类表型

威廉姆斯-贝伦综合征（WBS）是一种由7q11.23号染色体上1.5Mbp的DNA杂合微缺失引起的疾病。16WBS患者表现出认知和心血管疾病的特征谱，其中包括弹性动脉狭窄和高血压。16虽然7号染色体微缺失涉及26-28个基因，但弹性蛋白基因的一个拷贝缺失是WBS个体心血管表型的主要原因。WBS动脉的主要特征是壁厚增加，平滑肌细胞（SMC）和弹性蛋白层数增加，弹性动脉（尤其是升主动脉）局部狭窄（狭窄）。主动脉瓣上狭窄（SVAS）是一种仅限于弹性蛋白基因的常染色体显性杂合性断裂，可通过点突变、易位或缺失实现。16,17SVAS患者没有表现出WBS常见的认知、内分泌和代谢表型。然而，SVAS患者确实在弹性动脉结构缺陷和动脉SMCs过度增殖方面与WBS患者有相当大的重叠。18SVAS和WBS中观察到的血管缺陷统称为弹性蛋白动脉病，是由弹性蛋白单倍不足引起的疾病。

微小核糖核酸-29家族——表达和功能

MicroRNAs（miRNAs）是一类22-核苷酸非编码小RNA，通过转录后机制在调节基因表达中发挥重要作用。19miRNAs已被证明在心血管发育、生理和疾病中发挥重要作用。20,21,22microRNA-29（miR-29）家族由三个成员组成，由两个基因组双顺反子簇编码。23miR-29a和miR-29b1从一个簇共表达，miR-29b2和miR-29 c从另一个簇中共表达。所有miR-29家族成员都广泛表达，并且随着年龄的增长表达水平逐渐增加。miR-29家族成员共享一个保守的种子区，其预测靶点富含细胞外基质（ECM）蛋白和ECM蛋白酶，表明其在主动脉瘤的形态发生和组织重塑中的生理作用以及病理作用24和马凡综合征。25miR-29家族成员的特定ECM靶点包括原弹性蛋白、I型胶原（α1）（COL1A1）、I型胶原蛋白（α2。23

使用miR-29拮抗剂恢复弹性蛋白表达

Zhang等人使用人类皮肤成纤维细胞和血管平滑肌细胞，发现miR-29a/b/c模拟物的过度表达受到抑制，而miR-29抑制剂增加，原弹性蛋白mRNA和蛋白水平增加在体外.10miRNAs是基因表达的多功能调节器，已知单个miRNA靶向多种基因产物。19,20,22在miR-29中，不仅在原弹性蛋白中发现了保守的种子序列，而且在COL1A1、COL3A1和VEGF-A等中也发现了保守种子序列。事实上，Zhang等人发现miR-29的过表达降低了含有COL1A1、COL3A1和VEGF-A的3'UTR的荧光素酶报告质粒的活性。此外，人类血管SMC的孵育在体外在miR-29a抑制剂存在的15小时内，原弹性蛋白mRNA水平增加了5倍，但对COL1A1、COL3A1、纤维蛋白1、纤维蛋白酶2、纤维蛋白4、emilin1、赖氨酰氧化酶（LOX）、LOXL1或LOXL2基因表达几乎没有影响。鉴于COL1A1和COL3A1’UTR-荧光素酶报告子的抑制，以及之前关于miR29抑制剂增加心脏中COL1A1与COL3A水平的报道，这种反应的特异性令人好奇。23

特别有趣的是，作者随后将研究扩展到包括从SVAS患者中获得的肺动脉SMC，该SMC在原弹性蛋白基因第9外显子中插入，导致移码突变，导致第10外显子过早终止密码子。这种突变不会改变这些细胞的miR-29表达水平，但会导致一个完整等位基因产生的全长原弹性蛋白mRNA水平较低。用miR-29a抑制剂转染SVAS-SMC可增加原弹性蛋白mRNA的表达水平（3.5倍），同时相应增加分泌到培养基中或与细胞表面相关的原弹性蛋白的数量。对从两名WBS患者获得的皮肤成纤维细胞进行了类似实验，证实了弹性蛋白表达的单倍型。用miR-29抑制剂处理WBS细胞也增加了分泌到条件培养基中的原弹性蛋白mRNA和蛋白质的水平。

而这些在体外结果很有希望，弹性蛋白的功能形式不是分泌单体，而是与ECM中的微纤维支架结合的高度交联弹性蛋白聚合物。11,12解决是否增加原弹性蛋白表达的重要问题就其本身而言作者转向生物工程血管，认为这将导致弹性纤维含量和ECM膨胀性的功能性增加。接种有人血管平滑肌细胞的聚乙醇酸（PGA）支架在生物反应器中生长6周，添加或不添加miR-29a抑制剂，然后通过生化分析、电子显微镜（EM）和双向机械应力测试进行检测。在没有miR-29a抑制剂的情况下，ECM中几乎没有交联弹性蛋白纤维的迹象，只有低水平的细胞相关弹性蛋白可通过western blots检测到。相比之下，在miR-29a抑制剂存在下孵育6周后，ECM中出现交联弹性蛋白岛，显著增加了这些PGA生物工程血管在低压下的膨胀性。10

接下来的剩余问题

Zhang等人描述的结果10提出乐观的可能性，即miR-29抑制剂治疗可能为那些具有弹性蛋白单倍体表型的个体带来希望，因为动脉、肺、皮肤和其他组织中的膨胀性丧失会影响整体健康和生活质量。然而，在未来的研究中还需要解决一些问题，以更好地评估这种令人兴奋的可能性。

  1. 推进miR-29拮抗剂以提高ELN生成的一个主要问题是无意中刺激了已有条件的个体的组织纤维化。降低miR-29的功能水平将被预测为抑制各种胶原蛋白的表达并产生纤维化前表型。miR-29的减少已经与肝纤维化有关26，肺27，肾脏28和心脏23.
  2. 在之前的研究中，miR29拮抗剂可以预测胶原水平的增加，但对梗死心肌边缘区ELN的表达没有影响。23这些结果可能指向miR-29功能调节的其他可能的组织特异性水平体内.
  3. 目前尚不清楚是否增加了原弹性蛋白的合成和分泌就其本身而言将证明足以组装复杂的弹性纤维，并将其纳入ECM中，从而提高组织的整体灵活性、膨胀性和功能(图). Zhang等人研究的生物工程血管10正在生成ECM从头开始而围产期和成人组织已经形成了复杂的ECM。蛋白酶依赖性ECM转换的一些测量可能是基于miR29的治疗成功的先决条件。
  4. 同样，WBS和SVAS患者通常在疾病进展到临床意义后出现症状。在已确诊的疾病中增加弹性蛋白的表达是否足以刺激修复现有组织结构和恢复组织功能？
  5. 与所有miRNAs一样，miR-29具有多个mRNA靶点，可能存在潜在的副作用（非靶点效应）。例如，miR-29的其他预测靶点包括基质金属蛋白酶-2、血小板衍生生长因子受体-β和krüppel样因子-4(http://targetscan.org).
  6. 在慢性炎症或急性组织损伤修复的环境中，ECM降解蛋白酶大量表达，是否有足够量的新产生的原弹性蛋白在ECM中逃脱降解，达到足够的水平来恢复组织功能？
  7. 最后，有必要向受影响组织输送足够量的miR29抑制剂，以实现有效治疗。对于包括肺和弹性动脉在内的内脏器官来说，这可能是一种挑战。

总结

miR-29拮抗剂能够显著增加弹性蛋白单倍体表型个体细胞中原弹性蛋白的产生，这表明了一种潜在的有希望的方法，可以改善这些患者的临床表现。miRNAs作为生物调节剂的优点在于它们同时靶向多个mRNAs，从而将单个生物输入整合到多个基因靶点表达的协调变化中，以调节复杂的细胞表型，如迁移、分化或代谢。其中存在一系列潜在的并发症，需要进一步的研究来整理，以充分评估张和同事报告的结果的令人兴奋的前景。10

致谢

资金来源

作者得到了国立卫生研究院HL-93594和HL-19242以及西雅图西雅图儿童研究所的支持。

脚注

披露

无

工具书类

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