微小核糖核酸與冠心病關(guān)系的研究進(jìn)展

陸永光綜述,李浪審校

微小核糖核酸與冠心病關(guān)系的研究進(jìn)展

陸永光綜述,李浪審校＊

微小核糖核酸是一類(lèi)由18～25個(gè)核苷酸所構(gòu)成的內(nèi)源性非編碼小核糖核酸分子,廣泛參與哺乳動(dòng)物基因的調(diào)控,在細(xì)胞分化、增殖、凋亡等生物學(xué)過(guò)程中具有重要的作用。微小核糖核酸參與了心肌重構(gòu),缺血性心律失常,心肌細(xì)胞壞死、凋亡,心肌保護(hù),心肌梗死后血管再生以及動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成和不穩(wěn)定等病理生理過(guò)程,在冠心病發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要的角色。

微小核糖核酸;冠心病

微小核糖核酸(miRNA)是一類(lèi)由 18～25個(gè)核苷酸所構(gòu)成的內(nèi)源性非編碼小核糖核酸(RNA)分子。既往研究認(rèn)為m iRNA只是一些不具有功能特性的小 RNA片段,但近年來(lái)研究證實(shí),miRNA作為基因表達(dá)的負(fù)性調(diào)控因素,對(duì)靶信使核糖核酸(mRNA)的穩(wěn)定及翻譯效率起到重要的調(diào)控作用。根據(jù)生物信息學(xué)預(yù)測(cè)表明,哺乳動(dòng)物的 miRNA參與調(diào)控大約 30%蛋白的表達(dá)[1]。2005年,Zhao等[2]首先對(duì)miRNA在心血管疾病中的作用進(jìn)行研究。目前,已經(jīng)證實(shí) miRNA在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成和不穩(wěn)定,心肌梗死后心肌細(xì)胞壞死、凋亡,心肌保護(hù),缺血性心律失常,心肌梗死后的血管再生、心肌重構(gòu)等冠心病發(fā)生、發(fā)展過(guò)程相關(guān)的病理生理機(jī)制中具有重要的作用。

1 微小核糖核酸的生物形成和基因調(diào)控機(jī)制

在真核生物中,miRNA首先在RNA聚合酶Ⅱ的介導(dǎo)下,以長(zhǎng)的 miRNA前體(pri-m iRNA)形式從基因組中被轉(zhuǎn)錄出來(lái),然后被 Drosha樣的核糖核酸酶Ⅲ內(nèi)切酶和(或)剪接體組分切割成大約 60～70核苷酸的p ri-miRNA復(fù)合物。隨后,pri-miRNA通過(guò) Ran-GTP及其受體輸出蛋白 5轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞核。在細(xì)胞質(zhì)中,Dicer樣內(nèi)切酶切割 pri-m iRNA,形成 18～25個(gè)核苷酸的雙鏈 miRNA。最后,成熟的miRNA轉(zhuǎn)配進(jìn)核蛋白體形成 RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物,執(zhí)行 RNA干擾相關(guān)生物學(xué)功能。成熟的m iRNA能夠與靶mRNA通過(guò) 3'UTR的堿基配對(duì)部分或完全互補(bǔ),從而阻抑翻譯。如果miRNA與靶mRNA不完全互補(bǔ),則只是阻抑翻譯而不影響其穩(wěn)定性,如果是完全互補(bǔ),則 mRNA可被類(lèi)似小干擾 RNA的機(jī)制降解[3]。m iRNA參與了廣泛的基因調(diào)控,同一個(gè)miRNA可調(diào)控多個(gè)靶基因,而同一個(gè)靶基因也可受多個(gè) miRNA的調(diào)控。

2 微小核糖核酸與心肌重構(gòu)

心肌梗死不僅導(dǎo)致心肌細(xì)胞壞死、凋亡,還可累及血管床和心肌外膠原組織,從而導(dǎo)致心肌重構(gòu)和心功能不全。在心力衰竭模型中,間質(zhì)纖維組織微小核糖核酸(miR)-21表達(dá)明顯增加,阻抑miR-21表達(dá)則可以明顯抑制心肌間質(zhì)纖維化,改善心功能[4]。Roy等[5]研究證實(shí),m iR-21同樣參與了心肌梗死后的心肌重構(gòu)過(guò)程。心肌梗死后m iR-21表達(dá)增高,且定位于心肌梗死區(qū)的心肌成纖維細(xì)胞,磷酸酶與張力蛋白同源物是 miR-21的靶基因。m iR-21通過(guò)下調(diào)PTEN基因表達(dá)而使基質(zhì)金屬蛋白酶-2表達(dá)增加,參與心肌重構(gòu)。研究表明,心肌梗死后下調(diào) miR-29的表達(dá),可導(dǎo)致心肌纖維化和心肌重構(gòu)。因此,上調(diào)m iR-29的表達(dá),有可能作為一種防治心肌纖維化,改善心肌重構(gòu)的治療手段。此外 ,miR-15b、miR-199、miR-214、m iR-150也參與了心肌重構(gòu)的過(guò)程。心肌梗死后心肌組織愈合的過(guò)程中,心肌細(xì)胞肥大、凋亡和纖維化發(fā)生在不同的心肌區(qū)域,并且呈動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程,上述 miRNA可能在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著不同的作用[6]。

3 微小核糖核酸與缺血性心律失常

心律失常是急性心肌梗死早期常見(jiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥,惡性心律失常如室性心動(dòng)過(guò)速、心室顫動(dòng)或心臟停搏是冠心病患者發(fā)生心原性猝死的主要原因。近年來(lái)研究證實(shí),miRNA參與了心律失常的病理生理過(guò)程,其機(jī)制主要與調(diào)控心臟電活動(dòng)相關(guān)蛋白的表達(dá)有關(guān)。Yang等[7]研究證實(shí),在冠心病患者心肌組織中m iR-1的表達(dá)水平明顯增高。在大鼠心肌梗死動(dòng)物模型中,m iR-1增高和心律失常的發(fā)生密切相關(guān),miR-1特異性反義寡聚核苷酸可明顯減少心律失常的發(fā)生。miR-1主要通過(guò)與靶基因縫隙連接蛋白CX43和鉀內(nèi)向整流通道超家族 J成員 2結(jié)合,抑制其蛋白表達(dá),干擾心肌間電傳導(dǎo)和細(xì)胞膜電位的形成而參與心律失常的發(fā)生。β腎上腺素能受體—環(huán)磷酸腺苷—蛋白激酶A信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路也可刺激miR-1的表達(dá),參與缺血相關(guān)性心律失常的發(fā)生[8]。Bostjancic等[9]研究表明,急性心肌梗死死亡的患者心肌梗死邊緣區(qū)的miR-1明顯增高,miR-1增高者出現(xiàn)惡性心律失常機(jī)率明顯增加。此外,在糖尿病大鼠心臟中,miR-133也可通過(guò)調(diào)節(jié)心電活動(dòng)關(guān)鍵蛋白的表達(dá)參與心律失常發(fā)生[10]。上述研究表明,miRNA與冠心病患者心肌缺血、梗死所發(fā)生心律失常密切相關(guān),通過(guò)調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)可以對(duì)心律失常進(jìn)行干預(yù),miRNA有望成為心律失常治療的新的靶點(diǎn)。

4 微小核糖核酸與心肌損傷和心肌保護(hù)

目前與缺血性心肌損傷、心肌保護(hù)及修復(fù)相關(guān) miRNA表達(dá)及功能的研究主要集中在心肌梗死后miRNA的作用及其機(jī)制方面。在大鼠心肌梗死后的不同時(shí)間段,通過(guò) miRNA基因芯片可篩查出不同的 m iRNA表達(dá)水平改變[11]。在急性心肌梗死患者外周血中也可檢測(cè)到 miR-1,miR-133a/b和m iR-208等的表達(dá)水平改變[12]。有研究表明,一些在心肌梗死早期增高的 miRNA如m iR-1和miR-208與血清肌酸激酶同工酶呈顯著正相關(guān),可以作為急性心肌梗死早期的標(biāo)志物[13]。因此,目前已經(jīng)有許多研究開(kāi)始探討miRNA在心肌梗死后不同階段參與和不同的病理生理過(guò)程中的作用及其機(jī)制。

m iRNA通過(guò)多種途徑參與了心肌梗死后心肌損傷,Shan等[14]研究證實(shí),在大鼠心肌梗死模型中,miR-1和 miR-206表達(dá)顯著上調(diào),從而使靶基因類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子 1的蛋白表達(dá)減少,半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 3活性增加,誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡。在缺血再灌注大鼠模型中,過(guò)表達(dá) miR-320可使其靶基因熱休克蛋白 20表達(dá)下調(diào),壞死和凋亡心肌細(xì)胞增加,心肌梗死范圍擴(kuò)大[15]。心肌缺血再灌注損傷后 miR-320表達(dá)下調(diào)可能是心肌細(xì)胞的一種內(nèi)源性的自我保護(hù)機(jī)制。

部分 miRNA也參與了心肌缺血后的心肌保護(hù)過(guò)程,目前已有幾項(xiàng)研究證實(shí)了 miR-21的心肌保護(hù)作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí),缺血預(yù)適應(yīng)可顯著上調(diào)m iR-21的表達(dá),并通過(guò)下調(diào)靶基因程序性細(xì)胞死亡因子 4,抑制其下游的轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白質(zhì)1的激活,從而抑制心肌凋亡[16]。Yin等[17]研究證實(shí),缺血預(yù)適應(yīng)誘導(dǎo)表達(dá)上調(diào)的 miR-21具有和缺血預(yù)適應(yīng)延遲相相似的心肌保護(hù)作用。

m iRNA可通過(guò)調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞、內(nèi)皮祖細(xì)胞和促血管生長(zhǎng)因子的功能參與心肌局部缺血組織的修復(fù)過(guò)程。Wang等[18]研究證實(shí),在大鼠心肌梗死動(dòng)物模型中,miR-126通過(guò)和靶基因Spred-1結(jié)合,抑制其蛋白表達(dá),從而使促細(xì)胞分裂原活化蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路下游產(chǎn)物內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子表達(dá)上調(diào),促進(jìn)血管的形成和維持血管完整性。抑制 miR-92a的表達(dá)可以顯著增加心肌梗死后的血管數(shù)量,減小梗死范圍,改善左心室收縮和舒張功能[19]。在糖尿病大鼠模型中,m iR-320下調(diào)類(lèi)胰島素生長(zhǎng)因子 1蛋白表達(dá)導(dǎo)致糖尿病心肌微血管再生受損[20]。臨床研究證實(shí),冠心病患者外周血內(nèi)皮祖細(xì)胞中 miR-221/222表達(dá)顯著高于正常對(duì)照組,miR-221/222和內(nèi)皮祖細(xì)胞數(shù)量呈負(fù)相關(guān),m iR-221/222可能參與了調(diào)控冠心病患者血管內(nèi)皮損傷和參與血管新生的過(guò)程[21]。此外,體外研究證實(shí),miR-92a、m iR-27b、m iR-130等也參與了調(diào)控血管再生[19],而這些m iRNA在體內(nèi)和病理生理狀態(tài)下的功能及作用機(jī)制仍有待深入研究。

5 微小核糖核酸與動(dòng)脈粥樣硬化

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化是冠心病主要的病理基礎(chǔ),單核/巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和 T淋巴細(xì)胞尤其是 CD 4+T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)參與了冠狀動(dòng)脈動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。CD 4+T淋巴細(xì)胞特別是分泌干擾素-γ和腫瘤壞死因子-α的 Th1細(xì)胞可以通過(guò)分泌的效應(yīng)分子,活化動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的巨噬細(xì)胞或直接影響斑塊的穩(wěn)定,導(dǎo)致急性冠狀動(dòng)脈綜合征。研究證實(shí),miRNA參與了 CD 4+T淋巴細(xì)胞活化的過(guò)程,抗CD3抗體刺激活化的 T淋巴細(xì)胞 miR-21、miR-22、m iR-24、miR-103、miR-155和 miR-204的表達(dá)明顯上調(diào),而 miR-16,m iR-26,m iR-30b/c,m iR-150和 miR-181的表達(dá)下調(diào)[22]。因此,T淋巴細(xì)胞活化相關(guān)的 miRNA直接或間接的參與了冠心病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。Guo等[23]研究表明,急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者外周血單個(gè)核細(xì)胞 miR-146a表達(dá)明顯上調(diào),通過(guò)和靶基因 T細(xì)胞表達(dá)的 T盒和核轉(zhuǎn)錄因子p65結(jié)合而抑制其蛋白的表達(dá),從而影響 Th1的分化和效應(yīng)分子的分泌,并可調(diào)控 Th1/Th2的平衡。Chen等[24]研究證實(shí),m iR-125a-5p可通過(guò)調(diào)控氧化低密度脂蛋白刺激的單核細(xì)胞過(guò)程中的炎癥反應(yīng)和脂類(lèi)攝取,從而起到抑制動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生、發(fā)展和穩(wěn)定斑塊的作用。以上研究表明,miRNA直接或間接的參與了冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的病理生理過(guò)程,通過(guò)調(diào)控miRNA的表達(dá),可能對(duì)延緩動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展和穩(wěn)定斑塊,減少心血管事件的發(fā)生具有重要的意義。

6 藥物治療對(duì)微小核糖核酸的調(diào)控作用

鑒于 miRNA通過(guò)不同途徑和不同機(jī)制參與了冠心病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程,目前已有研究通過(guò)藥物治療調(diào)控 miRNA的表達(dá),已達(dá)到防治冠心病的目的。Lu等[8]研究證實(shí),在大鼠急性心肌梗死動(dòng)物模型中,給予β腎上腺素能受體拮抗劑普奈洛爾治療,可以阻斷β腎上腺素能受體—環(huán)磷酸腺苷—蛋白激酶A信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活,抑制m iR-1的表達(dá)。還有研究證實(shí),中成藥丹參酮ⅡA亦可通過(guò)調(diào)控m iR-1的表達(dá),減少缺血性心律失常的發(fā)生[25]。Ye等[26]研究證實(shí),在大鼠缺血再灌注動(dòng)物模型中,過(guò)氧化物酶體增生物激活受體(PPAR)-γ激動(dòng)劑吡格列酮通過(guò)減少 miR-29a/c的表達(dá),使抗凋亡基因 Mcl-1基因的表達(dá)增加,減少心肌細(xì)胞凋亡和心肌梗死面積。冠心病患者循環(huán)血 miR-221/222和EPCs呈負(fù)相關(guān),阿托伐他汀治療可以抑制m iR-221/222的表達(dá)[21]。盡管目前對(duì)藥物調(diào)控 miRNA表達(dá)的機(jī)制進(jìn)行了有益的探索,但除化學(xué)合成的 miRNA特異性反義寡聚核苷酸外,尚無(wú)特異性的 miRNA調(diào)控藥物。因此,現(xiàn)有治療心血管疾病的藥物對(duì)miRNA的調(diào)控作用及其機(jī)制尚待進(jìn)一步研究,而針對(duì)miRNA調(diào)控的靶向性和特異性藥物有待開(kāi)發(fā)。

7 展望

雖然目前 miRNA在冠心病中的研究取得了重大的進(jìn)展,但仍屬于起步階段,而且仍不斷有與冠心病相關(guān)的 m iRNA被發(fā)現(xiàn)。miRNA通過(guò)不同途徑參與了冠心病發(fā)生、發(fā)展的病理生理過(guò)程,冠心病發(fā)生、發(fā)展的不同階段 miRNA表達(dá)和作用亦不盡相同,而且由于miRNA調(diào)控靶mRNA的復(fù)雜性,以及其下游存在著復(fù)雜的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,眾多 miRNA在冠心病中的生物學(xué)功能尚未闡明。因此,有必要對(duì)與冠心病相關(guān) miRNA的基因調(diào)控機(jī)制及其生物學(xué)功能進(jìn)行進(jìn)一步深入研究,從而為冠心病的防治和藥物開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和臨床證據(jù)。

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(編輯：漆利萍)

530021 廣西壯族自治區(qū)南寧市,廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 心血管內(nèi)科

作者介紹：陸永光 主治醫(yī)師 博士研究生 主要研究方向：冠心病介入診治 Email：lyg696@hotmail.com 通訊作者：李浪 Email：lilang99@hotmail.com

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1000-3614(2010)06-0484-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2010.06.023

2010-03-23)