レビュー記事

汎血管疾患における非コードRNAの機能的役割

340 回視聴

DOI:

10.3791/69356

2025年12月23日

この記事について

サマリー

本研究は、基礎的、臨床的、トランスレーショナルな医学研究の観点から、近年の汎血管疾患におけるncRNAの研究進展を詳細にレビューすることを目的としています。

要約

汎血管疾患は多全身性血管疾患の一種であり、主に動脈硬化性血管病変が一般的な病理的特徴として特徴づけられ、心血管疾患、脳血管疾患、末梢血管疾患などが含まれます。非コードRNA(ncRNA)、特にマイクロRNA、ロングノンコードRNA、環状RNAがさまざまな汎血管疾患に関与する重要な役割は、十分に研究されています。最近の研究では、これらの調節RNA分子が血管内皮機能、炎症反応、アポトーシス、増殖などの病態生理過程を調節することで、汎血管疾患のメカニズムに関与していることが示されています。しかし、現在、汎血管疾患におけるNCRNAの研究進展に関する系統的レビューはありません。したがって、汎血管疾患におけるncRNAの重要性について包括的かつ体系的な議論を提供するために、本研究は、汎血管疾患における最近のncRNA研究を基礎的、臨床的、翻訳的視点から包括的に総合的にまとめ、その特定の生物学的役割と病原性メカニズムを明らかにすることを目指します。本レビューは、汎血管疾患におけるncRNA標的治療の改善に寄与します。

概要

汎血管疾患(PVD)は、心臓、脳、腎臓、四肢、大動脈1などの重要な臓器に影響を及ぼす内皮機能障害を特徴とする全身性血管障害です。この包括的な定義は、小血管疾患、微小血管疾患、静脈疾患だけでなく、腫瘍、糖尿病、免疫疾患に関連する血管疾患も含みます影響を受けた部位によっては、PVDは冠動脈疾患(CAD)、脳血管疾患、末梢動脈疾患、または2つ以上の血管床に影響を及ぼす多血管疾患として現れることがあります(図1)。不健康な食生活、座りがちな行動、喫煙などの一般的な生活習慣リスク要因を考慮すると、高血圧、脂質異常、糖尿病、肥満の発生率が増加しており、PVDの有病率が毎年増加しています。

現在、PVDの予防および管理システムは最適とは言えません。診断および治療アプローチは主に単一血管疾患の研究結果から導かれます。多血管疾患に関する研究が不十分なため、治療は局所的な動脈硬化疾患に用いられる二次予防戦略やリスク管理の目的に依存することが多いです。臨床現場では、PVDの管理は循環器学、神経学、血管外科、介入医学などの専門分野に分散しており、疾患周期全体にわたる統合的かつ多職種的な連携が欠けた専門的なアプローチが用いられています。PVDの病因学的メカニズムは、内皮機能障害、慢性炎症、血管平滑筋細胞(VSMC)の移動および増殖に関わる(図2)。研究者たちは、これらのメカニズムに介入して疾患の進行を遅らせる経路や因子を積極的に探求しています。近年、バイオインフォマティクスの登場により、非コードRNA(ncRNA)が心血管疾患における主要な検出器および調節因子として浮き彫りになりました。PVDにおいて、ncRNAはさまざまなメカニズムを通じて重要な役割を果たします。

従来のタンパク質バイオマーカーやゲノムDNA解析と比較して、ncRNAは汎血管疾患の研究において明確な利点を提供します。発現はしばしば組織特異的であり、疾患状態に応じて動的に変化できるため、病理学的過程をより正確に捉える窓口を提供します。さらに、血液や血漿などの細胞外液体における驚くべき安定性により、低侵襲の診断および予後バイオマーカーとして非常に適しており、血管樹全体にわたる統合的なリスク評価の潜在的なツールを提供します。ncRNAの翻訳の可能性は急速に拡大しており、特にRNA編集のような新興分野で顕著です。設計されたncRNAは、ガイドRNAであると同時にエディターの配達システムの構成要素として機能し、編集効率、安定性、精度を相乗的に向上させます。しかし、ほとんどのプログラムは前臨床または初期臨床段階にとどまっており、 生体内 での投与、投与量最適化、編集性能と安全性の包括的な評価などの課題はさらなる解決を必要としています。

レビューと展望

1. ncRNAの構造と機能

ヒトゲノムプロジェクトは、ヒトゲノムのうちタンパク質をコードしているのはわずか1.5%であり、その大多数はかつて「機能的」とされていたことを明らかにしました1。ENCODEのような後続プロジェクトでは、この非コードDNAの大部分がmiRNA、lncRNA、circRNAなどの非タンパク質コードRNA(ncRNA)に転写されることが確立されました。ハイスループットシーケンシングの進歩により、これらの機能的ncRNAの発見が促進され、研究の新たな時代が幕開けされました。ncRNAと心血管疾患の研究は主にmiRNA、lncRNA、circRNA1に焦点を当てています。さらに、ncRNAは長さによって長ncRNA(lncRNA、200塩基以上)と短いncRNAに分類されます。lncRNAの合成は、RNAポリメラーゼIIによってメッセンジャーRNA(mRNA)に類似した転写とスプライシングを通じて媒介される過程であり、転写レベルで根本的に調節されています。lncRNAはクロマチン構造と機能、遺伝子転写、RNAのスプライシングや翻訳をDNA、RNA、タンパク質との相互作用を通じて調節します。さらに、lncRNAは小器官や核凝縮体の形成および機能的調節にも関与します。成熟したmiRNAは21から25塩基の間で、ディサーがその前駆体を処理することで生成されます。前駆体は約70から90塩基の長さで、ヘアピン構造を持ちます。タンパク質をコードしないmiRNAは、転写後レベルでmRNAの安定性や翻訳に影響を与え、一般的にmRNAの分解や翻訳阻害を引き起こすことで遺伝子発現を調節しますしかし、ほとんどのcircRNAはタンパク質コードmRNAから起源を持ち、少数はncRNA由来です。CircRNAの産生は通常、mRNA処理の追加修飾と見なされています。この過程では、典型的なスプリセオソーム機構によるプレmRNAスプライシングが線状mRNAを生み、一方でcircRNAはシス要素やトランスファクター(例:ZC3H14)によるバックスプライシングによって形成されます。エクソニックサークルRNAは主に細胞質に存在し、イントロンやエクソンを含むサークルRNAは主に核5に存在します。これらのcircRNAはmiRNAスポンジ、タンパク質スポンジ、またはcircRNA-タンパク質複合体(circRNPs)を形成することで機能し、シグナル伝達経路に影響を与えます。さらに、核サークルRNAはRNAポリメラーゼIIの結合を促進し、宿主遺伝子の転写を調節し、その後の生物学的応答や機能に影響を与えることができます6

CAD、脳血管疾患、末梢動脈疾患など様々なPVDカテゴリーにおけるncRNAに関する広範な研究があるにもかかわらず、ncRNAとPVDの関係を検証した系統的レビューは不足しています。PVD研究におけるncRNA応用の包括的なレビューは、既存の研究をまとめ、今後の研究に新たな知見と方向性をもたらすため極めて重要です(図3)。

2. NcRNAと動脈硬化

動脈硬化はPVDにおける最も一般的かつ重要な病態生理学的メカニズムであり、研究者の主要な関心事となっています。ncRNAの重要性が明らかになるにつれ、近年では動脈硬化形成におけるその役割が重要な研究焦点となっています。

  1. MiRNAと動脈硬化
    例えば、Wangらは喫煙者の単球由来の血清細胞外小胞でmiR-155レベルが有意に上昇していることを発見しました。その後の細胞および動物実験で、miR-155はBCL2、MCL1、TIMP3、BCL6を標的とすることで内皮細胞(EC)機能障害を促進し、動脈硬化を加速させるとともにNF-κB経路を活性化することが確認されました。同様に、Guoら8は肥満マウスの脂肪組織由来エクソソームにmiR-132/212が濃縮され、これはGタンパク質サブユニットα12を標的化することでパルミチン酸誘発性ECアポトーシスを悪化させ、PTENを抑制することでPDGF-BB誘導の血管平滑筋細胞(VSMC)の増殖と移動を促進したことを報告しました 。特に、メラトニン治療はmiR-132/212のレベルを低下させ、動脈硬化を改善させました。マウス大動脈内膜損傷モデルにおいて、RawalらはmiR-369-3pがコウシネート受容体GPR91を標的化することでOx-LDL誘発性の炎症体活性化を抑制し、糖尿病悪化型動脈硬化を弱めることを発見しました。さらに、Blazerらはヒト頸動脈弁および大動脈弁標本の小胞プロテオミクスとmiRNAシーケンス を統合し 、疾患進行中のタンパク質およびmiRNAの変化が細胞内シグナル伝達および細胞周期調節に関与していることを明らかにしました。
    関連研究では、Chenら11 が、ステアト質肝細胞から放出される小さな細胞外小胞(sEV)がmiR-30a-3p を介して ABCA1媒介コレステロール排出を妨害し、泡細胞形成と動脈硬化を促進することを示しました。したがって、sEV分泌を抑制したりmiR-30a-3pを標的化したりすることは、非アルコール性脂肪肝疾患に関連する動脈硬化の治療戦略となり得ます。Xieらは、ポルフィロモナス・ギンジバルがVSMCアポトーシスを引き起こし、TLR2経路を活性化することで心血管リスクを高めることを明らかにしました。感染したVSMCSは高レベルのmiR-143/145を分泌し、これはマクロファージに取り込まれ、シグレック-Gの転写を促進し、食細胞作用を抑制します。3つの遺伝子マウスモデルでの研究により、TLR2およびmiR-143/145の本質的な役割が確認されました12。別件で、CimenらはmiR-206-3pがECSおよびVSMCSにおけるCXCR4発現を抑制し、細胞の能力、増殖、移動を通じて影響を ぼすことを観察し、miR-206-3pの細胞特異的遮断が新しい治療アプローチを提供する可能性を提案しました。Choiらは、miR-126-5pおよびmiR-212-3pを豊富に含む内皮細胞由来の細胞外小胞が、炎症信号を媒介することで放射線損傷後に単球を活性化し、動脈硬化を促進することを明らかにしました14。Egeaらはさらにマウス モデルを通じて、miRNAのlet-7fがFPR2をアップレギュレーションし、LL-37/FPR2軸を活性化し、ヒト間葉幹細胞が動脈硬化性プラークに誘導されることを示しました。そこでサイトカインやプロテアーゼを分泌し、疾患の病理に影響を与えることを示しています。これらの発見は、miRNAが動脈硬化の発症と進行において極めて重要な役割を果たすことを強調しています。
  2. LncRNAと動脈硬化
    近年、長く非コードRNA(lncRNA)は遺伝子発現調節における多様な役割から動脈硬化研究の主要な焦点となっています。例えば、Liらはマウスモデルで、lncRNAPSMB8-AS1が転写因子NONOをリクルートしてPSMB9発現を活性化し、ZEB1 を介して VCAM1およびICAM1をアップレギュレーションすることで動脈硬化を促進することを示しました。これにより、血管炎症および癒着分子調節におけるlncRNAの役割が強調されました16。同様に、Jiangらは動脈硬化モデルにおいて、lncRNA NIPA1-SOが転写因子FUBP1に結合してNIPA1発現を抑制し、血管炎症、コレステロール蓄積、プラーク形成を減少させることを示しました17。さらに、WinterらはlncRNA UDT6がFGF2発現をダウンレギュレートし、VSMCの移動と増殖を抑制し、動脈硬化および腹大動脈瘤モデルにおけるアポトーシスを促進することを報告しました18
    他のlncRNAはオートファジー、ピロプトーシス、代謝シグナル伝達を通じて動脈硬化を調節します。Dingらは、ホモシステイン誘導のLNCARFがRRAGDに結合してそのユビキチン化を防ぎ、PI3K/AktおよびMAPK経路を活性化し、泡細胞のオートファジーを促進し、動脈硬化病変を弱めることを発見しました19。逆に、Liangらはlinc00657がmiR-106b-5pの競合的内因性RNAとして作用し、TXNIP発現を高めNLRP3インフラマソームを活性化し、フォーム細胞のピロプトーシスを誘発し疾患進行を悪化させることを明らかにしましたさらに、QuらはApoE⁻/⁻マウスにおけるlncRNA Gpr137b-psの心臓特異的ノックアウトがアミノ酸誘発性mTORC1シグナル伝達を抑制し、マクロファージオートファジーの強化、動脈硬化の減少を観察しましたこれらの研究は、炎症、細胞増殖、アポトーシス、泡細胞動態、オートファジーにまたがる動脈硬化におけるlncRNAの多層的な調節機能を示しています。
  3. CircRNAと動脈硬化
    共価閉ループ構造を持つ環状RNA(circRNA)は、RNase分解に対して高い安定性を示し、動脈硬化の発症と進行において重要な役割を果たします。例えば、Tongらは内皮細胞におけるcirc_0001785の保護的役割を特定し、miR-513a-5pをスポンジ化しTGFBR3発現をアップレギュレーションすることでceRNA機構を通じて内皮損傷を軽減し、内皮機能を維持することを示しました。多機構研究において、ChenらはcircSQSSTM1が細胞質内でmiR-23b-3pに競合的に結合してSirt1をアップレギュレーションし、核内ではeIF4A3と直接相互作用してFOXO1 mRNA発現を増強することを示しました。この二重作用はSirt1プロモーターを活性化し、内皮炎症や酸化ストレスを弱め、オートファジーを促進し、アテローム硬化を遅らせます。さらに、YangらはIgE刺激がcircRNAのCDR1as発現を有意に上昇させ、CDR1as-FUS-リン-p65軸を介してVCAM-1およびICAM-1を上位調節し、内皮機能障害と肥満細胞の活性化を誘発し、高脂肪食誘発性動脈硬化を悪化させることを報告しました。
    他のcircRNAはフィードバック調節やストレス応答経路を通じて動脈硬化に寄与します。Zhangらは、circ_0086296がmiR-576-3pをスポンジ化することで動脈硬化病変の形成を促進し、IFIT1およびSTAT1の発現を増強し、circ_0086296/miR-576-3p/IFIT1/STAT1軸25を通じて正のフィードバックループを形成することを明らかにしました。別の視点から、HoldtらはcircANRILがPES1に結合しrRNA処理とリボソーム生合成を阻害し、核小体ストレスとp53経路の活性化を引き起こすことを発見しました。この過程は血管平滑筋細胞やマクロファージの増殖を抑制し、アポトーシスを誘導して最終的に動脈硬化を減弱します。これらの研究は、cerRNAネットワーク、炎症活性化、フィードバック経路、ストレス反応調節を含む動脈硬化におけるcircRNAの多様な機能機構を示しています。

3. NcRNAおよびCHD

先天性心疾患は世界的に主要な死因であり、心血管疾患の中で最も多く見られます。主な特徴は冠動脈内のプラークの蓄積で、血流を妨げて胸痛や息切れなどの症状を引き起こします。研究によれば、ncRNAは遺伝子発現を調節し、炎症反応や細胞機能に影響を与えることで、CHDの発症と進行に不可欠であることが示されています(表1)。

  1. LncRNAと冠動脈疾患
    ncRNAに関する研究の進展に伴い、CHDの発症および進行に密接に関連するLNCNAが増加しているとされています。これらのlncRNAは、遺伝子発現の調節、炎症反応への影響、細胞機能への影響を通じて、CHDの病理学において重要な役割を果たします。例えば、Zhangらの研究では、CAD患者の血液サンプルにおいてlncRNA核リッチ豊富転写体1(NEAT1)の有意なアップレギュレーションが示されました。実験により、NEAT1はmiR-140-3pを負の標的として標的としmiR-140-3p/ミトゲン活性化タンパク質キナーゼ1(MAPK1)経路を活性化することで細胞の能力を高め、EC アポトーシスを減少させることでCHD30を悪化させることが示されています。心筋虚血および再灌流損傷の研究において、Xiaoらはマウスモデルを用いて、Ku70と相互作用するLNCNA CIRKILが心筋細胞のアポトーシスや心機能障害を悪化させ、心筋梗塞の大きさを増加させ、悪影響を及ぼすことを示しました31。異なるlncRNAは疾患の進行を促進したり抑制したりする可能性があり、CHDの病因に新たな知見をもたらします。
  2. MiRNAと冠状動脈性心疾患
    MiRNAはCHDの発症と進行に不可欠であり、炎症反応、脂質代謝、細胞機能に影響を与えます。例えば、Qiらはバイオインフォマティクスと実験的スクリーニングを用いて、miR-338-3p/RPS23軸が先天性疾患進行の中心であると示唆し、診断と治療の新たな道筋を提供しました。同時に、Flinnらはhas-miR-320ファミリーがCHD患者の心外脂肪で有意に発現していることを確認し、CHD関連miRNAおよびlncRNAsに性別依存的な変異があることを明らかにしました33。CAD患者の単球におけるmiRNA発現を解析した後続の研究では、miR-21-5pおよびmiR-221-5pの過剰発現がCHDリスクの上昇と関連していることが示され、メトホルミンがmiRNA発現を正規化することでこのリスクを軽減する可能性が示唆されました。
    機能的メカニズムに関しては、クマールらがmiR-133bおよびmiR-21がスフィンゴシン-1-リン酸ホスファターゼ1(SGPP1)、オートファジー関連5(ATG5)、およびLDL受容体関連タンパク質6(LRP6)を調節していることを発見し、miRNAがシグナル伝達経路の複雑さに関与していることを示唆しました35。Torres-Pazらは、miR-33a-5pの減少がABCA1レベルの増加と相関していることを指摘し、CHD36のリスク低減因子としてコレステロール排出調節の可能性を示唆しました。環境との相互作用も検討されており、Shenらはアルミニウム曝露とmiR-4286レベルの変化との相乗効果を特定し、急性冠症候群のリスクを高めることを明らかにしました。37。動脈硬化研究において、LiuらはmiR-127-3pが進行段階で有意に上位調節され、miR-127-3p/ステアロイルCoA脱サチュラーゼ-1(SCD1)/不飽和脂肪酸(UFA)経路38を通じた病変進行を悪化させることを強調しました。最後に、Moらは症例対照研究を通じて、先天性心疾患(CHD)患者でmiR-140-3pのレベルが著しく低下していることを発見し、これが潜在的なバイオマーカー39として位置づけられました。さらに、外因性のMecciND2補給は、ストレスを受けた心筋細胞におけるミトコンドリア膜の潜在能力を維持し、ROS産生を抑制し、tes心室リモデリングを通じin vivo ALLEの投与を行い、薬物誘発型および圧力過負荷型心不全モデルの両方で心機能を改善します。これは最近の証拠によって支持されています40.まとめると、miRNAは炎症反応、脂質代謝、内皮機能、シグナル伝達経路の調節を通じて、CHDの発症と進行に不可欠です。
  3. CircRNAと冠動脈性心疾患
    CircRNAは、その独特な円状構造と安定性により、冠状動脈性心疾患(CHD)の病態生理において重要な役割を果たします。最近の研究では、circRNAが遺伝子発現の調節、miRNAとの競争結合、炎症の調節、細胞機能への影響を通じてCHDの病因に関与していることが示されています。例えば、Rodríguez-Esparragónらは、線形ANRIL転写産物が心血管リスクの上昇と相関している一方で、その円形アイソフォームは酸化ストレスの減弱と関連しており、circRNA変異間の機能的差異を浮き彫りにすると報告しました41。Fuらは、先天性心疾患(CHD)患者におけるhsa_circHECTD1およびhsa_circZBTB46の有意なアップレギュレーションを特定し、後者は疾患発生率と強い相関を示しました。対照的に、HouらはCHD患者の末梢血単核細胞におけるhsa_circ_0000563の発現が著しく減少し、ミトコンドリアのオートファジーやDNA修復に関与するタンパク質と相互作用することが確認され、CHD進行における保護的役割を示唆しました43。Panらは、circARCN1がHuR媒介のUSP31 mRNAの安定性を妨げることで動脈硬化を悪化させることを示し、これによりUSP31依存性のNF-κB活性化の阻害を抑制することを示しました。さらに、Gaoらはcirc-MBOAT2がmiR-495/NOTCH1軸を通じた内皮管の形成と移動を促進し、慢性全冠動脈閉塞における血管新生におけるその役割を支持することを明らかにしました45,46
    他のcircRNAは炎症反応や血管の再構築を調節することでCHDに寄与します。診断の観点から、Liuらは血漿RNA47のハイスループットシーケンスを通じて、エクソソームhsa_circ_0075269とhsa_circ_0000284を慢性冠症候群の潜在的なバイオマーカーとして特定しました。酸化されたLDL刺激マクロファージにおいて、Ye hsa_circ_007478らはmiR-765に競合的に結合してEFNA3をアップレギュレーションし、NLRP3インフラマソーム活性とIL-1β産生を促進し、血管炎症を悪化させることを示しました(48)。Holmeらはさらに、ST節高上型心筋梗塞におけるcircRNAの調節異常が免疫応答、アポトーシス、ミトコンドリア機能を乱すことで転帰を悪化させる可能性があることを示唆しました49。血管再構築において、WangらはELAVL1とCDKN1A mRNA50の相互作用を破壊することで内膜過形成を弱めるhsa_circ_000280報告しました。これらの発見は、炎症調節、オートファジー、内膜過形成、酸化ストレスなど、circRNAがCHDにおける多面的な役割を強調しています。

4. NcRNAと脳血管疾患

PVDの重要な要素として、脳血管疾患は複雑な病因と複数のリスク要因を特徴とします。本章では、ncRNAの異なる種類とメカニズムから始め、脳血管疾患におけるその役割を体系的に探求し、病因の理解を深め、診断と治療の今後の研究に新たな方向性を提供します(表2)。

  1. LncRNAと脳血管疾患
    虚血性脳卒中は最も一般的な脳血管疾患の形態であり、分子および細胞の複雑な相互作用が関与し、脳組織の損傷や神経障害を引き起こします。いくつかの長く非コードRNA(lncRNA)が脳卒中の病因に重要な寄与者であることが特定されています。例えば、ChenらはlncRNA NEAT1がマウスモデル51においてM1型マイクログリア分極を促進し、脳動脈内皮細胞の血管新生を抑制し、虚血性脳損傷を悪化させることを示しました。同様に、lncRNA H19は神経細胞からエクソソームを介してアストロサイトへシャトルされると、H19/let-7a/IGF-1軸を通じてインスリン様成長因子1(IGF-1)をダウンレギュレーションし、脳卒中の進行を促進します。Yuらはさらに、繰り返しの一過性脳皮発作患者におけるlncRNA KCNQ1OT1の発現上昇が虚血再発の独立予測因子となり、リスク評価における臨床的有用性を強調したと報告しました。さらに、Zhouらは脳虚血再灌流モデルにおいてlncRNA DHFRL1-4がbFGFやVEGFなどの血管新生因子の調節を乱し、脳損傷を悪化させることを明らかにしました。
    対照的に、特定のlncRNAは神経保護特性を示します。Xieらは、骨髄間葉幹細胞由来のlncRNA KLF3-AS1がユビキチン特異的ペプチダーゼ22(USP22)をアップレギュレートし、それがSirt1のユビキチン化を阻害することを明らかにしました。これにより、Sirt1タンパク質のレベルが安定し、炎症反応を緩和し、in vivo および in vitro モデルの両方で脳虚血再灌流損傷を軽減します55。これらの発見は、虚血性脳卒中におけるlncRNAの二重の調節機能を強調しています。一部のlncRNAは炎症、血管新生、代謝経路を調節して損傷を悪化させる一方で、他のものは保護効果をもたらし、将来の治療戦略に有望な標的を提供します。
  2. MiRNAと脳血管疾患
    MiRNAは、特に虚血性脳卒中を中心とした脳血管疾患の病理学的および保護機構の両方において重要な役割を果たします。まず、Liらは虚血性脳卒中のマウスモデルで、M2マイクログリア由来のエクソソームがmiR-23a-5pを通じてオリゴデンドロサイト前走体の増殖と分化を促進し、白質修復と機能回復を促進し、脳萎縮体56を著しく減少させることを示しました。同様に、PanらはM2ミクログリアからの細胞外小胞がmiR-23a-5pを移動させることで内皮タイトジャンクションタンパク質の発現を強化し、虚血後の血脳関門の完全性を維持することを発見しました。これによりmiR-23a-5p57の保護効果がさらに強調されました。革新的な治療法としては、LiらがmiR-6328/阻害剤カッパBキナーゼβ(IKKβ)/NF-κB軸を通じて有意な神経保護を提供する無毒ペプチド(NP1)を特定しました。NP1は血脳関門を通過し、IKKβをダウンレギュレーションし、NF-κB経路の活性化を阻害して炎症因子レベル(IL-1βや腫瘍壊死因子α(TNF-α))を減少させ、脳梗塞の体積を効果的に減少させ神経機能を高めました58。最後に、GaoらはEC由来の細胞外小胞がmiRNA-155-5pを介してfos原がん遺伝子(c-Fos)/アクチベータータンパク質1(AP-1)経路を調節し、炎症とアポトーシスを有意に減少させ細胞増殖を促進することを明らかにし、虚血性脳卒中モデルで保護的な役割を果たしました。この研究は脳卒中におけるECのmiRNAの潜在的な役割をさらに明らかにしました。これらの研究は、miRNAが主要なシグナル伝達経路を調節することで、脳血管疾患において病理促進因子および保護剤として機能できることを示しています。
  3. CircRNAと脳血管疾患
    新たな証拠は、虚血性脳卒中後の神経保護、炎症調節、血管修復において環状RNA(circRNA)が重要な役割を果たすことを強調しています。一部のcircRNAは病理的進行に寄与しますが、他のものは回復過程を促進します。例えば、Liuらは、circOGDHが急性虚血性脳卒中患者およびマウスモデルの両方で著しく上向き調節され、miR-5112をスポンジ化してコラーゲンタイプIVアルファ4鎖(COL4A4)の発現を促進し、神経損傷を悪化させることを報告しました。60。これにより、circOGDHが病原を促進するRNAとして特定されました。逆に、LiらはcircSCMH1がm6A脱メチルラーゼFTOの核転座を媒介することで血管修復を促進し、リン脂質リン酸3mRNAのm6A脱メチル化を促進し、脳卒中後の血管再生61を支持することを明らかにしました。
    追加のcircRNAは神経保護や機能回復に関与していることが示唆されています。Yangらは虚血性脳卒中の末梢血中のhsa_circ_0045932レベルが有意に低下していることを観察しました。機能的研究では、このcircRNAがmiR-139-3pの分子スポンジとして作用し、SMAD3発現を抑制し虚血性損傷を軽減することが示されました62。マウス中脳動脈閉塞モデルにおいて、Zhaoらはmmu_circ_0001113エノーラーゼ1(ENO1)とクリュッペル様因子2(Klf2)mRNA間の相互作用を促進し、Klf2タンパク質レベルの増加をもたらすことを示しました。このメカニズムはNLRP3インフラマソーム駆動のアポトーシスを抑制し、梗塞量を減少させ、神経学的な回復を改善します63。まとめると、circRNAは脳血管病理において二重の役割を果たします。すなわち、主要な経路の調節不全によって損傷を悪化させるか、遺伝子発現やシグナル伝達カスケードを調節して保護をもたらす可能性があります。

5. NcRNAと末梢血管疾患

非コードRNA(ncRNA)は、動脈硬化の発症だけでなく、多様な生物学的メカニズムを通じて心血管および脳血管疾患の病態生理にも重要な役割を果たすことが示されています。ChenらはGEO発現プロファイルに基づく免疫関連の競合内因性RNA(ceRNA)ネットワークを構築し、LINC00221、miR-17-5p、miR-20b-5p、CREB1からなるネットワークが単球およびM1型マクロファージの浸潤を調節することで末梢動脈閉塞性疾患を促進する可能性があることを明らかにしました64。Huangらは、四肢虚血のマウスモデルで、lncRNA H19がmiR-107に競合的に結合してFADDをアップレギュレーションし、これによりピロアポトーシス経路を活性化し、同時に細胞増殖、移動、血管新生、血流回復を促進することを報告しました65

複数のmiRNAは末梢動脈疾患の主要な調節因子としても同定されています。Leeらは、PAD患者で循環中のmiR-548j-5pが有意にダウンレギュレーションされていることを観察しました。このmiRNAはNOSおよびSDF-1シグナル伝達を調節することで内皮前駆細胞の移動と管形成を促進し、血管新生を促進します。糖尿病性PADにおいて、ChengらはmiR-181a/bを臨床肢虚血の重要な媒介因子として特定しました。そのアブレーションは単球の動員を減少させ、虚血性四肢の血管再生を障害させました67。AhmedらはPAD患者の骨格筋におけるmiR-210の上昇を報告し、ミトコンドリア呼吸および低酸素症への細胞適応を調節しています。さらに、ChengらはmiR-130b-3pがBMP/TGF-β経路を抑制することで血管新生を促進することを示し、四肢壊死や切断リスクの緩和に向けた治療標的としての可能性を示唆しました69。Zaiedらはさらに、miR-93がG6PDおよびペントースリン酸経路を活性化することで血管新生を促進し、VEGF165aよりもより強力な血流回復をもたらすことを示しました。McCoyらは、重症肢虚血でダウンレギュレーションされたmiR-375がKLF5を標的にNF-κBシグナル伝達を調節し、血管新生反応に影響を与えることを明らかにしました71

lncRNAやmiRNAとは異なり、末梢血管疾患におけるcircRNAの研究は依然として限られています。しかし、心血管および脳血管の病理における確立された役割を踏まえ、circRNAは末梢血管疾患の病因および治療にも寄与する可能性が高く、さらなる機構的および翻訳解析の検討が求められます。

結論

タンパク質を直接コードしないRNA分子のクラスとして、ncRNAはPVD研究において有望な分野として浮上しています。これらの疾患には動脈硬化、先天性心疾患(CHD)、脳血管疾患、血管内皮機能障害を特徴とする末梢血管疾患が含まれます。ncRNAは遺伝子発現の調節、炎症反応の調節、細胞増殖やアポトーシスの調節を通じて、これらの疾患の発症と治療に大きな影響を与えます。動脈硬化では、miRNAが炎症、酸化ストレス、泡細胞形成などのメカニズムを通じて疾患の進行に影響を与え、一方でlncRNAやcircRNAは細胞移動、オートファジー、シグナル伝達経路を調節し、早期診断と介入の新たな方向性を提供します。CHDでは、ncRNAがプラークの安定性、心筋細胞のアポトーシス、炎症反応に影響を与えることで、正確な治療の標的となります。脳血管疾患の研究により、脳虚血損傷後の血管再生、神経保護、炎症反応におけるNCRNAの役割が明らかにされ、脳卒中などの治療法の新たな道が開かれています。末梢血管疾患においては、研究はまだ始まったばかりですが、ncRNAが血管新生、エネルギー代謝、線維化を調節し、治療的価値の可能性を示す証拠があります。

今後、ncRNA研究はいくつかの課題に直面しています。まず、ncRNAが異なる疾患間で果たす役割の共通点と具体的な点は、その中核的な調節ネットワークを明らかにするために深い探求が必要です。第二に、多くの研究は基本的なメカニズムレベルにとどまっています。これらの成果を臨床応用に翻訳することは、今後の重要な方向性です。さらに、ハイスループットシーケンシング技術やバイオインフォマティクスの進歩により、臨床検出法、診断マーカー、治療標的の開発にも大きな機会が訪れるでしょう。特に精密医療や個別化治療の文脈において、ncRNAはPVDの診断と治療において基本的な要素となる見込みです。

まとめると、PVDにおけるncRNAの役割は広く認められています。学際的な協力を活用し、大規模な臨床研究を行い、ncRNAを従来の治療法と統合することで、この分野は大きく進歩し、より早期の診断、より正確な治療、そしてPVDのより良い治療結果をもたらす見込みです。

figure-results-1
図1:汎血管疾患。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

figure-results-2
図2:動脈硬化のメカニズム。この図の拡大版はこちらをクリックしてください。

figure-results-3
図3:汎血管疾患における非コードRNA。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

表1:非コードRNAと冠動脈性心疾患。この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

表2:非コードRNAおよび脳血管疾患。この表をダウンロードするには、こちらをクリックしてください。

開示事項

著者たちは利益相反はないと宣言しています。

謝辞

この研究は、湛江科学技術計画プロジェクト(2021A1003-1)、広東省中医局(20221441)の研究プロジェクト、および広東省基礎応用研究基金(No.2023A1515010482)の支援を受けました。李偉燕:構想、執筆 - 原稿。方凌炎、曾鳳牙、曹建:構想、執筆 - レビューと編集;カン・チェン:執筆 - レビューと編集、監督、プロジェクト管理、資金調達。すべての著者が最終原稿を読み承認しました。

参考文献

  1. Zhou, X., Yu, L., Zhao, Y., Ge, J. Panvascular medicine: an emerging discipline focusing on atherosclerotic diseases. Eur Heart J. 43 (43), 4528-4531 (2022).
  2. Zhu, L., Li, N., Sun, L., Zheng, D., Shao, G. Non-coding RNAs: the key detectors and regulators in cardiovascular disease. Genomics. 113, 1233-1246 (2021).
  3. Chen, L. L., Kim, V. N. Small and long non-coding RNAs: past, present, and future. Cell. 187 (23), 6451-6485 (2024).
  4. Diener, C., Keller, A., Meese, E. The miRNA-target interactions: an underestimated intricacy. Nucleic Acids Res. 52 (4), 1544-1557 (2024).
  5. Saaoud, F., et al. Circular RNAs are a novel type of non-coding RNAs in ROS regulation, cardiovascular metabolic inflammations and cancers. Pharmacol Ther. 220, 107715(2021).
  6. Liu, C. X., Chen, L. L. Circular RNAs: characterization, cellular roles, and applications. Cell. 185 (12), 2016-2034 (2022).
  7. Wang, C., et al. Nicotine exacerbates endothelial dysfunction and drives atherosclerosis via extracellular vesicle-miRNA. Cardiovasc Res. 119 (3), 729-742 (2023).
  8. Guo, B., et al. MiRNA-132/212 encapsulated by adipose tissue-derived exosomes worsen atherosclerosis progression. Cardiovasc Diabetol. 23 (1), 331(2024).
  9. Rawal, S., et al. miR-369-3p ameliorates diabetes-associated atherosclerosis by regulating macrophage succinate-GPR91 signaling. Cardiovasc Res. 120 (14), 1693-1712 (2024).
  10. Blaser, M. C., et al. Multiomics of tissue extracellular vesicles identifies unique modulators of atherosclerosis and calcific aortic valve stenosis. Circulation. 148 (8), 661-678 (2023).
  11. Chen, X., et al. Hepatic steatosis aggravates atherosclerosis via small extracellular vesicle-mediated inhibition of cellular cholesterol efflux. J Hepatol. 79 (6), 1491-1501 (2023).
  12. Xie, H., et al. Oral pathogen aggravates atherosclerosis by inducing smooth muscle cell apoptosis and repressing macrophage efferocytosis. Int J Oral Sci. 15 (1), 26(2023).
  13. Cimen, I., et al. Targeting a cell-specific microRNA repressor of CXCR4 ameliorates atherosclerosis in mice. Sci Transl Med. 15 (720), eadf3357(2023).
  14. Choi, Y. Y., et al. The miR-126-5p and miR-212-3p in the extracellular vesicles activate monocytes in the early stage of radiation-induced vascular inflammation implicated in atherosclerosis. J Extracell Vesicles. 12 (5), e12325(2023).
  15. Egea, V., et al. Properties and fate of human mesenchymal stem cells upon miRNA let-7f-promoted recruitment to atherosclerotic plaques. Cardiovasc Res. 119 (1), 155-166 (2023).
  16. Li, S., et al. LncRNA PSMB8-AS1 instigates vascular inflammation to aggravate atherosclerosis. Circ Res. 134 (1), 60-80 (2024).
  17. Jiang, M., et al. LncRNA NIPA1-SO confers atherosclerotic protection by suppressing the transmembrane protein NIPA1. J Adv Res. 54, 29-42 (2023).
  18. Winter, H., et al. Targeting long non-coding RNA NUDT6 enhances smooth muscle cell survival and limits vascular disease progression. Mol Ther. 31 (6), 1775-1790 (2023).
  19. Ding, N., et al. Novel long non-coding lncARF mediated hyperhomocysteinemia-induced atherosclerosis via autophagy inhibition in foam cells. J Adv Res. 73, 311-328 (2024).
  20. Liang, Y., et al. Linc00657 promoted pyroptosis in THP-1-derived macrophages and exacerbated atherosclerosis via the miR-106b-5p/TXNIP/NLRP3 axis. Int J Biol Macromol. 253 (Pt 4), 126953(2023).
  21. Qu, W., et al. Long non-coding RNA Gpr137b-ps promotes advanced atherosclerosis via the regulation of autophagy in macrophages. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 43 (11), e468-e489 (2023).
  22. Tong, X., et al. Exosome-derived circ_0001785 delays atherogenesis through the ceRNA network mechanism of miR-513a-5p/TGFBR3. J Nanobiotechnology. 21 (1), 362(2023).
  23. Chen, Z., et al. A novel circular RNA, circSQSTM1, protects the endothelial function in atherosclerosis. Free Radic Biol Med. 209 (Pt 2), 301-319 (2023).
  24. Yang, H., et al. Exosomes from IgE-stimulated mast cells aggravate asthma-mediated atherosclerosis through circRNA CDR1as-mediated endothelial cell dysfunction in mice. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 44 (3), e99-e115 (2024).
  25. Zhang, M., et al. circ_0086296 induced atherosclerotic lesions via the IFIT1/STAT1 feedback loop by sponging miR-576-3p. Cell Mol Biol Lett. 27 (1), 576-573 (2022).
  26. Holdt, L. M., et al. Circular non-coding RNA ANRIL modulates ribosomal RNA maturation and atherosclerosis in humans. Nat Commun. 7, 12429(2016).
  27. Zhang, Y. H., Pan, X., Zeng, T., Chen, L., Huang, T., Cai, Y. D. Identifying the RNA signatures of coronary artery disease from combined lncRNA and mRNA expression profiles. Genomics. 112 (6), 4945-4958 (2020).
  28. Zareba, L., et al. MicroRNAs and long non-coding RNAs in coronary artery disease: new and potential therapeutic targets. Cardiol Clin. 38 (4), 601-617 (2020).
  29. Ebadi, N., Ghafouri-Fard, S., Taheri, M., Arsang-Jang, S., Parsa, S. A., Omrani, M. D. Dysregulation of autophagy-related lncRNAs in peripheral blood of coronary artery disease patients. Eur J Pharmacol. 867, 172852(2020).
  30. Zhang, H., Ji, N., Gong, X., Ni, S., Wang, Y. NEAT1/miR-140-3p/MAPK1 mediates the viability and survival of coronary endothelial cells and affects coronary atherosclerotic heart disease. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 52 (9), 967-974 (2020).
  31. Xiao, H., et al. CIRKIL exacerbates cardiac ischemia/reperfusion injury by interacting with Ku70. Circ Res. 130 (5), e3-e17 (2022).
  32. Qi, J., Han, W., Zhong, N., Gou, Q., Sun, C. Integrated analysis of miRNA-mRNA regulatory network and functional verification of miR-338-3p in coronary heart disease. Funct Integr Genomics. 23 (1), 16(2022).
  33. Flinn, B., Adams, C., Chowdhury, N., Gress, T., Santanam, N. Profiling of non-coding regulators and their targets in epicardial fat from patients with coronary artery disease. Int J Mol Sci. 23 (10), 5297(2022).
  34. Torres-Paz, Y. E., et al. Overexpression of microRNA-21-5p and microRNA-221-5p in monocytes increases the risk of developing coronary artery disease. Int J Mol Sci. 24 (10), 221-225 (2023).
  35. Kumar, D., Narang, R., Saluja, D., Srivastava, K. Functional association of miR-133b and miR-21 through novel gene targets ATG5, LRP6 and SGPP1 in coronary artery disease. Mol Diagn Ther. 26 (6), 655-664 (2022).
  36. Torres-Paz, Y. E., Flores-Rivera, J., Martínez-Aguilar, E., et al. Involvement of expression of miR33-5p and ABCA1 in human peripheral blood mononuclear cells in coronary artery disease. Int J Mol Sci. 25 (16), 8605(2024).
  37. Shen, M., et al. Prospective findings from the Dongfeng-Tongji cohort: Exposure to various metals, the expression of microRNA-4286, and the incidence of acute coronary syndrome. Environ Res. 250, 118322(2024).
  38. Liu, Y., et al. MiR-127-3p enhances macrophagic proliferation via disturbing fatty acid profiles and oxidative phosphorylation in atherosclerosis. J Mol Cell Cardiol. 193, 36-52 (2024).
  39. Mo, P., et al. Decreased plasma miR-140-3p is associated with coronary artery disease. Heliyon. 10 (5), e26960(2024).
  40. Liu, X., et al. Fast degradation of meccirnas by supv3l1/elac2 provides a novel opportunity to tackle heart failure with exogenous meccirna. Circulation. 151 (17), 1272-1290 (2025).
  41. Rodríguez-Esparragón, F., de la Rosa, D. A., Santana, A., et al. Analysis of ANRIL isoforms and key genes in patients with severe coronary artery disease. Int J Mol Sci. 24 (22), 16127(2023).
  42. Fu, Y., et al. Detailed profiling of m6A modified circRNAs and synergistic effects of circRNA and environmental risk factors for coronary artery disease. Eur J Pharmacol. 951, 175761(2023).
  43. Zhou, H., et al. Identification of circular RNA BTBD7_hsa_circ_0000563 as a novel biomarker for coronary artery disease and the functional discovery of BTBD7_hsa_circ_0000563 based on peripheral blood mononuclear cells: A case control study. Clin Proteomics. 19 (1), 37(2022).
  44. Pan, Z., et al. CircARCN1 aggravates atherosclerosis by regulating HuR-mediated USP31 mRNA in macrophages. Cardiovasc Res. 120 (13), 1531-1549 (2024).
  45. Gao, W., et al. Integrated analysis of angiogenesis related lncRNA-miRNA-mRNA in patients with coronary chronic total occlusion disease. Front Genet. 13, 855549(2022).
  46. Gao, W., Huang, Y., Yuan, J. Circ-MBOAT2 regulates angiogenesis via the miR-495/NOTCH1 axis and associates with myocardial perfusion in patients with coronary chronic total occlusion. Int J Mol Sci. 25 (2), 793(2024).
  47. Liu, X., Yang, H., Zhang, H. Circulating exosomal circRNAs as diagnostic biomarkers for chronic coronary syndrome. Metabolites. 13 (10), 1066(2023).
  48. Ye, B., et al. Hsa_circ_0007478 aggravates NLRP3 inflammasome activation and lipid metabolism imbalance in ox-LDL-stimulated macrophage via miR-765/EFNA3 axis. Chem Biol Interact. 368, 110195(2022).
  49. Holme, F. A., et al. Circular RNA profile in atherosclerotic disease: Regulation during ST-elevated myocardial infarction. Int J Mol Sci. 25 (16), 9014(2024).
  50. Wang, Z., et al. Role of hsa_circ_0000280 in regulating vascular smooth muscle cell function and attenuating neointimal hyperplasia via ELAVL1. Cell Mol Life Sci. 80 (1), 3(2022).
  51. Chen, T., Huang, X., Zhao, Y. X., Zhou, Z. W., Zhou, W. S. NEAT1 inhibits the angiogenic activity of cerebral arterial endothelial cells by inducing the M1 polarization of microglia through the AMPK signaling pathway. Cell Mol Biol Lett. 29 (1), 62(2024).
  52. Wang, J., Cao, B., Gao, Y., Chen, Y. H., Feng, J. Exosome-transported lncRNA H19 regulates insulin-like growth factor-1 via the H19/let-7a/insulin-like growth factor-1 receptor axis in ischemic stroke. Neural Regen Res. 18 (6), 1316-1320 (2023).
  53. Yu, S., An, J., Sun, R., Feng, J., Yu, M. LncRNA KCNQ1OT1 predicts further cerebral events in patients with transient ischemic attack. Front Pharmacol. 13, 961190(2022).
  54. Zhou, Y., et al. lncRNA DHFRL1-4 knockdown attenuates cerebral ischemia/reperfusion injury by upregulating the levels of angiogenesis-related genes. Int J Mol Med. 50 (2), 108(2022).
  55. Xie, X., Cao, Y., Dai, L., Zhou, D. Bone marrow mesenchymal stem cell-derived exosomal lncRNA KLF3-AS1 stabilizes Sirt1 protein to improve cerebral ischemia/reperfusion injury via miR-206/USP22 axis. Mol Med. 29 (1), 3(2023).
  56. Li, Y., et al. M2 microglia-derived extracellular vesicles promote white matter repair and functional recovery via miR-23a-5p after cerebral ischemia in mice. Theranostics. 12 (7), 3553-3573 (2022).
  57. Pan, J. J., et al. M2 microglial extracellular vesicles attenuated blood-brain barrier disruption via miR-23a-5p in cerebral ischemic mice. Aging Dis. 15 (3), 1344-1356 (2024).
  58. Li, Y., et al. A short peptide exerts neuroprotective effects on cerebral ischemia-reperfusion injury by reducing inflammation via the miR-6328/IKKβ/NF-κB axis. J Neuroinflammation. 20 (1), 53(2023).
  59. Gao, X., et al. Observing extracellular vesicles originating from endothelial cells in vivo demonstrates improved astrocyte function following ischemic stroke via aggregation-induced emission luminogens. ACS Nano. 17 (16), 16174-16191 (2023).
  60. Liu, Y., et al. CircOGDH is a penumbra biomarker and therapeutic target in acute ischemic stroke. Circ Res. 130 (6), 907-924 (2022).
  61. Li, B., et al. FTO-dependent m6A modification of Plpp3 in circSCMH1-regulated vascular repair and functional recovery following stroke. Nat Commun. 14 (1), 489(2023).
  62. Yang, J., Li, Y., Zhou, H. CircUSP36 attenuates ischemic stroke injury through the miR-139-3p/SMAD3/Bcl2 signal axis. Clin Sci (Lond). 136 (12), 953-971 (2022).
  63. Zhao, Y., et al. CircFndc3b mediates exercise-induced neuroprotection by mitigating microglial/macrophage pyroptosis via the ENO1/KLF2 axis in stroke mice. Adv Sci (Weinh). 12 (1), 2403818(2025).
  64. Chen, Z., et al. A construction and comprehensive analysis of the immune-related core ceRNA network and infiltrating immune cells in peripheral arterial occlusive disease. Front Genet. 13, 951537(2022).
  65. Huang, L., et al. LncRNA H19/miR-107 regulates endothelial progenitor cell pyroptosis and promotes flow recovery of lower extremity ischemia through targeting FADD. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 1870 (7), 167323(2024).
  66. Lee, C. Y., Lin, S. J., Wu, T. C. miR-548j-5p regulates angiogenesis in peripheral artery disease. Sci Rep. 12 (1), 838(2022).
  67. Cheng, H. S., et al. A miRNA/CXCR4 signaling axis impairs monopoiesis and angiogenesis in diabetic critical limb ischemia. JCI Insight. 8 (7), e163360(2023).
  68. Ismaeel, A., et al. Skeletal muscle miR-210 expression is associated with mitochondrial function in peripheral artery disease patients. Transl Res. 246, 66-77 (2022).
  69. Cheng, H. S., et al. Impaired angiogenesis in diabetic critical limb ischemia is mediated by a miR-130b/INHBA signaling axis. JCI Insight. 8 (10), e163041(2023).
  70. Zaied, A. A., et al. Pentose pathway activation is superior to increased glycolysis for therapeutic angiogenesis in peripheral arterial disease. J Am Heart Assoc. 12 (7), e027986(2023).
  71. McCoy, M. G., et al. MicroRNA-375 repression of Kruppel-like factor 5 improves angiogenesis in diabetic critical limb ischemia. Angiogenesis. 26 (1), 107-127 (2023).

再版と許可

タグ

RNA RNA RNA RNA