MicroRNA494介导脑缺血神经细胞周期进程阻滞的分子机制

We and other investigations suggested that the activation of nerve cell cycle following cerebral ischemia led to neuronal apoptosis, glial cell proliferation and the formation of glial scar. The cyclin-dependent kinases (CDKs) and cyclins jointly promoted the cell cycle progression. Our preliminary clinical trial found a new microRNA- miR-494, which involved in the occurrence of acute ischemic stroke. In our animal experiment, miR-494 could relieve cerebral ischemia injury through inhibiting CDK6, UBE2L6 and HDAC3,which suggested that miR-494 might play an important role in the regulation of cell cycle following cerebral ischemia. This project intends to verify the following hypothesis: ①miR-494 targetedly suppresses CDK6, and/or FGF16-Ras-ERK-MYC pathway, and/or PTEN-AKT-mTOR-S6k pathway; ②miR-494 targetedly inhibits UBE2L6, upregulates the HIF-1α expression in nerve cells, thereby increases the p21 and p27 protein levels and inhibits CDK2 activity; ③miR-494 targetedly represses HDAC3 and downregulates the CDK1 protein level. These all mediate the cell cycle arrest of neurons and astrocytes, reduce the neuronal apoptosis and glial scar formation, promote the recovery of neurological function and provide new targets for the treatment of ischemic stroke.

我们以及其他学者的研究均提示：脑缺血后神经细胞周期激活，导致神经元凋亡、胶质细胞增殖形成胶质瘢痕。细胞周期素依赖性激酶CDKs/细胞周期素cyclins共同促进细胞周期进展。我们前期临床试验发现了一个新的microRNA494参与了急性缺血性脑卒中的发生，动物实验发现其可以减轻脑缺血损伤，靶向抑制CDK6、UBE2L6、HDAC3，提示miR-494可能在脑缺血细胞周期调控中发挥重要作用。本项目拟验证假说：miR-494①靶向抑制CDK6、和/或FGF16-Ras-ERK-MYC通路、和/或PTEN-AKT-mTOR-S6k通路；②靶向抑制UBE2L6，上调神经细胞中的HIF-1α表达，进而上调p21和p27蛋白水平，抑制CDK2活性；③靶向抑制HDAC3，下调CDK1蛋白水平，介导神经元、星型胶质细胞细胞周期阻滞，减轻神经元凋亡和胶质瘢痕形成，促进神经功能恢复，为脑卒中治疗提供新靶点。

miRNAs广泛参与缺血性卒中的多种病理生理过程，是缺血性脑损伤潜在的治疗靶点。我们前期临床研究发现miR-494在急性缺血性脑卒中患者血浆、中性粒细胞和淋巴细胞中表达异常增高，动物实验发现其可以减轻脑缺血损伤。本课题研究进一步明确了miR-494在脑缺血损伤中的作用及分子机制。首先，我们通过分析miR-494在急性缺血性卒中患者外周血中性粒细胞、淋巴细胞和血浆中的表达变化，发现miR-494可能成为急性缺血性卒中的诊断标记物。进一步应用体内外实验证实了miR-494对脑缺血再灌注损伤的神经保护作用，其机制之一为miR-494-5p通过下调神经元内HDAC3的表达，促进组蛋白H3的乙酰化水平，降低神经元的凋亡，促进神经元的恢复（J Cereb Blood Flow Metab. 2019.）；进一步研究发现，miR-494-3p通过抑制HDAC2的表达，导致STAT4内含子区域或T-bet启动子区域的组蛋白乙酰化增加，增加其转录，导致T淋巴细胞向Th1方向极化增多从而参与了脑缺血后的神经功能损伤过程（Br J Pharmacol. 2020.）；此外，miR-494-3p靶向HDAC2调节多种基质金属蛋白酶的表达影响脑缺血后中性粒细胞的脑组织浸润，miR-494-3p还可通过靶向HDAC2调节N1/N2型中性粒细胞的表型转化发挥部分的神经毒性作用（FASEB J. 2020.）。综上，我们证明了miR-494参与急性脑梗死发生发展的多个过程，可作为急性脑梗死预测和预后的生物标记物，是急性脑梗死治疗的潜在靶点。