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循环肌浆miRNA一类新的生理和医学的骨

IF=9.

microRNA(miRNA)是靶向mRNA的小的非编码RNA,因此参与基因表达的转录后调控。一些miRNA在组织中广泛表达,而另一些miRNA是组织特异性的或组织富集的。miRNA可以被细胞释放并存在于各种生物流体中,包括血清和血浆。因此,测量循环系统中的miRNA可以提供关于起源组织或细胞的信息。肌浆miRNA被描述为横纹肌特异性的miRNA。它们的循环水平可以被测量,并被认为是生理和病理肌肉过程的新的生物标志物。本综述的目的是总结目前有关循环肌浆miRNA的知识,确定它们能提供的有关骨骼肌的信息类型,并确定如何将这些信息应用于研究和医学领域。

运动和恢复期间的循环肌浆miRNA

由于miRNA参与了基因表达的调控,它们可以参与肌肉对运动和训练的适应。在一个功能超负荷的小鼠模型中,肌肉中发现原发性转录物pri-mir-1-2、pri-mir-A-2和pri-mir-的增加,同时成熟mir-1和mir-A的减少。这是miRNA表达的第一次改变,这是对a型糖尿病的反应。肌肉负荷。在人体中也有类似的变化,阻力运动降低了骨骼肌中mir-1、mir-A或mir-B的表达水平,尽管在另一项研究中没有发现变化。相反,一次急性耐力运动(3小时的循环)引起了一个适度但显著的改变。因此,现在已经证实运动可以调节肌肉组织中的肌浆miRNA表达,尽管这种变化的生理意义是仍然不明确。

肌肉中的肌浆miRNA的改变是否会导致其循环水平的变化尚不清楚。运动中miRNA可以改变的第一个证据来自于一项研究,该研究检测了急性力竭运动(短增量循环)和9周耐力训练(划船)的效果。多种表达谱被描述为炎症或血管生成。但只检测到一个肌浆miRNA(mir-A),但没有发现变化。同样,在急性循环运动(60分钟,70%次Vo2MAX)中,只有miR-48在年轻男性中略有下降,14和4岁的运动员在4小时的循环试验中在70%VO2最大时血清中miR没有发生变化,显示耐力运动具有有限的效果。然而,一些研究一致报告在马拉松后或恢复期,血浆中mir-1、mir-A、mir-B、mir-、mir-B或mir-水平升高,这表明循环中的肌浆miRNA变化可能取决于运动类型。在一项比较运动方式对循环肌浆miRNA影响的研究中,测量了离心运动(下坡步行)或同心运动(上坡步行)后的血浆肌浆miRNA。我们发现只有偏心组的血浆肌浆miRNA增加,这与最大自愿性力量的显著减少有关,这是肌肉损伤的一个标志。因此,我们认为循环肌浆miRNA可能是运动性肌肉损伤的生物标志物。马拉松赛跑后,循环肌球蛋白和血清肌酸激酶(CK)活性水平持续升高,提示肌肉损伤,而在无任何偏心成分的延长循环后,miRNA和CK活性无增加。更高水平的心脏损伤或应激标志物(CK-MB、肌钙蛋白和ProBNP)在马拉松赛跑后被发现,提高了血清中发现的肌动蛋白的部分来源于心肌而不是骨骼肌的可能性。因此,心脏特异性mir-a的表达增加。然而,mir-b和mir-在骨骼肌中有特异性的表达,并且由于跑步所需的肌肉质量远高于心脏质量,骨骼肌对miRNA的贡献可能是最大、最重要的。

有证据表明运动可以调节循环中的肌浆miRNA水平,主要有两个生理假设。第一个研究表明,尽管肌浆miRNA的释放机制和生物学功能尚不清楚,但肌浆miRNA作为肌肉或心血管适应的介质被积极释放。第二个假设是肌浆miRNA以被动方式对肌肉损伤作出反应而释放(图1)。这一假说已在肌肉病理学领域得到探讨。

图1

循环肌浆miRNA与肌肉损伤

神经肌肉疾病

有学者首先提出组织特异性miRNA可以作为组织损伤的生物标记物,已有28种不同的应用被提出,miRNA已经被证明是肝或心脏损伤的可靠标记物。关于骨骼肌,最早的研究集中在动物模型和患有神经肌肉疾病的人类患者中的循环肌浆miRNA。Duchenne型肌营养不良症(dmd)是由肌营养不良蛋白基因突变引起的一种严重的神经肌肉疾病,其特征是肌肉的连续性变性和再生。Cacchiarelli等人报告DMD患者的血清miR-1、miR和miR-水平升高(高达倍),有趣的是,在轻度肌营养不良相关疾病,即贝克尔肌营养不良患者中,肌浆miRNA水平介于DMD患者和健康对照组之间。此外,研究调查并显示,在DMD动物模型(MDX小鼠)中,使用外显子跳跃策略(旨在恢复截短但功能性肌营养不良蛋白)治疗该疾病可以改善小鼠肌肉的组织形态学,并改善miRNA水平。因此,mir-1、mir-和mir-可能是肌肉营养不良和评价治疗结果的生物标记物。同样,在mdx鼠或狗模型的其他研究中发现高血清水平的DMD。

在比较不同的神经肌肉疾病模型时,Vignier等人在MDX小鼠中发现了一种常见的肌营养不良谱(miR-1、miRa、miRb和miR78)和两种小鼠的发病模型。最终,miR-a、miRb和miR在GRMD狗和DMD患者的血清中也增加,表明所有肌肉特异性miRNA都参与其中。因此,现在公认的是,严重的肌肉营养不良会导致血浆肌动蛋白的大量增加,但在中度营养不良中,如ullrich先天性肌营养不良、1型强直性肌营养不良或肢带肌营养不良,则有限制或无改变。血清中miR-1、miR和miR-与10名3岁至6岁的门诊患者的临床评分呈负相关,而在26名患者(4至13岁)中没有较大的差异。一个解释可能是肌肉质量随着纤维化和脂肪沉积在营养不良的肌肉中的演变而减少,从而减少肌肉细胞和释放的肌浆miRNA的数量。

由于肌原纤维和血清的肌浆miRNA谱之间的不一致性,肌浆miRNA被动地释放肌原纤维退化的假说一直被争论。miR-1和miR的水平较低,肌营养不良肌肉组织中的miR-水平高于健康肌肉组织,血清中的所有三个水平高于肌肉组织。类似地,无处不在的miRNA,如LIT-7家族成员,在肌肉组织中是丰富的。在DMD患者的血清中或相应的动物模型中没有升高。因此,单独的被动泄漏不能解释所报道的miRNA的分布,并且可能发生活性的分泌,可能是响应于局部炎症信号。本研究的作者认为miRNA可能通过纤维变性释放,通过纤维再生分泌,向邻近细胞发送信号。虽然这是违反直觉的,因为分泌通常通过胞外小泡发生,作者提出,这样的小泡在血浆中逐渐降解。此外,另一项研究发现dmd患者的外体和非外体部分都存在肌浆miRNA。这些数据表明需要更多的研究来确定被动渗漏或分泌对miRNA增加的贡献。

Duchenne型肌营养不良的特点是伴随骨骼肌和心脏营养不良,导致危及生命的心肌病和心力衰竭。由于大多数肌浆miRNA(mir-b和mir-除外)在心肌中表达,心肌组织可能对肌浆miRNA的高循环水平有显著贡献。这一事实得到支持,在急性(急性心肌梗死)和慢性(心力衰竭)心血管疾病中都发现了高血清肌醇水平。在DMD犬模型中,Jeansonleh等人发现高水平的循环mir-a(心脏特异性),尽管与心功能(左心室部分缩短)没有相关性。总之,虽然在dmd患者中,无法评估骨骼肌和心肌对miRNA的贡献,但是骨骼肌的贡献可能是至关重要的。

急性肌肉损伤

有关运动的文献表明,miRNA可能是健康人的运动性肌肉损伤(EIMD)的标志物。然而,偏心肌肉收缩本身的代谢或机械效应仍然是可能的。为了研究无收缩的急性肌肉损伤对miRNA水平的影响,我们研究了大鼠肌肉注射notexin(一种已知可引起大量肌纤维坏死的肌肉毒素)后血浆miRNA的变化。发现循环中的肌浆miRNA大量增加,可以有效区分受损和未受损的动物。伴随的肌纤维坏死和受损肌肉组织中肌浆miRNA的减少表明,受损肌纤维的被动释放可能是高循环的原因。血浆水平的升高最早在肌肉损伤后6小时开始,12小时达到高峰,24至48小时又降至正常水平。这种动力学不同于经典标记物,因此可以提供有关急性肌肉损伤的不同信息。例如,当CK活性持续升高很长一段时间时,肌浆miRNA可以帮助监测急性损伤过程的消退。

miRNA表达的另一个方面是肌纤维中肌浆miRNA的丰度可以根据肌肉表型的不同而不同。慢/氧化性肌肉中mir-、mir-b和mir-的表达水平较高,而快/糖酵解性肌肉中mir-1的表达水平较高。研究发现,比目鱼肌(慢型)损伤后血浆中mir-显著高于趾长伸肌(快型)损伤后的mir-。这表明,与ck活性不同,循环肌浆miRNA可以提供受损肌纤维表型的信息。综上,文献表明,循环肌浆miRNA是神经肌肉疾病、运动及其他疾病肌肉损伤的相关生物标志物。

目前还不清楚肌浆miRNA是否可以作为慢性毒性损伤的标志物,这一点值得更多的







































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