Celem tego badania jest szczegółowy przegląd postępów w badaniach ncRNA w chorobach panvaskularnych w ostatnich latach, z perspektywy badań podstawowych, klinicznych i translacyjnych.
Artykuł przeglądowy
Celem tego badania jest szczegółowy przegląd postępów w badaniach ncRNA w chorobach panvaskularnych w ostatnich latach, z perspektywy badań podstawowych, klinicznych i translacyjnych.
Choroba naczyniowa to rodzaj wieloostrojowego zaburzenia naczyniowego, charakteryzującego się przede wszystkim miażdżycowo-naczyniowymi zmianami jako powszechną cechą patologiczną, obejmującą choroby sercowo-naczyniowe, choroby mózgu oraz obwodowe choroby naczyń krwionośnych, między innymi. Kluczowe zaangażowanie niekodującego RNA (ncRNA), szczególnie mikroRNA, długiego niekodującego RNA i okrągłego RNA, w różnych typach chorób panvaskularnych zostało dokładnie zbadane. Najnowsze badania wykazały, że te regulatorowe cząsteczki RNA biorą udział w mechanizmach leżących u podstaw chorób panvaskularnych poprzez modulację procesów patofizjologicznych, takich jak funkcja śródbłonka naczyniowego, reakcja zapalna, apoptoza i proliferacja. Obecnie jednak nie istnieje systematyczny przegląd postępów badań nad ncRNA w chorobach naczyniowych. Dlatego aby zapewnić kompleksową i systematyczną dyskusję na temat znaczenia ncRNA w chorobach panvaskularnych. Niniejsze badanie stanowi kompleksową syntezę najnowszych badań nad ncRNA w chorobach panvaskularnych z perspektywy podstawowej, klinicznej i translacyjnej, mając na celu wyjaśnienie jej specyficznych ról biologicznych oraz mechanizmów patogennych. Ten przegląd sprzyja lepszemu opracowaniu celowanych terapii ukierunkowanych na ncRNA w chorobach panvaskularnych.
Choroba panvaskularna (PVD) to ogólnoustrojowa choroba naczyniowa charakteryzująca się dysfunkcją śródbłonka, która obejmuje narządy życiowe, w tym serce, mózg, nerki, kończyny oraz aortę1. Ta kompleksowa definicja obejmuje choroby małych naczyń, mikronaczyniowych i żylnych, a także schorzenia naczyniowe związane z guzami, cukrzycą i zaburzeniami odporności1. W zależności od dotkniętego obszaru, PVD może objawiać się chorobą wieńcową (CAD), chorobą mózgowo-naczyniową, obwodową chorobą tętnic lub chorobą wielonaczyniową, która dotyka dwa lub więcej łóżek naczyniowych (Rysunek 1). Biorąc pod uwagę powszechne czynniki ryzyka związane ze stylem życia, w tym niezdrową dietę, siedzący tryb życia i palenie, częstość występowania nadciśnienia, dyslipidemii, cukrzycy i otyłości rośnie, co przyczynia się do corocznego wzrostu częstości występowania PVD.
Obecnie systemy zapobiegania i zarządzania PVD są nieoptymalne. Diagnoza i metody leczenia opierają się głównie na wynikach badań nad chorobami pojedynczych naczyń. Ze względu na niewystarczające badania nad schorzeniami wielonaczyniowymi, leczenie często opiera się na strategiach profilaktyki wtórnej oraz celach zarządzania ryzykiem stosowanych w miejscowych chorobach miażdżycowych. W warunkach klinicznych leczenie PVD jest podzielone na różne specjalizacje, w tym kardiologię, neurologię, chirurgię naczyniową i medycynę interwencyjną, które stosują specjalistyczne podejście, pozbawione zintegrowanej, multidyscyplinarnej współpracy przez cały cykl choroby. Patogeniczne mechanizmy PVD obejmują dysfunkcję śródbłonka, przewlekłe zapalenie oraz migrację i proliferację komórek mięśni gładkich (VSMC) (Rysunek 2). Naukowcy aktywnie poszukują szlaków lub czynników, które mogą interweniować w tych mechanizmach i spowolnić postęp choroby. Ostatnio pojawienie się bioinformatyki podkreśliło niekodujące RNA (ncRNA) jako kluczowe detektory i regulatory w chorobach sercowo-naczyniowych2. W PVD ncRNA odgrywa kluczową rolę poprzez różne mechanizmy.
W porównaniu z tradycyjnymi biomarkerami białek czy analizami DNA genomowego, ncRNA oferują wyraźne zalety w badaniu chorób panvaskularnych. Ich ekspresja jest często bardzo specyficzna dla tkanek i może być dynamicznie zmieniana w odpowiedzi na stany chorobowe, co zapewnia dokładniejszy wgląd w procesy patologiczne. Ponadto ich niezwykła stabilność w płynach zewnątrzkomórkowych, takich jak krew i osoczo, czyni je wyjątkowo odpowiednimi jako minimalnie inwazyjne biomarkery diagnostyczne i prognostyczne, oferując potencjalne narzędzie do zintegrowanej oceny ryzyka w całym drzewie naczyniowym. Potencjał translacyjny ncRNA szybko się rozwija, szczególnie w rozwijających się obszarach, takich jak edycja RNA. Inżynieryjne ncRNA mogą pełnić funkcję zarówno przewodników RNA, jak i komponentów systemu dostarczania edytorów, synergicznie zwiększając efektywność, stabilność i precyzję edycji. Jednak większość programów pozostaje na etapie przedklinicznym lub wczesnym klinicznym, a wyzwania takie jak podanie in vivo , optymalizacja dawkowania oraz kompleksowa ocena wydajności i bezpieczeństwa montażu wymagają dalszego rozwiązania.
1. Struktura i funkcja ncRNA
Projekt genomu ludzkiego wykazał, że tylko 1,5% ludzkiego genomu koduje białka, z których większość kiedyś uważana była za "niefunkcjonalną"1. Kolejne projekty, takie jak ENCODE, wykazały, że duża część tego niekodującego DNA jest transkrybowana do RNA niekodujących białek (ncRNA), takich jak miRNA, lncRNA i cyrcRNA. Postępy w sekwencjonowaniu o wysokiej przepustowości przyczyniły się do odkrycia tych funkcjonalnych ncRNA, rozpoczynając nową erę w ich badaniach. Badania nad ncRNA i chorobami sercowo-naczyniowymi koncentrują się głównie na miRNA, lncRNA i cyrcRNA1. Ponadto ncRNA jest klasyfikowane według długości na długie ncRNA (lncRNA, ponad 200 nukleotydów) i krótkie ncRNA. Synteza lncRNA, proces pośredniczony przez polimerazę RNA II poprzez transkrypcję i splicowanie podobne do mRNA (mRNA), jest zasadniczo regulowana na poziomie transkrypcyjnym. LNCRNNA regulują strukturę i funkcję chromatyny, transkrypcję genów oraz łączenie i translację RNA poprzez interakcje z DNA, RNA lub białkami. Dodatkowo lncRNA uczestniczą w tworzeniu i regulacji funkcjonalnej organelli oraz kondensatów jądrowych3. Dojrzałe miRNA, liczące od 21 do 25 nukleotydów, powstają przez Dicera podczas przetwarzania ich prekursorów, które mają około 70 do 90 nukleotydów długości i charakteryzują się strukturą przypominającą spinkę. MiRNA, które nie kodują białek, regulują ekspresję genów na poziomie posttranskrypcyjnym poprzez wpływ na stabilność i translację mRNA, co zazwyczaj prowadzi do degradacji mRNA lub hamowania translacji4. Jednak większość cyrcRNA pochodzi z mRNA kodujących białka, a mniejszość pochodzi z ncRNA. Produkcja CircRNA jest zazwyczaj postrzegana jako dodatkowa modyfikacja w przetwarzaniu mRNA. W tym procesie pre-mRNA splicing przez typowy mechanizm spliceosomowy skutkuje powstawaniem liniowych mRNA, podczas gdy cyrcRNA powstają poprzez back-splicing przez cis-elementy lub transczynniki (np. ZC3H14). Egzonowe circRNA występują głównie w cytoplazmie, natomiast cyrcRNA zawierające introny lub eksony znajdują się głównie w jądrze5. CircRNA funkcjonują poprzez działanie gąbek miRNA, gąbek białkowych lub tworząc kompleksy białkowe circRNA (circRNP), wpływając tym samym na szlaki sygnalizacyjne. Dodatkowo, jądrowe circRNA mogą wzmacniać wiązanie polimerazy RNA II, regulując transkrypcję genów gospodarza, wpływając na późniejsze odpowiedzi biologiczne i funkcje6.
Pomimo szeroko zakrojonych badań nad ncRNA w różnych kategoriach PVD, w tym CAD, chorobach mózgowo-naczyniowych i chorobie tętnic obwodowych, przeglądy systematyczne analizujące związek między ncRNA a PVD są niewystarczające. Przeprowadzenie kompleksowego przeglądu zastosowań ncRNA w badaniach PVD jest kluczowe, ponieważ pomaga podsumować istniejące badania oraz dostarcza nowych wniosków i kierunków dla przyszłych badań (Rysunek 3).
2. NcRNA i miażdżyca
Miażdżyca jest najczęstszym i najważniejszym mechanizmem patofizjologicznym w PVD i pozostaje głównym obszarem zainteresowania badaczy. W miarę jak pojawia się znaczenie ncRNA, jego rola w powstawaniu miażdżycy stała się w ostatnich latach ważnym obszarem badań naukowych.
3. NcRNA i CHD
Wrodzone schorzenia serca są główną przyczyną zgonów na świecie i najczęściej występującym typem chorób sercowo-naczyniowych. Główną cechą jest gromadzenie się blaszek nazębnych w tętnicach wieńcowych, które blokuje przepływ krwi, powodując objawy takie jak ból w klatce piersiowej i duszność. Badania wskazują, że ncRNA odgrywa kluczową rolę w rozwoju i postępie CHD poprzez regulację ekspresji genów oraz wpływanie na odpowiedzi zapalne i funkcje komórkowe (Tabela 1).
4. NcRNA i choroby naczynia mózgowego
Jako kluczowy element PVD, choroby naczynia mózgowego charakteryzują się złożoną etiologią i wieloma czynnikami ryzyka. Ten rozdział rozpocznie się od różnych typów i mechanizmów ncRNA, systematycznie badając ich rolę w chorobach mózgowo-naczyniowych, pogłębiając tym samym zrozumienie patogenezy i oferując nowe kierunki przyszłych badań nad diagnostyką i leczeniem (Tabela 2).
5. NcRNA i obwodowe choroby naczyń
Wykazano, że niekodujące RNA (ncRNA) odgrywają kluczową rolę nie tylko w rozwoju miażdżycy, ale także w patofizjologii chorób sercowo-naczyniowych i mózgowych poprzez różnorodne mechanizmy biologiczne. Chen i in. stworzyli konkurencyjną sieć endogennego RNA (ceRNA) powiązaną z immunologią na podstawie profili ekspresji GEO, ujawniając, że sieć składająca się z LINC00221, miR-17-5p, miR-20b-5p i CREB1 może promować obwodową chorobę okluzyjną tętnic poprzez modulację infiltracji monocytów i makrofagów typu M164. W modelu mysim niedokrwienia kończyn Huang i in. stwierdzili, że lncRNA H19 konkurencyjnie wiąże się z miR-107, zwiększając poziom FADD, aktywując tym samym szlak piroapoptozy, jednocześnie sprzyjając proliferacji komórek, migracji, angiogenezie i odnowieniu przepływu krwi65.
Wiele miRNA zostało również zidentyfikowanych jako kluczowe regulatory w chorobach tętnic obwodowych. Lee i in. zaobserwowali, że krążenie miR-548j-5p było istotnie obniżone u pacjentów z PAD. To miRNA ułatwia migrację komórek progenitorowych śródbłonka oraz tworzenie rurek poprzez modulację sygnalizacji NOS i SDF-1, co sprzyja angiogenezie66. W diabetycznym PAD Cheng i in. zidentyfikowali miR-181a/b jako krytyczny mediator klinicznego niedokrwienia kończyn; jego ablacja zmniejszała rekrutację monocytów i zaburzała regenerację naczyń w kończynach niedokrwiennych67. Ahmed i in. zgłosili podwyższone poziomy miR-210 w mięśniach szkieletowych pacjentów z PAD, gdzie reguluje on oddychanie mitochondrialne oraz adaptację komórek do niedotlenienia68. Dodatkowo Cheng i in. wykazali, że miR-130b-3p sprzyja angiogenezie poprzez tłumienie szlaku BMP/TGF-β, co sugeruje jego potencjał jako terapeutycznego celu do łagodzenia martwicy kończyn i ryzyka amputacji69. Zaied i in. wykazali dalej, że miR-93 zwiększa angiogenezę poprzez aktywację G6PD oraz szlaku fosforanu pentozowego, co prowadzi do bardziej solidnego przywrócenia przepływu krwi niż VEGF165a70. McCoy i in. ujawnili, że miR-375, obniżony w krytycznym niedokrwieniu kończyny, celuje w KLF5, aby modulować sygnalizację NF-κB i wpływać na odpowiedzi angiogenne71.
W przeciwieństwie do lncRNA i miRNA, badania nad circRNA w obwodowych chorobach naczyń obwodowych pozostają ograniczone. Jednak ze względu na dobrze ugruntowaną rolę w patologiach układów sercowo-naczyniowych i mózgowo-naczyniowych, kręgowe RNA prawdopodobnie przyczyniają się również do patogenezy i leczenia obwodowych schorzeń naczyń, co wymaga dalszych badań mechanistycznych i translacyjnych.
Jako klasa cząsteczek RNA, które nie kodują bezpośrednio białek, ncRNA stało się obiecującym obszarem badań nad PVD. Do tych chorób należą miażdżyca, wrodzone wrodzenia, choroby naczynia mózgowego oraz obwodowe choroby naczyń obwodowych, charakteryzujące się dysfunkcją śródbłonka naczyniowego. ncRNA znacząco wpływają na rozwój i leczenie tych chorób poprzez regulację ekspresji genów, modulację odpowiedzi zapalnych oraz regulację proliferacji i apoptozy komórek. W miażdżycy miRNA wpływają na postęp choroby poprzez mechanizmy takie jak stan zapalny, stres oksydacyjny i tworzenie się komórek piankowych, podczas gdy lncRNA i circRNA modulują migrację komórek, autofagię i szlaki sygnalizacyjne, oferując nowe kierunki wczesnej diagnozy i interwencji. W CHD ncRNA stanowią potencjalne cele precyzyjnego leczenia, wpływając na stabilność płytki, apoptozę kardiomiocytów oraz reakcje zapalne. Badania nad chorobami mózgu mózgowego zidentyfikowały rolę ncRNA w regeneracji naczyń, neuroprotekcji oraz odpowiedzi zapalnej po uszkodzeniu mózgu niedokrwiennym, otwierając nowe możliwości leczenia takich schorzeń jak udar. W chorobach naczyń obwodowych, choć badania są w stanie zawsze, dowody sugerują, że ncRNA regulują angiogenezę, metabolizm energii i włóknienie, wykazując potencjalną wartość terapeutyczną.
Patrząc w przyszłość, badania ncRNA stoją przed wieloma wyzwaniami. Po pierwsze, wspólne cechy i specyfika ról ncRNA w różnych chorobach wymagają dogłębnej analizy, aby odkryć ich podstawowe sieci regulacyjne. Po drugie, wiele badań pozostaje na poziomie podstawowym mechanizmu; Przełożenie tych odkryć na zastosowania kliniczne to kluczowy kierunek na przyszłość. Ponadto, wraz z postępem w technologiach sekwencjonowania o wysokiej przepustowości i bioinformatyce, rozwój metod wykrywania klinicznego, markerów diagnostycznych i celów terapeutycznych dla ncRNA stanie się znaczącym wyzwaniem. Szczególnie w kontekście medycyny precyzyjnej i spersonalizowanego leczenia, ncRNA ma szansę stać się podstawowym elementem diagnozowania i leczenia PVD.
Podsumowując, rola ncRNA w PVD jest powszechnie uznawana. Dzięki współpracy interdyscyplinarnej, prowadzeniu większych badań klinicznych oraz integracji ncRNA z tradycyjnymi podejściami terapeutycznymi, dziedzina ta ma szansę znacząco się rozwijać, oferując wcześniejszą diagnozę, dokładniejsze leczenie i lepsze wyniki w przypadku PVD.

Rysunek 1: Choroba naczyniowa. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Mechanizm miażdżycy. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Niekodujące RNA w chorobach panvaskularnych. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.
Tabela 1: Niekodujące RNA i choroby wieńcowe. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Tabela 2: Niekodujące RNA i choroby naczynia mózgowego. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Autorzy twierdzą, że nie ma konfliktu interesów.
Prace te zostały wsparte przez Projekt Planu Nauki i Technologii Zhanjiang (2021A1003-1), projekt badawczy Prowincjonalnego Biura Medycyny Chińskiej Guangdong (20221441) oraz Fundację Podstawowych Badań Podstawowych i Stosowanych w Guangdong (nr 2023A1515010482). Weiyan Li: Koncepcja, Pisanie – oryginalny szkic. Lingyan Fang, Fengya Zeng i Jian Cao: Konceptualizacja, Pisanie – recenzja i redakcja; Can Chen: Pisanie – przegląd i redakcja, Nadzór, zarządzanie projektami, pozyskiwanie funduszy. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostateczny manuskrypt.