第五章：非编码RNA在斑块发育、进展和稳定性中的作用
书籍信息：Transcriptomics in Atherosclerosis（Elsevier，2026），编辑：Yvan Devaux 章节作者：Anne Yaël Nossent, Tijana Mitić, Nadja Sachs, Simona Greco, Fabio Martelli 笔记作者：个人阅读笔记 日期：2026年5月
第一节 章节概述
本章系统性地阐述了非编码RNA（ncRNAs）在动脉粥样硬化斑块发育、进展及稳定性调控中的关键作用。动脉粥样硬化是一种以血管内皮表面显著变化为特征的慢性炎症性疾病，涉及多种细胞类型的动态相互作用。本章重点讨论了三类非编码RNA——微RNA（miRNAs）、长链非编码RNA（lncRNAs）和环状RNA（circRNAs）——在动脉粥样硬化不同阶段的分子调控机制。
从结构上看，本章分为四大板块：首先是miRNAs在动脉粥样硬化中的作用，涵盖内皮细胞、血管平滑肌细胞（VSMCs）、炎症反应和脂质代谢等关键环节；其次是lncRNAs在斑块形成各阶段的调控功能；再次是circRNAs的动脉粥样硬化保护或促进作用；最后总结了各类ncRNA的潜在治疗价值。值得注意的是，本章强调ncRNAs在疾病不同阶段可能表现出截然相反的功能，这提示我们必须以动态和整体的视角来理解这些分子在动脉粥样硬化中的作用。
第二节 关键问题与研究动机
2.1 核心科学问题
本章围绕以下关键科学问题展开：
问题一：ncRNAs如何调控动脉粥样硬化的启动？ 内皮功能障碍是动脉粥样硬化发生的先决条件。多种应激刺激（如剪切应力、缺氧、一氧化氮、氧化应激等）可触发内皮细胞功能改变，进而吸引单核细胞和氧化低密度脂蛋白（oxLDL）浸润血管壁。理解ncRNAs在这一初始阶段的作用，对于开发预防性治疗策略至关重要。
问题二：VSMC表型转换的ncRNA调控网络是什么？ 血管平滑肌细胞从收缩表型向合成表型的转换是斑块进展的核心环节。miRNAs和lncRNAs如何协同调控这一过程？这些分子能否成为稳定斑块的治疗靶点？
问题三：炎症与脂质代谢的ncRNA调控是否存在 crosstalk？ 炎症和脂质代谢是动脉粥样硬化的两大驱动因素。ncRNAs能否同时调控这两个过程？这种调控网络的存在对治疗策略有何启示？
问题四：斑块稳定性的ncRNA调控机制有哪些？ 斑块稳定性取决于细胞外基质（ECM）重塑、钙化、细胞凋亡和坏死等多个因素。ncRNAs在这些过程中扮演什么角色？它们能否被用于预测斑块破裂风险？
2.2 研究动机与科学意义
根据PubMed数据，2007年关于miRNAs与动脉粥样硬化的论文仅有1篇，而2021年达到峰值404篇，2024年仍有235篇发表。这一爆炸性增长反映了该领域的蓬勃发展，但也意味着单个研究者难以全面涵盖所有研究进展。本章的目的是在有限的篇幅内，为读者勾勒出ncRNAs在动脉粥样硬化中的整体图景，而非深入每一个细节。
从临床转化角度看，ncRNAs作为生物标志物和治疗靶点具有巨大潜力。循环中的ncRNAs相对稳定，可通过液体活检进行检测；此外，基于反义寡核苷酸（ASOs）或miRNA mimics的疗法正在快速发展，为精准治疗动脉粥样硬化提供了新途径。
第三节 主要分子机制与通路
3.1 MicroRNA（miRNA）相关机制
3.1.1 内皮细胞中的miRNAs
多种miRNAs参与调控内皮功能障碍和动脉粥样硬化启动：
| miRNA | 表达变化 | 靶基因/通路 | 功能 |
|---|---|---|---|
| miR-21-5p | oxLDL诱导上调 | 多种靶点 | 促进内皮细胞存活和衰老 |
| miR-34a-5p | 变化 | 多种靶点 | 调控内皮细胞活力 |
| miR-92a-3p | oxLDL诱导上调 | 多种靶点 | 促进炎症，激活内皮细胞 |
| miR-100-5p | 变化 | 黏附分子 | 刺激内皮炎症，促进单核细胞黏附 |
| miR-126-3p/5p | 下调（病理条件下） | VCAM1 | 抗炎，保护内皮 |
| miR-495-3p | 变化 | CCL2 | 调控内皮炎症 |
关键通路： - oxLDL → miR-92a-3p表达上调 → 细胞外囊泡介导的旁分泌信号 → 内皮激活 - miR-126 → VCAM1抑制 → 减少单核细胞黏附 → 抗动脉粥样硬化 - miR-494-3p（m6A修饰形式）→ TJP1靶向 → 血脑屏障受损 → 颅内动脉粥样硬化
3.1.2 VSMC表型转换的miRNA调控
促进收缩表型的关键miRNA对：miR-143/miR-145
miR-143/miR-145以单一初级miRNA转录本形式共转录，对VSMC获取和维持收缩表型至关重要。其调控网络如下：
靶基因包括：\(ACE\)、\(ELK1\)、\(KLF4\)、\(KLF5\)
miR-143/miR-145−/−小鼠在老年时期会发生自发性股动脉新生内膜形成，突显了这一miRNA对在动脉粥样硬化发展中的重要性。
促病变的miRNA对：miR-221/miR-222
miR-221/miR-222通过靶向转录因子c-Kit和转录调控因子p27及p57，抑制收缩基因表达，导致纤维帽变薄，从而影响斑块稳定性。
3.1.3 炎症调控中的miRNAs
M1/M2巨噬细胞极化的关键调控：
- miR-155-5p：靶向BCL6 → NFκB通路激活 → 促炎表型；同时靶向HMGB1 → oxLDL摄取增加 → 泡沫细胞形成
- miR-21-5p：对NFκB通路具有双向调控作用——早期促进炎症，晚期促进炎症消退
- miR-494-3p：通过Wnt信号通路调控巨噬细胞极化；影响HDL介导的胆固醇外排
- miR-223-3p：通过靶向转录因子Sp3增强胆固醇外排，抑制促炎基因表达
M1/M2极化的概念性局限： 传统上认为M1促进斑块进展和失稳定，M2促进斑块稳定和消退。但实际上，体内巨噬细胞表型更准确地描述为"光谱"状分布，而非简单的二元分类。M1巨噬细胞也可通过吞噬作用（efferocytosis）促进斑块稳定，M2巨噬细胞也可促进泡沫细胞形成。
3.1.4 脂质代谢的miRNA调控
miR-33a/miR-33b——最重要的脂质调控miRNA
miR-33a/miR-33b靶向多种基因，包括：
研究表明： - 抑制miR-33a/miR-33b可在小鼠和非人灵长类动物中升高HDL水平 - 长期抑制可能导致循环甘油三酯升高、饮食诱导的肥胖和肝脏脂肪变性 - 治疗效果可能仅为暂时性的
miR-122-5p是肝脏中表达最丰富的miRNA，主要功能是维持肝脏特异性基因程序而非直接调控脂质稳态。
3.2 LncRNA相关机制
3.2.1 炎症反应与内皮功能障碍相关的lncRNAs
ANRIL（CDKN2B-AS1）
位于染色体9p21（Chr9p21）区域，该位点的单核苷酸多态性（SNPs）与冠心病（CAD）和颈动脉斑块形成密切相关。
调控机制： - GWAS研究显示rs1333049与心血管风险增加相关 - ANRIL通过募集Polycomb抑制复合物发挥表观遗传调控作用 - Alu元件支持RNA-DNA相互作用，促进表观遗传修饰
MALAT1（Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1）
在动脉粥样硬化早期阶段，MALAT1通过以下机制发挥保护作用： - 抑制NF-κB介导的炎症 - 通过激活PI3K/AKT通路促进内皮修复 - 通过miRNA参与和自噬激活抑制内皮-单核细胞相互作用
3.2.2 VSMC表型转换相关的lncRNAs
多种lncRNAs参与调控VSMC的增殖、迁移和表型转换：
| lncRNA | 靶点/通路 | 功能 |
|---|---|---|
| H19 | Wnt/β-catenin | 促进VSMC增殖和迁移 |
| SMILR | NF-κB | 促炎条件下增强VSMC增殖 |
| SENCR | SMURF2, miR-126a | 稳定收缩表型，抑制EndMT |
| CARMN | myocardin | 维持收缩表型 |
| HSPA7 | miR-223 | 促进VSMC炎症转换 |
| MYOSLID | SRF | 维持收缩表型 |
| FOXC2-AS1 | Notch | 调控VSMC存活 |
| NEAT1 | 多靶点 | 促进迁移增殖，负向调控分化 |
| TUG1 | miR-21/PTEN | 促进增殖 |
3.2.3 泡沫细胞形成与胆固醇转运相关的lncRNAs
- H19：通过影响ABCA1和ABCG1活性促进胆固醇外排，减少泡沫细胞形成
- LincRNA-p21：通过抑制BCL2和调节STAT3等通路促进泡沫细胞凋亡，扩大坏死核心
- CHROME：参与胆固醇外排和脂质稳态调控
- MeXis：通过调控ABCA1转录发挥动脉粥样硬化保护作用
3.2.4 ECM重塑与钙化相关的lncRNAs
| lncRNA | 靶点/通路 | 功能 |
|---|---|---|
| H19 | MMPs, 骨形成基因 | 促进ECM降解和血管钙化 |
| KCNQ1OT1 | 骨形成信号通路 | 促进血管钙化 |
| MALAT1 | miR-204, ALP, 骨钙素 | 调控成骨分化 |
| TUG1 | miR-204-5p, Runx2 | 促进成骨分化 |
| GAS5 | 蛋白和miRNA海绵 | 抑制VSMC分化，对抗血管钙化 |
3.3 CircRNA相关机制
3.3.1 动脉粥样硬化保护性circRNAs
circHIPK3（保护性形式）
来源：HIPK3基因 机制：circHIPK3/hsa-miR-190b/ATG7轴介导自噬保护作用
circSIRT1
来源：SIRT1基因 机制：hsa-miR-132/212海绵 → SIRT1 mRNA增加 → 抗炎
在球囊损伤模型中，circSIRT1水平逐渐降低，伴随新内膜形成增加。
circSmoc1-2
来源：SMOC1基因 机制：hsa-miR-874-3p/Adam19轴
circSQSTM1
来源：SQSTM1基因（外显子3-8环化） 机制： - 细胞质：hsa-miR-23b-3p/SIRT1 → 抗炎抗氧化 - 细胞核：eIF4A3/FOXO1 → 促进自噬
3.3.2 动脉粥样硬化促进性circRNAs
circANRIL
在9p21位点，线性ANRIL与circANRIL发挥相反作用。circANRIL过表达导致： - 细胞凋亡增加 - 血清脂质、Il-1、Il-6、MMP-9、CRP水平升高 - 动脉组织紊乱和血栓形成
circEsyt2
在ApoE−/−小鼠动脉粥样硬化斑块中显著上调。通过抑制p53β可变剪接调控因子的表达来促进VSMC增殖和迁移，减少凋亡。
circHIPK3（促病形式）
来源：HIPK3外显子2（与保护性形式相同来源，不同环化方式） 机制：circHIPK3/DRP1轴 → 线粒体分裂 ↑ → 细胞坏死性死亡 ↑
circLONP2
机制：hsa-miR-200a-3p/KEAP1/NRF2通路（人类）或hsa-miR-200a-3p/YAP1/EZH2通路（小鼠）
hsa_circ_0086296
来源：UHRF2基因 机制：hsa_circ_0086296/hsa-miR-576-3p/IFIT1通路
第四节 研究方法与实验技术
4.1 主要实验模型
4.1.1 动物模型
| 模型 | 应用 | 特点 |
|---|---|---|
| ApoE−/−小鼠 | 动脉粥样硬化研究 | 高脂饮食诱导斑块形成 |
| 高脂饮食（HFD） | 代谢异常诱导 | 模拟人类高脂血症 |
| 球囊损伤模型 | 新内膜形成 | 模拟血管损伤后再狭窄 |
| 基因敲除/过表达 | 功能验证 | 研究特定基因作用 |
| 非人灵长类动物 | 转化研究 | 更接近人类生理 |
4.1.2 细胞模型
- 内皮细胞（ECs）：人脐静脉内皮细胞（HUVECs）、主动脉内皮细胞
- 血管平滑肌细胞（VSMCs）：人主动脉平滑肌细胞（HASMCs）、大鼠胸主动脉VSMCs
- 巨噬细胞：单核细胞来源的巨噬细胞（M1/M2极化模型）
- oxLDL处理：诱导泡沫细胞形成和内皮功能障碍
4.2 关键检测技术
4.2.1 基因表达分析
- RT-qPCR：定量检测miRNA、lncRNA和mRNA表达水平
- RNA-seq：全转录组分析，识别差异表达的ncRNAs
- 单细胞RNA-seq（scRNA-seq）：解析细胞异质性，识别细胞类型特异性ncRNAs
4.2.2 功能研究方法
- 反义寡核苷酸（ASOs）：特异性抑制目标ncRNA
- miRNA mimics/inhibitors：上调或下调特定miRNA
- 病毒载体介导的过表达：CRISPR-Cas9、AAV递送系统
- RNA pulldown：鉴定ncRNA-蛋白相互作用
- FISH（荧光原位杂交）：定位ncRNA的细胞内分布
4.2.3 表型分析
- 细胞增殖/迁移/凋亡检测：EdU掺入、Transwell、Annexin V/PI流式分析
- 自噬检测：LC3 puncta、p62降解、ATG7表达
- 脂质代谢分析：胆固醇外排实验、油红O染色
- 钙沉积检测：茜素红染色、定量钙测定
4.3 生物信息学工具
- 靶基因预测：TargetScan、miRanda、DIANA Tools
- 表达数据库：GEO、ArrayExpress
- GWAS分析：全基因组关联研究，识别疾病相关遗传变异
- ncRNA功能注释：lncRNA2Target、miRBase
第五节 主要结论
5.1 ncRNAs调控动脉粥样硬化的整体框架
本章的核心结论是：非编码RNAs在动脉粥样硬化的各个阶段发挥着不可或缺且高度复杂的调控作用。这些分子并非简单的"开关"，而是构成精密调控网络的核心节点，其功能具有时空特异性、疾病阶段依赖性和细胞类型特异性。
5.2 miRNAs的核心作用
-
内皮细胞层面：miR-126-3p/5p发挥抗动脉粥样硬化保护作用，而miR-21-5p、miR-92a-3p等则在氧化应激下促进内皮激活和炎症。
-
VSMC表型转换：miR-143/miR-145对维持收缩表型至关重要，这一发现为理解VSMC在动脉粥样硬化中的可塑性提供了重要视角。
-
炎症调控：miR-155-5p通过靶向BCL6和HMGB1调控巨噬细胞极化和泡沫细胞形成，是迄今研究最充分的动脉粥样硬化相关miRNA。
-
脂质代谢：miR-33a/miR-33b通过靶向ABCA1/ABCG1调控胆固醇外排，虽有治疗潜力但长期抑制的副作用限制了临床应用。
5.3 lncRNAs的多维度调控
lncRNAs在动脉粥样硬化中展现出多维度的调控能力：
- 表观遗传调控：ANRIL通过Polycomb复合物介导的染色质重塑发挥功能
- ceRNA机制：多种lncRNAs作为"海绵"吸附特定miRNAs，间接调控靶基因表达
- 蛋白相互作用：部分lncRNAs直接与蛋白质结合，调控其活性或亚细胞定位
- 组织特异性：SENCR、CARMN等lncRNAs在血管细胞中特异性表达
5.4 circRNAs的双向作用
circRNAs在动脉粥样硬化中展现出保护性和致病性的双重作用，这种复杂性源于：
- 可变环化：同一基因来源的circRNA可能通过不同外显子组合产生功能不同的异构体
- 细胞定位：circRNA的细胞核与细胞质分布决定其不同功能
- 靶点多样性：circRNA可同时作为miRNA海绵和蛋白结合分子
5.5 ncRNA治疗的机遇与挑战
本章提示，基于ncRNAs的治疗策略需要考虑： - 疾病阶段特异性 - 治疗时机的选择 - 长期vs短期效应 - off-target效应的风险
第六节 挑战与开放问题
6.1 当前研究的局限性
6.1.1 因果关系的确定
大多数研究揭示的是相关性而非因果关系。例如，斑块中特定ncRNA的表达变化是疾病的原因还是结果，仍需更严格的实验设计来证实。
6.1.2 动物模型到人类的转化
- 小鼠和人类的ncRNA表达谱存在差异
- 基因组结构非保守性（如ANRIL的小鼠同源区）
- 治疗效果在高等动物中可能不同
6.1.3 机制研究的深度
- 多数研究停留在"靶基因鉴定"层面，深层机制不明
- ncRNA的二级结构如何影响功能？
- ncRNA在细胞间的转运机制（尤其是细胞外囊泡介导的通讯）
6.2 技术挑战
6.2.1 ncRNA的检测与成像
- 循环ncRNAs作为生物标志物的特异性不足
- 缺乏高分辨率的体内ncRNA成像技术
- 单细胞水平ncRNA表达的高通量检测
6.2.2 治疗递送
- 如何将ncRNA靶向递送至特定组织/细胞？
- ASOs和miRNA mimics的免疫原性问题
- 长期给药的安全性和有效性
6.3 重要的科学问题
-
ncRNA网络的稳态维持：正常条件下ncRNA网络如何维持血管稳态？
-
ncRNA的进化意义：为何选择ncRNA而非蛋白质作为关键调控节点？
-
ncRNA作为生物标志物：循环ncRNAs能否预测斑块稳定性？
-
ncRNA药物的临床转化：距离临床应用还有多远？
-
ncRNA之间的crosstalk：不同类型ncRNAs如何相互调控？
6.4 未充分探索的领域
- ncRNAs在斑块消退中的作用
- ncRNAs在性别差异性动脉粥样硬化中的作用
- 微生物组与ncRNAs的相互作用
- ncRNAs在血管衰老中的作用
第七节 个人评述与批判性分析
7.1 对本章写作风格的理解
本章作为一篇综合性综述，展现了以下特点：
优势：
-
系统性整合：作者成功地将散落于大量文献中的ncRNA研究进行了系统化梳理，使读者能够建立整体认识。
-
表格的运用：Table 5.1和Table 5.2将复杂的lncRNA和circRNA信息进行了结构化呈现，便于读者快速定位关键信息。
-
机制与临床的平衡：在详细阐述分子机制的同时不忘联系临床问题，体现了基础研究向临床转化的思维。
不足：
-
深度与广度的取舍：限于篇幅，某些重要ncRNA（如miR-21）仅在多处零散提及，缺乏集中深入的讨论。
-
争议问题的回避：对于领域内的争议性发现（如miR-33抑制的长期效果），作者选择客观呈现数据而未给出明确判断。
-
治疗策略的实践性：虽然提及了治疗潜力，但缺乏关于如何克服递送障碍、提高特异性等实际问题的讨论。
7.2 对研究范式的思考
本章反映出的ncRNA研究范式值得反思：
从"一个ncRNA一个功能"到"ncRNA调控网络"的转变 早期研究倾向于鉴定单个ncRNA的靶基因和功能，但实际生物学中，ncRNAs构成了复杂的调控网络。miRNA可以靶向数百个mRNA，一个lncRNA可以同时作为多个miRNA的海绵。这种网络特性使得简单的"敲低/过表达"实验难以完全揭示ncRNA的真实功能。
疾病阶段依赖性的启示 同一ncRNA在不同疾病阶段可能发挥截然相反的作用（如miR-155在早期和晚期的不同作用）。这提示我们，精准医学时代需要开发动态监测技术，根据疾病阶段调整治疗策略。
circRNA的特殊性 circRNA的环状结构使其比线性RNA更稳定，这一特性使其成为理想的生物标志物和治疗载体。然而，同源基因可变环化产生的不同circRNA异构体可能具有不同功能，这增加了研究的复杂性。
7.3 对个人研究的启发
作为读者，我思考以下问题：
-
多组学整合的必要性：单一ncRNA-seq难以揭示其全部功能，整合蛋白组、代谢组和表观基因组数据将有助于构建更全面的调控网络模型。
-
单细胞技术的应用：Bulk RNA-seq掩盖了细胞异质性。scRNA-seq和空间转录组学将帮助我们理解ncRNAs在不同细胞类型中的精确功能。
-
计算预测与实验验证的结合：虽然生物信息学工具可以预测ncRNA靶点，但实验验证仍然是金标准。如何提高预测的准确性是值得投入的方向。
-
跨学科合作：ncRNA研究需要生物学、计算生物学、药物递送和临床医学等多学科的紧密合作。
7.4 对未来研究的展望
展望未来，我认为以下方向值得关注：
方向一：RNA修饰在ncRNA功能中的作用 本章提及m6A修饰对miR-494-3p功能的影响，但RNA修饰（如m6A、m5C、Ψ）在ncRNA功能和稳定性调控中的作用远未阐明。
方向二：ncRNAs作为液体活检标志物 循环ncRNAs的检测为动脉粥样硬化的无创诊断和预后评估提供了可能。开发高灵敏度、高特异性的检测平台是临床转化的关键。
方向三：基于ncRNA的基因治疗 随着AAV和LNP递送技术的发展，靶向ncRNAs的治疗策略正在从概念走向现实。next-generation ASOs和circRNA-based therapeutics可能克服现有递送障碍。
方向四：精准医学时代的个体化治疗 基于患者基因组和ncRNA表达谱的个体化治疗策略，有望实现动脉粥样硬化的精准干预。
公式汇总
| 编号 | 名称 | 形式 | 物理意义 | 类型 |
|---|---|---|---|---|
| (5.1) | miR-143/miR-145靶基因调控 | \(靶基因 \in \{ACE, ELK1, KLF4, KLF5\}\) | 调控VSMC收缩表型转换 | (T) |
| (5.2) | miR-33靶向ABCA1/ABCG1 | \(ABCA1, ABCG1 \downarrow \rightarrow 胆固醇外排 \downarrow\) | 调控HDL介导的胆固醇外排 | (E) |
| (5.3) | circHIPK3自噬通路 | \(circHIPK3/miR-190b/ATG7\) | 促进内皮细胞自噬，保护功能 | (E) |
| (5.4) | circSQSTM1抗炎机制 | \(circSQSTM1/miR-23b-3p/SIRT1\) | 抑制炎症和氧化应激 | (E) |
| (5.5) | circHIPK3坏死性死亡 | \(circHIPK3/DRP1 \rightarrow 线粒体分裂 \uparrow\) | 促进VSMC坏死性死亡 | (E) |
| (5.6) | ANRIL表观遗传调控 | \(ANRIL \rightarrow Polycomb复合物 \rightarrow 染色质沉默\) | 表观遗传调控炎症基因 | (T) |
注：（T）=理论推导，（E）=经验公式
参考文献说明
本章引用了大量高质量文献，包括：
- GWAS研究：Holdt & Teupser (2018)关于ANRIL的综述
- 里程碑式研究：Rayner et al. (2010, 2011)关于miR-33的研究
- 最新进展：Wang et al. (2024)关于circLONP2的研究
具体文献信息详见原文第984-1468行。
本笔记完