miRNAs: novel players in atherosclerotic processes
МикроРНК высоко консервативные однонитчатые некодирующие молекулы РНК, ~22 nt в длину, которые вызывают пост-транскрипционные эффекты на экспрессию генов, способствуя деградации мРНК мишени и, или ингибируя трансляцию мРНК [1]. Они осуществляют сложный и высоко контролируемый способ регуляции генов, потенциально участвуя почти во всех биологических процессах у млекопитающих и выполняя важную роль в здроровых и болезненных состояниях.
Атеросклероз (see Glossary) является хронической иммуно-воспалительной болезнью и ведущей причиной гибели во всем мире. Атеросклеротические повреждения прогрессируют от ранних жировых полосок до сложных легко повреждаемых бляшек, которые ответственны за острые последствия болезни. Патогенез атеросклероза является результатом взаимодействий между многими типами клеток сосудистой стенки и разнообразным набором воспалительных факторов, которые появляются в местах ранений с нарушенным ламинарным кровотоком. Принимая во внимание разнообразие лежащих в основе механизмов, неудивительно, что микроРНК появились в качестве дополнительной критической регуляторной сети, пересекающейся с клеточными и молекулярными механизмами, управляющими возникновением атеросклероза (Figure 1).
Figure 1.
miRNAs implicated in atherosclerotic processes. Positive/atheroprotective (in green frame) or negative/atherogenic (in red frame) effects of miRNAs on the atherosclerotic process are shown. Question marks next to miRNAs indicate controversial or contradictory evidence. miRNAs in bold are those reported to be regulated by blood flow/shear stress. LDL diffuses from the blood into the intima and undergoes oxidative modification. Oxidized LDL triggers the expression of leukocyte adhesion molecules by endothelial cells. The initial steps of atherosclerosis include adhesion of blood monocytes to the activated endothelium, their migration into the intima, their maturation into macrophages (or dendritic cells), and their uptake of lipid yielding foam cells. Although fewer in number than macrophages, other leukocyte subsets, such as T cells, also enter the intima and regulate cellular and humoral immune responses. Lesion progression involves the proliferation and migration of SMCs into the intima, as well as increased extracellular matrix protein synthesis, including collagen. Advanced lesions also exhibit intraplaque neovascularization and outward remodeling. Abbreviations: LDL, low-density lipoprotein; SMC, smooth muscle cell.
The role of miRNAs in atherosclerotic plaque initiation and progression
Накапливаются экспериментальные доказательства, указывающие, что клеточные и молекулярные процессы, связанные с развитием атеросклероза, испытывают влияние со стороны большого количества miRNAs.
Endothelial activation and inflammation
Индуцированная с помощью биохимических и биомеханических стимулов, ранняя фаза атеросклеротической болезни характеризуется активацией эндотелиальных клеток (ECs), экспрессирующих набор адгезивных молекул, таких как vascular cell adhesion molecule (VCAM)-1, intercellular adhesion molecule (ICAM)-1 и E-selectin. Некоторые miRNAs участвуют в регуляции воспалительного ответа в ECs (Figure 2). Напр., miR-31 и miR-17-3p непосредственно ингибируют tumor necrosis factor (TNF)-α индуцированную экспрессию E-selectin и ICAM-1, соотв., участвуя тем самым в негативной петле обратной связи, чтобы контролировать активацию EC [2]. miR-155 и miR-221/222 ингибируют angiotensin II-индуцированную воспалительную реакцию в ECs in vitro путем целенаправленного воздействия на транскрипционный фактор Ets-1 и его нижестоящие гены, включая VCAM-1 и monocyte chemoattractant protein (MCP)-1 [3]. Однако роль miR-155 в функции EC остается дискуссионной, поскольку было установлено она также непосредственно воздействует на мРНК endothelial nitric oxide synthase (eNOS) [4].
Недавние исследования на мышах и человеке подчеркнули важную роль miR-181b как супрессора воспалительной реакции эндотелия, как при остром (напр., сепсисе) и хроническом (напр., атеросклерозе) сосудистых болезненных состояниях [5, 6]. miR-181b ингибирует широкий круг к nuclear factor (NF)-κB-чувствительных генов, таких как VCAM-1 и E-selectin, путем целенаправленного воздействия на importin-α3, белок, необходимый для транслокации в ядро NF-κB [5]. Системная доставка miR-181b снижает активность NF-κB и образование атеросклеротических повреждений в аортальной дуге мышей, что сопровождается снижением количества повреждающих макрофагов и CD4+ T клеток [6]. Кроме того, чувствительные к цитокину miRNAs включают miR-146a и miR-146b, Которые ингибируют активацию эндотелия, способствуя экспрессии eNOS путем целенаправленного воздействия на РНК-связывающий белок HuR и путем репрессии индукции адгезивных молекул посредством целенаправленного действия на TRAF6 и IRAK1/2 [7]. Наконец, let-7g оказывает противо-воспалительные эффекты на ECs путем подавления transforming growth factor (TGF)-β и передачи сигналов silent information regulator 1 (SIRT1) [8]. В соответствии с этими наблюдениями, системная доставка с помощью лентивирусов let-7g ингибиторов усиливает экспрессию plasminogen activator inhibitor (PAI)-1 и индуцирует избыточный рост у мышей carotid intima-media слоя [8].
Известно, что сдирающие (shear) стрессы, вызываемые сложным гемодинамическим кровотоком, воздействуют на функцию кровеносных сосудов и вносят вклад в патогенез атеросклероза. Накапливаются доказательства, подтверждающие, что некоторые, базирующиеся на miRNA, регуляторные сети конвергируют с путями, индуцированного сдирающими стрессами воспаления и регулируют фенотип воспаленного эндотелия. Напр., miR-126 экспрессируется на высоком уровне в ECs и, как было установлено, in vitro супрессирует экспрессию VCAM-1 [9]. Эта miRNA, как было установлено, действует ниже Krüppel-like factor 2 (KLF2), чтобы управлять ангиогенезом, стимулируемым кровотоком [10]. Интересно, что эндотелиальные апоптические тела, несущие miR-126, были идентифицированы в качестве защиты от атеросклероза у мышей путем целенаправленного воздействия на RGS16, негативный регулятор CXCR4, и способствующий CXCL12-зависимой поставке клеток предшественников в эндотелиальную выстилку [11]. Пассажирской нити miR-126-5p, которая превращается из miR-126 дуплекса, также функциональна и участвует в контроле трафика лейкоцитов путем модулирования экспрессии ALCAM и SetD5 [12]. Нарушения кровотока также супрессируют miR-126-5p и способствуют образованию повреждений за счет стимуляции delta-like 1 homolog (Dlk1), негативного регулятора пролиферации EC [13]. В самом деле, воздействие miR-126-5p на кровток apolipoprotein E нокаутных (ApoE-/-) мышей воспроизводит восстановление пролиферации EC в ранимых местах и ограничивает распространение повреждения [13]. Интересно, что miR-126 индуцируется также с помощью Ets-1 и Ets-2, подтверждая механизм потенциальной негативной обратной связи, с помощью которого эффекты способствующих воспалению факторов, таких как TNF-α или angiotensin II, могут быть ограничены за счет противо-воспалительного эффекта miR-126 [14].
Др. регулируемая с помощью сдирающего стресса миРНК, miR-10a, была описана, как обладающая существенно более низкой экспрессией в регионах, чувствительных к атеросклерозу, в крупных сосудах свиней [15]. Эта miRNA была идентифицирована in vitro в качестве пост-транскрипционного ингибитора активации NF-κB за счет супрессии mitogen-activated protein kinase kinase kinase 7 (MAP3K7) и β-transducin repeat-containing (β-TRC) гена, двух факторов, участвующих в деградации IκBα [15]. Роль miR-10a в атеросклеротических повреждениях ещё предстоит выяснить. Недавнее исследование условий ламинарного тока, защищающих от атеросклероза, выявило miR-145, как репрессирующую экспрессию molecule-A в соединительных адгезиях, это увеличивало эндотелиальную межклеточную проницаемость и выход лейкоцитов из сосудов [16].
Напротив, miR-92a усиливает свою активность за счет пульсирующих сдирающих стрессов in vitro [17] и экспрессируется на более высоком уровне в регионах, чувствительных к атеросклерозу in vivo [18]. In silico предсказания и экспериментальные оценки демонстрируют, что двумя мишенями для miR-92a являются чувствительные к ламинарным токам транскрипционные факторы KLF2 [17, 18] и KLF4 [18]. Точнее говоря, miR-92a снижает мРНК KLF2 и KLF2-регулируемой экспрессии eNOS и thrombomodulin [17]. Более того, недавнее исследование показало, что oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) увеличивает экспрессию miR-92a преимущественно в областях с низким сдирающим стрессом, тогда как терапевтическое ингибирование miR-92a ослабляет активацию эндотелиального NF-κB aи ограничивает развитие атеросклеротических повреждений2 у мышей, частично за счет дерепрессии KLF2 и KLF4 [19]. Было также показано in vitro, что пульсирующие сдирающие стрессы вызывают адгезию моноцитов с ECs за счет стимуляции miR-663. Эта воспалительная реакция была ассоциирована с изменением экспрессии нескольких транскрипционных факторов, включая KLF4 [20]. Сходным образом, пульсирующие сдирающие стрессы вызывают устойчивую экспрессию miR-21 в human umbilical vein ECs (HUVECs), это способствует повышению активности activator protein-1 путем целенаправленного воздействия peroxisome proliferator-activated receptor α (PPAR-α), тем самым увеличивая шанс экспрессии VCAM-1 и MCP-1 [21]. Однако, это сообщение противоречит данным, подчеркивающими функцию защиты от атеросклероза miR-21 в HUVECs, подвергнутых воздействию однонаправленных сдирающих стрессов за счет снижения апоптоза и повышения фосфорилирования eNOS [22]. Экспрессия miR-712 , как и её гомолога у человека miR-205, также усиливается в регионах с нарушениями кровотока in vitro и in vivo. Эта miRNA стимулирует воспаление, проницаемость эндотелия и фрагментацию внеклеточного матрикса путем прямой репрессии tissue inhibitor of metalloproteinase (TIMP)-3, тогда как ингибирование miR-712 восстанавливает экспрессию TIMP-3 и снижает образование повреждений в ответ на частичную перевязку сонной артерии у ApoE-/- мышей [23]. Наконец, miR-217 индуцирует старение EC путем непосредственного ингибирования SIRT1 [24], защищающей от атеросклероза flow-induced anti-inflammatory деацетилазы, которая активирует eNOS и инактивирует NF-κB.
Недавнее исследование также подтвердило роль представленных примеров miRNA-обусловленной клеточной регуляции в активации и воспалении эндотелия. Сюда включены новые формы внутри- и межклеточных коммуникаций, таких как посредством микрососудов, экзосом и липопротеинов (Box 1).
Box 1
miRNA extracellular release and transport in atherosclerosis
Immune activation
Иммунитет является главным вкладчиком в атеросклероз. Он обеспечивается с помощью компонентов врожденной иммунной системы, таких как макрофаги и дендритные клетки, а также адаптивной иммунной системы, таких как Т лимфоциты.
Макрофаги играют центральную роль в патофизиологии атеросклероза посредством как поддержания гомеостаза липидов в стенках сосудов и контроля воспалительных реакций. miRNAs участвуют в биологии макрофагов путем регуляции их дифференцировки из клеток предшественников и модификации их способности к воспалению, осуществляя тем самым выраженные эффекты во время эволюции бляшек. Напр., мультифункциональная миРНК, miR-155, индуцируется в макрофагах атеросклеротических регионов ApoE-/- мышей и супрессии B cell leukemia/lymphoma 6 (BCL6), транскрипционного фактора, который противодействует активации NF-κB [25]. В соответствии с этими находками, ApoE-/- мыши с дефицитом в костном мозгу miR-155 обнаруживают пониженную воспалительную реакцию макрофагов, повышенную утечку холестерола из макрофагов и уменьшение размера повреждения [26]. Напротив, у нокаутных по LDL рецептору (LDLR-/-) мышей, костный мозг с дефицитом miR-155 усиливает атеросклероз путем генерации фенотипа макрофагов, более способствующего воспалению [27]. Итак, эти данные подчеркивают важность miR-155 для регуляции пути передачи воспалительных сигналов клона макрофагов, эффект, который может отражать действие miR-155, зависимое от стадии атеросклероза, на её гены мишени в ответ на условия повышенного содержания липидов, наблюдаемого у ApoE-/- and LDLR-/- мышей.
Пути передачи сигналов Toll-like receptor (TLR) чрезвычайно активны в атеросклеротических бляшках человека и способствуют атеросклерозу. Некоторые miRNAs, как было установлено, оперируют в регуляции с помощью негативной обратной связи, чтобы мешать воспалению в ответ на активацию TLR, понуждая к исследованию их функций как противо-атеросклеротических медиаторов сосудистых болезней. Напр., miR-146a и miR-146b индуцируются в макрофагах зависимым от NF-κB способом и участвуют в разрешении воспаления, ограничивая передачу сигналов TLR и цитокинов [28]. Сходным образом, miR-147 ослабляет ассоциированные с TLR сигнальные события в макрофагах с помощью негативной обратной связи [29], тогда как miR-21 репрессирует различные компоненты передачи сигналов NF-κB во время TLR-обусловленной активации человеческих моноядерных клеток периферической крови [30]. Интересно, что существуют сходные противоречия относительно её действия в ECs [21,22], miR-21 может способствовать TLR-обеспечиваемой активации NF-κB [31]. Поскольку роль in vivo miR-21 в формировании атеросклеротических повреждений не установлена, можно предположить, что на ранних фазах индукция miR-21 может способствовать воспалению, тогда как на поздних стадиях она может облегчать устранение воспаления, поддерживая тем самым гомеостаз иммунного ответа.
Др. miRNAs участвуют в регуляции реакции макрофагов на воспалительные стимулы. Напр., избыточная экспрессия miR-125b индуцирует активированный фенотип в макрофагах и увеличивает их чувствительность к interferon (IFN)-γ, эффект, вызываемый за счет супрессии с помощью miR-125b IFN regulatory factor 4 (IRF4) [32]. Интересно, что во время ранних ст. атеросклероза наиболее значительно индуцируемой miRNA является miR-342-5p, которая экспрессируется в поврежденных макрофагах [33]. miR-342-5p усиливает медиаторы макрофагов, способствующие воспалению, такие как inducible nitric oxide synthase (iNOS) и IL-6, путем супрессии Akt1-обеспечиваемого ингибирования экспрессии miR-155. Соответственно, ингибирование miR-342-5p снижает образование атеросклеротических повреждений у ApoE-/- мышей [33].
Поглощение липопротеинов макрофагами, как полагают, является одним из самых ранних патогенетических событий в возникающих бляшках и это приводит к образованию ксантоматозных клеток. miR-125a-5p и miR-146a, как было установлено, снижают поглощение липидов и высвобождение цитокинов в oxLDL-стимулированных макрофагах, частично путем целенаправленного воздействия на гены oxysterol binding protein-like 9 и TLR4, соотв., подтверждая, что они могут играть защитную роль против развития атеросклероза [34,35]. Сходным образом, избыточная экспрессия miR-155 снижает поглощение липидов в линии клеток моноцитов и в происходящих из первичных моноцитов дендритных клетках in vitro [36]. Однако, в первичных макрофагах от атеросклеротичных ApoE-/- мышей, miR-155, как было установлено, усиливает образование oxLDL-индуцируемых ксантоматозных клеток путем целенаправленного воздействия на HMG box-transcription protein 1 [37]. Более того, инъекции anti-miR-155 мышам ApoE-/- эффективно снижают накопление нагруженных липидами макрофагов в повреждениях и образование аортальных атеросклеротических бляшек [37]. Наконец, экспрессия miR-155 была достоверно выше в CD14+ моноцитах от пациентов с болезнью коронарных артерий, чем от здорового контроля, это указывает на то, что miRNA потенциально связаны с миелоидной мишенью в атеросклеротических условиях.
Некоторые исследования также подтвердили важную роль miRNAs в регуляции поляризации макрофагов, критического компонента воспалительной реакции. Напр., miR-124 играет ключевую роль в ингибировании активации макрофагов, в искажении их поляризации от способствующего воспалению M1 в направлении противо-воспалительного M2 фенотипа, частично путем целенаправленного воздействия на транскрипционный фактор C/EBP-α [38]. Более того, дефицитные по miR-223 макрофаги обнаруживают усиление M1 и снижение M2 биомаркеров поляризации, подтверждая супрессивный эффект этой miRNA на активацию способствующих воспалению макрофагов, частично за счет целенаправленного действия на белок Pknox1 [39]. Сходным образом, miR-125a-5p снижает проявление M1 фенотипа, индуцируемого с помощью липосахарида (LPS), но способствует экспрессии маркеров M2, индуцируемых с помощью IL-4 [40]. Напротив, miR-155, как было установлено, индуцирует M1 поляризацию путем целенаправленного воздействия на C/EBP-β [41]. Кинетика экспрессии miRNA ассоциирует с M1/M2 поляризацией в атеросклеротических бляшках и нуждается в дальнейшем исследовании.
Др. иммунные клетки, такие как дендритные клетки и Т клетки (преимущественно type 1 T helper клетки), также присутствуют в ходе всей естественной истории развития бляшек и, как полагают, играют важную роль в атерогенезе. Некоторые исследования подчеркивают, что miRNAs играют важные роли в их функции. Обычно, miR-181a ослабляет oxLDL-индуцированную иммунную воспалительную реакцию путем целенаправленного воздействия на транскрипционный фактор c-Fos и снижает созревание молекул клеточной поверхности дендритных клеток, включая CD40 и CD83 [42]. Кроме того, активация T клеточного рецептора (TCR) усиливает экспрессию miR-146a, это защищает T клетки от гибели и контролирует становление реакции Т клеток путем целенаправленного воздействия, соотв., на про-апоптический фактор Fas-ассоциированного домена гибели и NF-κB медиаторы TRAF6/IRAK1 [43]. В соответствии с последними находками, T клетки, лишенные miR-146a, гипер-активируются к стимуляции антигенов и склонны индуцировать T клетками обеспечиваемую воспалительную болезнь [43].
Cholesterol homeostasis
Избыток LDL холестерола в кровообращении приводит к повышенному накоплению его под эндотелием и к его локальной оксидативной и ферментативной модификации, вызываемой иммунным ответом резидентных и рекрутированных иммунных клеток, вызывая хроническое воспалительное окружение, способствующее росту бляшек. Некоторые, концентрирующиеся в печени miRNAs продемонстрировали важные функциональные свойства в гомеостазе липопротеинов. miR-122, экспрессируется преимущественно в печени, играет критическую роль в регуляции метаболизма липидов, контролируя активацию AMPK, синтез холестерола и секрецию липопротеина [44]. Печеночная miR-27b также регулирует экспрессию многих ключевых метаболических генов, которые участвуют в патобиологии связанных с липидами нарушений [45]. Наконец, избыточная экспрессия miR-30c снижет гиперлипидемию и ослабляет атеросклероз у ApoE-/- мышей путем целенаправленного воздействия на microsomal triglyceride transfer protein (MTTP), ключевой белок для эффективной печеночной сборки very low-density lipoprotein (VLDL) и ApoB-содержазих липопротеинов [46].
Способность к эманации холестерола важна для поддержания гомеостаза холестерола и представляет собой мощный предсказатель атеросклероза у людей. miR-33a и miR-33b, как было установлено, действуют как пост-транскрипционные ингибиторы экспрессии ATP-binding cassette A1 (ABCA1) и ABCG1 в макрофагах, приводя к снижению оттока холестерола во фракцию high-density lipoprotein (HDL) [47, 48, 49, 50]. Воздействие anti-miR-33 олигонуклеотидами увеличивает экспрессию ABCA1 и ABCG1, усиливая тем самым отток холестерола и регрессию атеросклеротических бляшек у LDLR-/- мышей [51]. Последующее исследование не человекообразных приматов показало, что антисмысловые олигонуклеотиды, воздействующие на miR-33a/b, эффективно увеличивают HDL холестерин и снижают VLDL-ассоциированные триглицериды путем индукции экспрессии ABCA1 [52, 53]. Механистически эти miRNAs, как было установлено, регулируют ключевые гены, участвующие в метаболизме жирных кислот и передаче сигналов инсулина [54]. Интересно, что ингибирование miR-33 как недавно было установлено преодолевает вредные эффекты гипергликемии на регрессию бляшек у атеросклеротичных мышей после того, как липиды плазмы были активно снижены [55]. Более того, долговременная терапия anti-miR-33 существенно снижала прогресс атеросклероза независимо от уровня в плазме HDL-холестерина [56]. Однако, продолжительное anti-miR-33 лечение неспособно поддерживать повышенный уровень в плазме HDL и не предупреждает прогрессирование атеросклероза у LDLR-/- мышей [57]. Кроме того, ингибирование miR-33 повышает секрецию VLDL-триглицеридов в кровообращение, эффект, обеспечиваемый с помощью целенаправленного воздействия miR-33 на экспрессию чувствительного к N-ethylmaleimide фактора печени, ключевого белка в доставке VLDL пузырьков [58]. Наконец, генетическая потеря miR-33 или долговременное воздействие anti-miR-33 усиливает тучность, вызываемую диетой с повышенным содержанием жира и с печеночным стеатозом у мышей [59, 60].
Некоторые др. miRNAs также модулируют отток холестерина в макрофагах и др. типах клеток, демонстрируя, что регуляция HDL с помощью miRNAs, скорее всего, комплексная. В недавнем исследовании miR-302a, как было установлено, супрессирует ABCA1, тогда как anti-miR-302a воздействие ослабляет прогрессирование атеросклероза у мышей [61]. miR-10b также прямо репрессирует ABCA1 и ABCG1, и негативно регулирует отток холестерола из нагруженных липидами макрофагов [62]. Сходным образом, miR-27 [63], miR-144 [64, 65], miR-145 [66, 67], miR-223 [68] и miR-758 [69] пост-транскрипционно регулируют отток из клеток холестерина к apolipoprotein A-I за счет супрессии экспрессии ABCA1. Более того, miR-26 супрессирует др. гены, участвующие в мобилизации холестерина помимо ABCA1, такие как ADP-ribosylation factor-like 7, белок межклеточного транспорта, которые перемещает холестерин на мембрану для удаления с помощью ABCA1 в ответ на активацию liver X receptor (LXR) сигнального пути ядерного гормона [70]. Недавно, коэнзим Q10, как было установлено, ингибирует activator protein-1 и снижает экспрессию miR-378, это увеличивает экспрессию ABCG1 в макрофагах мышей и человека и тем самым облегчает отток холестерина из макрофагов in vitro и in vivo [71].
Избирательное потребление HDL холестерина в печени является жизненно важной финальной ступенью обратного транспорта холестерина, оно обеспечивается с помощью очищающего рецептора B-I, который обладает активностью по защите от атеросклероза. В этом контексте miR-96, miR-185 и miR-223, как было установлено, репрессируют печеночный очищающий рецептор B-I, предоставляя дополнительный важный регуляторный механизм, модулирующий транспорт HDL холестерина [68, 72].
Vascular smooth muscle cells
В здоровых артериях медиальные smooth muscle cells (SMCs) специализированы, чтобы поддерживать дифференцированный сократительный фенотип. В ответ на сигналы от сосудистых повреждений или воспаления, SMCs де-дифференцируются и принимают синтетический фенотип. Критические регуляторы поддержания зрелого SMC фенотипа включают транскрипционный фактор serum-response factor (SRF), SRF-ассоциированные ко-активаторы, такие как myocardin и эффекторы передачи сигналов TGF-β, тогда как расстворимые факторы, такие как platelet-derived growth factor (PDGF), способствуют де-дифференцировке SMCs. Накапливаются исследования, указывающие, что многие miRNAs играют центральную роль в механизмах предопределения SMC фенотипа. Кластер miRNA, содержащий miR-143 и miR-145, наиболее многочисленных SMC miRNAs, является ключевым игроком в дифференцировке SMC путем усиления экспрессии миокардина [73]. Дефицит этих miRNAs приводит к неподобающей пластичности SMC и способствует фенотипическому переключению с контрактильного на пролиферативное, миграторное состояние посредством регуляции гена angiotensin-конвертирующего энзима [74]. Myocardin, как было установлено, ингибирует также миграцию SMC посредством индукции miR-24 и miR-29a, и последующего ингибирования PDGF-β [75]. Более того, oxLDL-обработанные SMCs человека, трансфицированные miR-195 предшественником, обнаруживают пониженную пролиферацию, миграцию и секрецию провоспалительных цитокинов, эффект, частично обеспечиваемый репрессией miR-195 регулятора клеточного цикла Cdc42 [76]. miR-638, др. miRNA мощно экспрессирующаяся в человеческих SMCs, ингибирует пролиферацию и сиграцию человеческих SMC путем целенаправленного воздействия на орфановый ядерный рецептор NOR1, критический регулятор, участвующий в атеросклерозе [77]. Сходным образом, избыточная экспрессия miR-663 усиливает экспрессию генов маркеров дифференцировки SMC и сильно ингибирует PDGF-индуцированную пролиферацию и миграцию SMC [78]. Др. miRNAs, которые способствуют приобретению контрактильного фенотипа SMCs, включают miR-133 [79] и miR-424 [80]. Напротив, miR-221, экспрессируемая после стимуляции PDGF, снижает дифференцировку и усиливает пролиферативную способность SMCs посредством подавления c-Kit и p27Kip1, соотв. [81]. Нокдаун miR-221 и miR-222 приводит к снижению пролиферации SMC in vitro и in vivo [82]. Др. miRNAs способствуют переключению на синтетический фенотип, включая miR-26a [83] и miR-146a [84].
Сходным образом, происходящие из моноцитов макрофаги, intimal SMCs экспрессируют рецепторы очистители, которые облегчают потребление липидов и образование ксантомных клеток. oxLDL рецептор LOX-1, который играет важную роль в атерогенном процессе путем обеспечения интернализации oxLDL в клетки и индукции фенотипа, способствующего воспалению, супрессируется с помощью let-7g в SMCs аорты человека [85]. В самом деле, уровни в кровообращении let-7g снижены у людей с гиперхолестеролемией, указывая на потенциальную взаимосвязь между let-7g и гиперлипидемией [85].
The role of miRNAs in atherosclerotic plaque rupture
Склонность к разрыву легко повреждаемых бляшек, обозначаемых как thin-cap фиброатеромы, обычно ассоциирует с присутствием высокого содержания воспалительных клеток и крупной некротической сердцевиной, покрытой тонкой фиброзной шапочкой (Figure 3).
Fibrous cap thinning
Ранимые бляшки обнаруживают доказательства гибели SMC и снижения количества SMCs в фиброзных шапочках, подтверждая, что терапевтическая стабилизация уже существующих бляшек д. использовать SMCs в качестве первичной мишени. Стимуляция экспрессии miR-21 ингибирует виды реактивного кислорода, индуцируемые апоптозом и гибелью SMC [86]. Более того, обработанные с помощью miR-126, артерии мышей обнаруживают повышенные количества SMCs в интиме, более высокое содержание коллагена и уменьшение апоптических клеток, согласующееся с более стабильным фенотипом бляшек [11]. Способствование контрактильному фенотипу SMC может приводить к усилению целостности фиброзной шапочки. В этом контексте избыточная экспрессия miR-145 в SMCs уменьшает объем бляшек у ApoE-/- мышей и увеличивает признаки стабильности бляшек, такие как увеличение содержания коллагена и области фиброзной шапочки, способом, согласующимся с содействием фенотипу молчащих SMC [87]. Следовательно, стимуляция miR-143/145 может не только снижать пролиферацию SMC на инициальной стадии атеросклеротических бляшек, но и стабилизировать фиброзную шапочку у более продвинутых бляшек. Более того, IFN-γ мешает целостности фиброзной шапочки путем ингибирования способности SMCs экспрессировать гены, кодирующие проколлагены. В этом отношении, miR-29 непосредственно репрессирует продукцию IFN-γ путем целенаправленного воздействия на мРНК IFN-γ [88].
Происходящая из макрофагов matrix metalloproteinases (MMPs) играет критическую роль в фиброзной шапочке, истончая и дестабилизируя бляшки. Показано, что подавление miR-24 усиливает апоптоз макрофагов и протеолитическую активность MMP-14, содействуя прогрессированию атеросклеротических бляшек и характеристик, ассоциированных с нестабильностью бляшек [89]. Наконец, miR-29 репрессирует экспрессию генов мишеней, которые кодируют белки ВКМ и тем самым сенсибилизируют аорту к образованию аневризмы, при этом воздействие ингибитора miR-29 усиливает синтез матрикса [90].
Necrotic core
Усиление апоптоза макрофагов и SMC является главной причиной образования некротического ядра и экспансии. Пути индукции стресса эндоплазматического ретикулума являются прежде всего реакцией на неупакованные белки, вносят вклад в гибель макрофагов и последующий некроз в сформированных атеромах. В этой связи, miR-155 участвует в индукции апоптоза макрофагов в ответ на специфические стимулы [91], тогда как некоторые miRNAs проявляют себя как регуляторы реакции на неупакованные белки [92]. Во время продвинутого атеросклероза очистка от дефектных апоптических клеток с помощью активированных макрофагов осуществляется посредством процесса efferocytosis, приводящего к накоплению апоптических клеток, задержке устранения воспаления и экспансии некротического ядра. Повышение в макрофагах miR-21 способствует efferocytosis и супрессирует реакцию врожденного иммунитета [93]. Более того, кристаллы холестерина в некротическом ядре, помимо своего непосредственного влияния на прорыв фиброзной шапочки, могут запускать воспалительный каскад посредством активации NLRP3 воспалительных телец, что еще больше способствует нестабильности атеросклеротических бляшек. miR-223, как было установлено, является негативным регулятором NLRP3 воспалительных телец и продукции IL-1?, предупреждая тем самым ассоциированный воспалительный ответ [94].
Other advanced lesion characteristics
Внутри более продвинутых бляшек, происходящий из EC ангиогенез приводит к новым сосудам, проникающим в интиму, процесс тесно связанный с ростом, дестабилизацией и разрывом бляшек. miRNAs могут действовать или как про-ангиогенные или анти-ангиогенные факторы [95], и могут тем самым изменять характеристики повреждений. Однако, их роль в контексте атеросклероза не охарактеризована. Более того, сосудистый регионы с повреждениями, связанными с разрывом бляшек, обнаруживают расширяющийся процесс ремоделирования. Некоторые исследования демонстрируют функциональную роль miRNAs в ремоделировании сосудов [96], отражая модулирование функции miRNA ECs, SMCs, и лейкоцитов, основных клеточных игроков, контролирующих ремоделирование. Др. общим свойством прогрессирования бляшек является фокальная кальцификация атеросклеротических повреждений. В этом контексте некоторые исследования обнаруживают участие miRNAs в разных аспектах минерализации SMC, в качестве новых связей в механизмах кальцификации сосудов. Напр., miR-125b участвует в кальцификации сосудов in vitro и in vivo, по крайней мере, частично путем целенаправленного действия на транскрипционный фактор остеобластов SP7 [97].
Plaque erosion
Поверхностная эрозия бляшек объясняет приблизительно 25% случаев острого коронарного синдрома. Хотя отсутствуют определенные морфологические признаки для бляшек, склонных к эрозии, такие бляшки обычно обладают de-endothelialization и накоплением протеогликанов, включая версикан. Миокардин, как было установлено, одновременно супрессирует экспрессию гена версикана и способствует дифференцировке SMC путем индукции транскрипции miR-143 [98]. В том же самом контексте, miR-712 активирует ADAMTS4 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs 4) путем снижения экспрессии TIMP-3, приводя к фрагментации версикана [23]. Более того, апоптоз эндотелия, скорее всего, вносит вклад в потерю EC, это может обнажать поверхность ВКМ, что д. потенциально стимулировать образование тромбов благодаря прилипанию и агрегации тромбоцитов. Интересно, что тромбоциты могут удаленно модулировать апоптоз ECs путем высвобождения miR-223-содержащих микропузырьков, которые потребляются ECs и вызывают образование продвинутых конечных продуктов гликозилирования (glycation) [99].
miRNA-directed diagnostics and therapeutics in atherosclerosis
Новые и надежные биомаркеры атеросклероза и стабильности бляшек настоятельно необходимы. miRNAs сегодня используются как биомаркеры при широком диапазоне сердечно-сосудистых нарушений, включая атеросклеротическую болезнь. Источники внеклеточных циркулирующих miRNAs разнообразны и может быть ассоциированы с активной секрецией посредством микропузырьков или клеточной гибели. Циркулирующие miRNAs обладают многими свойствами, которые делают их обнадеживающими кандидатами на рольбиомаркеров: они удивительно стабильны и обнаружимы в легко доступных внеклеточных жидкостях, таких как кровь и моча, с помощью специфических техник. Более того, изменения их экспрессии часто ткане- и болезнь-специфичны.
Пациенты с болезнью коронарных артерий обнаруживают пониженные уровни в плазме miR-17, miR-92a, miR-126 и miR-181b, которые экспрессируются в ECs, miR-145, которые экспрессируются в SMCs, и miR-155, которые экспрессируются в моноцитах, макрофагах и активированных т клетках [6, 100]. В контексте разрыва бляшек идентифицирован определенный набор экспрессии miRNA в плазме пациентов с острым коронарным синдромом [101]. Предполагается, что комбинация многих miRNAs в профиле miRNA может предоставлять более значительную аккуратность, чем можно было ожидать от оценки одиночной miRNA.
Фармакологические воздействия на неправильно регулируемые miRNAs это многообещающая концепция с необычным терапевтическим потенциалом. Множественность miRNA мишеней позволяет miRNAs обходить механизмы, которые делают клетки или ткани нечувствительными к определенным лекарствам. Напр., клетки могут развивать нечувствительность к одиночным лекарствам благодаря редким мутациям в мишенях для лекарства или десенсибилизируя рецепторы клеточной поверхности. Такие механизмы вряд ли снизят чувствительность к базирующейся на miRNA терапии, которая нацелена на несколько ступеней в болезненном пути путем параллельного модулирования множественных нижестоящих медиаторов передачи сигналов. Привлекательным терапевтическим подходом может быть доставка кассеты miRNA имитаторов или ингибиторов, чтобы облегчить 'тонкую настройку' специфических стадий прогрессирования атеросклероза. Терапия, базирующаяся miRNA ингибиторах, таких как локальные нуклеиновые кислоты, antagomirs и miRNA sponges, или miRNA mimics сегодня разрабатываются, чтобы репрессировать патологические miRNAs или избыточно экспрессировать защитные miRNAs, соотв.
Хотя большинство терапий с помощью miRNA всё ещё находится в преклинических испытаниях, две дошли до клинического испытания. Первая на miRNA-нацеленная терапия запирает базирующийся на нуклеиновых кислотах анти-смысловой miR-122 ингибитор (miravirsen), как было установлено, снижает уровни РНК вируса гепатита С у пациентов с хронической инфекцией гепатита С [102], тогда как один из базирующихся на липосомах имитатор miR-34 (MRX34) вступил в клиническую Phase I испытаний у пациентов с прогрессивным раком печени [103]. Заместительная miRNA терапия и anti-miRNA олигонуклеотиды может оказаться более эффективной в печени и почках, но многие дополнительные периферические ткани, такие как сосуды и сердце, также успешно подвергаются целенаправленному воздействию с использованием доступных на сегодня подходов.
Хотя очевидно, что некоторые miRNAs оказывают важное регуляторное воздействие на атеросклеростический процесс in vivo, остается неясным, каков вклад индивидуальных miRNAs. Более того, в большинстве исследований на животных фенотипические эффекты ингибирования miRNA были изучены только в интересующей ткани мишени, и это может привести к пропуску побочных или даже противоположных эффектов miRNAs на др. ткани, стадии или в ответ на разные патофизиологические стимулы. Принимая во внимание, что только небольшое число miRNAs являются ткане-специфичными, доставка miRNA имитаторов или ингибиторов к мишеням скорее, чем системный способ доставки может представить новую возможность для предупреждения развития атеросклероза. Среди растущего количества инструментов и животных для изучения роли miRNAs в сложных биологических системах, таких как животные модели, которые воспроизводят нестабильность бляшек, обнаруживаемую у людей [104],в будущем мы окажемся способными получить более широкую и детальную картину роли этих регуляторных молекул на специфических ст. формирования атеросклеротических повреждений.
Concluding remarks
Accumulating evidence indicates that numerous miRNAs, which participate in positive as well as negative regulatory loops and may function as hierarchical networks rather than as individual regulators, play a pivotal role in atherosclerotic disease processes in cell cultures and animal model experiments (Table 1). The list of miRNAs targeting the various aspects of atherogenesis is rapidly increasing and will likely expand to include miRNAs targeting additional genes. An avenue that remains to be elucidated is the contribution and roles of other emerging noncoding RNAs, including long noncoding RNAs, in the development of atherosclerosis and their interaction with miRNAs [105]. Although many questions remain (Box 2), recent biological insights and experimental progress in understanding the impact of miRNAs on the mechanisms of atherosclerosis and its complications may pave the way for the use of miRNA-based strategies in the management of this disease.
