Introduction. Cerebral atherosclerosis (CA) remains a leading cause of ischemic cerebrovascular diseases, while molecular markers characterizing the activity and mechanisms of atherogenesis in cerebral arteries are insufficiently studied. Exosomal microRNA expression may serve as a promising biomarker for CA, reflecting the level of epigenetic regulatory burden.
The study aimed to identify the CA-associated exosomal microRNA profile and evaluate its potential as biomarkers through comparative profiling.
Materials and methods. This prospective study included inpatients of the Research Center of Neurology and Neurosciences: a CA group (n = 43; median age 68 years) with extra-/intracranial atherosclerosis confirmed by angiographic imaging, and a control group with non-atherosclerotic cerebrovascular diseases (n = 17; median age 46 years). Exosomes and exosomal RNA were isolated from blood serum (ExoQuick), followed by amplification (SeraMir) and profiling of 384 microRNAs via real-time PCR. After quality control, 337 endogenous microRNAs were retained for analysis. Normalization was performed using the global mean method with ΔCt calculation; differential expression was assessed with limma (empirical Bayes correction), with significance thresholds set at adjusted p-value < 0.1 and |log2FC| > 0.5. Additionally, a network analysis of microRNA-target genes (miRTarBase/MIENTURNET) with functional annotation was conducted.
Results. Patients with CA exhibited 9 exosomal microRNAs with statistically significant differential expression, with all changes being unidirectional — a decrease of microRNA levels in the CA group: hsa-miR-18a, hsa-miR-539, hsa-miR-20a, hsa-miR-100, hsa-miR-10b, hsa-let-7f, hsa-miR-148b, hsa-miR-187, hsa-miR-374a. Visualization of the top 30 microRNAs with the smallest adjusted p-value revealed a consistent trend toward lower expression in patients with CA, and sample clustering generally corresponded to clinical groups. Network analysis identified hub genes potentially involved in endothelial dysfunction and epigenetic regulation (DNMT1, MSL3, SMCHD1), lipid metabolism and anti-inflammatory signaling (RORA, NCOA6), oxidative stress/macrophage activation (SESN3), vascular smooth muscle cell proliferation (CCND1, CTDSPL2), and cell migration and vascular remodeling (PAFAH1B1, BTBD7).
Conclusion. Cerebral atherosclerosis is associated with a unidirectional decrease in the expression of several microRNAs in circulating exosomes. These findings indicate the potential role of exosomal microRNAs in the CA molecular mechanisms and justify further investigation into their diagnostic and pathogenetic significance.
Введение. Церебральный атеросклероз (ЦА) остаётся одной из ведущих причин ишемических цереброваскулярных заболеваний, при этом молекулярные маркеры, характеризующие активность и механизмы атерогенеза в церебральных артериях, изучены недостаточно. Экзосомальная экспрессия микроРНК может являться перспективным биомаркером ЦА, отражающим уровень эпигенетической регуляторной нагрузки.
Цель исследования — выявить профиль экзосомальных микроРНК, ассоциированный с ЦА, и оценить их потенциал в качестве биомаркеров на основе сравнительного профилирования.
Материалы и методы. В проспективное исследование включены пациенты стационара РЦНН: группа ЦА (n = 43; медиана возраста 68 лет) с атеросклерозом экстра/интракраниальных артерий по данным ангиовизуализации и группа сравнения с неатеросклеротическими формами цереброваскулярной патологии (n = 17; медиана возраста 46 лет). Из сыворотки крови выделяли экзосомы и экзосомальную РНК («ExoQuick»), выполняли амплификацию (SeraMir) и профилирование 384 микроРНК методом ПЦР в реальном времени. После контроля качества для анализа сохранены 337 эндогенных микроРНК. Нормализацию проводили методом глобального среднего с расчётом ΔCt; дифференциальную экспрессию оценивали с использованием limma (эмпирическая байесовская коррекция), критерии значимости: скорректированное значение p < 0,1 и |log2FC| > 0,5. Дополнительно выполнен сетевой анализ микроРНК–таргетных генов (miRTarBase/MIENTURNET) с функциональной аннотацией.
Результаты. У пациентов с ЦА выявлены 9 экзосомальных микроРНК со статистически значимой дифференциальной экспрессией, причём во всех случаях изменения были однонаправленными — снижение уровня в группе ЦА: hsa-miR-18a, hsa-miR-539, hsa-miR-20a, hsa-miR-100, hsa-miR-10b, hsa-let-7f, hsa-miR-148b, hsa-miR-187, hsa-miR-374a. При визуализации топ-30 микроРНК с минимальным скорректированным значением p наблюдалась единая тенденция к более низкой экспрессии у пациентов с ЦА, а кластеризация образцов в целом соответствовала клиническим группам. Сетевой анализ указал на гены-хабы, потенциально вовлечённые в эндотелиальную дисфункцию и эпигенетическую регуляцию (DNMT1, MSL3, SMCHD1), липидный обмен и противовоспалительный сигналинг (RORA, NCOA6), окислительный стресс/активацию макрофагов (SESN3), пролиферацию гладкомышечных клеток сосудов (CCND1, CTDSPL2), клеточную миграцию и сосудистое ремоделирование (PAFAH1B1, BTBD7).
Заключение. Церебральный атеросклероз ассоциирован с однонаправленным снижением экспрессии ряда микроРНК в составе циркулирующих экзосом. Полученные данные указывают на потенциальную роль экзосомальных микроРНК в молекулярных механизмах ЦА и обосновывают целесообразность дальнейших исследований их диагностического и патогенетического значения.