綜 述
循環(huán)miR-208在心血管疾病中的價值探索
自從1954年發(fā)現(xiàn)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性在急性心肌梗死患者血清中升高以來,已經(jīng)有越來越多的心臟標(biāo)記物被發(fā)現(xiàn),并在心臟病的診斷、治療和預(yù)測中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近年來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞可通過分泌形式使微小RNA(miRNA)進(jìn)入外周血并在外周血中穩(wěn)定存在,因而使其具有潛在診斷疾病的意義。隨著miRNA在心臟發(fā)育及心血管疾病發(fā)生發(fā)展中功能的逐步闡明,加之miRNA檢測手段的不斷成熟,人們開始將目光轉(zhuǎn)向了心血管疾病miRNA標(biāo)志物的發(fā)掘,并很快取得了一定的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn) miRNA(miR-208a、miR-208b)特異性地表達(dá)于心臟,但其是否在急性心肌梗死患者的早期外周血中就有升高及這種升高是否具有診斷意義近幾年才得到大量學(xué)者的注意。2009年Naoharu課題組首次將miRNA作為生物標(biāo)記物引入心血管疾病的診斷鄰域,之后國內(nèi)外研究者相繼報(bào)道了有關(guān)急性心肌梗死(AMI)循環(huán)miRNA的診斷研究。結(jié)果顯示,循環(huán) miR-499、miR-208a、miR-208b 在早期心肌缺血后即刻升高,診斷效能優(yōu)于目前臨床常用的心肌缺血生物標(biāo)記物,如超敏心肌肌鈣蛋白T highsensitivity cardiac troponin T,hs-cTnT)、肌鈣蛋白(cardiac troponin,cTn)、肌酸激酶同工酶、肌紅蛋白等[1-3]。所以miRNA的發(fā)現(xiàn)為臨床早期診斷心血管疾病提供了一個全新的思路,為更進(jìn)一步揭示心血管疾病的病理生理過程提供了新的研究途徑。
MiRNA是小的、內(nèi)源性轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物,是基因表達(dá)的調(diào)控者,在真核生物中普遍存在[4]。其作為一種微型調(diào)節(jié)分子,在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控蛋白質(zhì)的表達(dá),進(jìn)而參與幾乎所有生命體的生理和病理過程。這些長20~24個核苷酸(nt)的RNA基因主要位于蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子區(qū)和基因間隔區(qū),主要由RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)轉(zhuǎn)錄,也有一些由RNA聚合酶Ⅲ(PolⅢ)轉(zhuǎn)錄,它們可調(diào)節(jié)許多生理過程,包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡和發(fā)育[5-7]。編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的輔助下形成3′polyA尾及5′加帽的初級miRNAs(pri-miRNA),并伴有蛋白編碼基因合成。隨后pri-miRNA折疊成具有獨(dú)特發(fā)夾的二級結(jié)構(gòu),這些發(fā)夾是pri-miRNA的特異性結(jié)構(gòu),憑此可與細(xì)胞核中其他RNA相區(qū)別。這種結(jié)構(gòu)可被一種微型處理復(fù)合體識別和剪切,該復(fù)合體由核糖核酸酶Drosha(核糖核酸酶Ⅲ/RNaseⅢ)、RNA結(jié)合蛋白DGCR8和其他蛋白質(zhì)構(gòu)成[8,9]。剪切后得到一段長約60 nt的莖-環(huán)狀的前體miRNA(pre-mi RNA)[9],pre-miRNA通過GTP依賴性核質(zhì)/細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exprotin-5從核膜轉(zhuǎn)運(yùn)至胞質(zhì)[10]。PremiRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后被核糖核酸酶Dicer(另一種RNaseⅢ)切割形成19~24 nt的雙鏈成熟miRNAs。
MiR-208是由2個成員構(gòu)成的高度保守的miRNA家族,稱為miR-208a和miR-208b。兩者具有極為相似的核苷酸序列[11]。2009年以前認(rèn)為miR-208只由單獨(dú)的一個成員構(gòu)成,直到2009年該家族中另外一個成員才被發(fā)現(xiàn),至此miR-208被重新命名為miR-208a,新成員命名為miR-208b[12]。后來,另一種稱為miR-499的miRNA基于其序列同源性和組織表達(dá)形式的相似性也被納入該家族當(dāng)中。MiR-208a在心臟中通過Myh6基因的第29號內(nèi)含子編碼并表達(dá),miR-208b則通過Myh7基因的第37號內(nèi)含子編碼并在心臟和骨骼肌中表達(dá)[12]。該家族的第3號成員miR-499由與前者緊密相關(guān)的基因Myh7b的第19號內(nèi)含子編碼。這三種miRNAs(miR-208a、miR-208b、miR-499)依次控制著心臟的肌球蛋白容量、肌纖維和肌肉性能[13]。在嚙齒類動物,miR-208b在胚胎心臟中大量表達(dá),直到成年它的表達(dá)水平下降;相反,miR-208a在心臟的發(fā)育期只處于低表達(dá)水平,而在成年后成了主要的表達(dá)基因。從胚胎期miR-208b的表達(dá)到出生后miR-208a表達(dá)的轉(zhuǎn)換表明,miR-208a和miR-208b以相同的mRNAs為靶點(diǎn),只是在不同的發(fā)育時期表現(xiàn)不同而已[14]。這清楚地揭示,miR-208b通過緩慢激活和快速抑制的肌纖維基因程序在心肌纖維特性的表達(dá)中起著關(guān)鍵性的作用。
最新研究表明,miRNA可穩(wěn)定存在于人類血液、唾液、尿液等體液中,作為生物標(biāo)志物用于腫瘤、肌肉損傷、炎癥疾病等多種疾病[15,16]。MiRNAs是多種疾病調(diào)節(jié)因子,在心血管疾病中的作用也越來越被研究者重視。特別是在miRNAs與動脈粥樣硬化斑塊的形成、心梗后血管再生與miRNAs的病理生理機(jī)制,miRNAs參與心肌重構(gòu)的發(fā)生發(fā)展方面吸引了很多目光。2007年Van Rooij鑒定出心臟特異表達(dá)的miRNA——miR-208。研究表明,在心臟中miR-208a的表達(dá)不僅僅受發(fā)育調(diào)節(jié),并且在一些病理過程中將喪失這種調(diào)節(jié)。心肌的收縮性依賴于MHC兩種亞型即a-MHC和b-MHC的表達(dá),兩者比例的變化將導(dǎo)致心肌過度肥大、纖維化和對心臟收縮功能的嚴(yán)重影響。的確,心肌中b-MHC表達(dá)的增加是心肌肥厚和心衰的共同特征,最終將導(dǎo)致心輸出量的降低和造成終末期心衰微弱的收縮功能。在成人心臟中,機(jī)械應(yīng)激和甲狀腺功能減退都可誘發(fā)a-MHC亞型到b-MHC亞型的轉(zhuǎn)換[9]。
在小鼠中miR-208a基因的丟失可導(dǎo)致大量快骨骼肌收縮蛋白基因的顯著表達(dá),而這些基因在正常情況下是不表達(dá)的。通過對Med13(也被稱為THRAP1)的直接抑制可誘導(dǎo)這種骨骼肌基因序列的激活。Med13是一種甲狀腺激素胞核受體。在成人心臟中Med13參與甲狀腺激素的信號傳導(dǎo)以此來抑制b-MHC的表達(dá)。然而在心臟,miR-208a的過度表達(dá)將造成Med13的顯著表達(dá)從而導(dǎo)致b-MHC表達(dá)的增加。所以,miR-208a高水平的表達(dá)與小鼠心臟的心率不齊、心肌纖維化和肥大性生長相關(guān),并與擴(kuò)張型心肌病患者的不良臨床后果也具有一定相關(guān)性。因此,miR-208a的高水平表達(dá)可作為心臟性死亡和心衰的有力預(yù)測因子[17]。另一方面研究表明,miR-208b與心肌纖維、心肌肥厚、心力衰竭和心肌缺血形成有關(guān)[18]。王大志課題組的研究發(fā)現(xiàn),miR-208家族的兩個亞型miR-208a和miR-208b分別由位于α亞型肌球蛋白重鏈和β亞型肌球蛋白重鏈(β-myosin heavy chain)基因的內(nèi)含子編碼,并且miR-208a與α亞型肌球蛋白重鏈之間存在協(xié)同表達(dá);同時證明miR-208a通過靶向作用于GATA結(jié)合蛋白4(GATA4),調(diào)節(jié)心臟轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),進(jìn)而在心肌肥厚性增長和心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用[19]。2009年8月,Naoharu課題組以大鼠為研究對象,芯片分析大鼠各組織miRNA的表達(dá)譜,確定miR-208特異性表達(dá)于心臟,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該miRNA是否能作為心肌損傷的診斷標(biāo)志物。結(jié)果發(fā)現(xiàn),正常大鼠血漿檢測不到miR-208,異丙腎上腺素處理后明顯升高,3 h達(dá)到峰值,24 h后明顯下降,但仍然保持較高水平,與cTnI的變化呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。此外研究人員發(fā)現(xiàn),在腎梗模型、雙腎切除和心肌肥大模型大鼠的血漿中檢測不到miR-208,進(jìn)而證明miR-208作為心肌損傷的特異性標(biāo)志物,不會受到非特異性損傷的干擾,也不受腎功能的影響[20,21]。也有研究表明,體外采用大鼠H9c2細(xì)胞,用TritonX-100破壞大鼠H9c2細(xì)胞,觀察細(xì)胞培養(yǎng)液中miR-208b的變化趨勢和表達(dá)量改變,發(fā)現(xiàn)隨著TritonX-100濃度的增加,大鼠H9c2心肌細(xì)胞壞死數(shù)量增加,細(xì)胞上清液miR-208b含量增加,心肌細(xì)胞壞死數(shù)量與細(xì)胞上清液miRNAs含量呈正相關(guān),從而揭示急性冠脈綜合征(ACS)患者血漿miR-208b可以從受損心肌細(xì)胞釋放入血,導(dǎo)致血漿中相應(yīng)表達(dá)水平變化,miR-208b可能作為ACS患者診斷及急性心梗和心衰鑒別診斷的敏感指標(biāo)。
以往研究提示,循環(huán)miRNA可能是在磷脂雙分子膜的保護(hù)下,以分泌體或微小泡的形式穩(wěn)定存在于血漿中,從而可耐受諸如反復(fù)凍融、極端pH(pH 1~13),以及核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶處理3 h;與此同時,試劑盒的逐漸推廣大大簡化了循環(huán)miRNA的提取步驟,這些都使那些易在血漿中檢出的心臟特異性miRNA得到更多的關(guān)注[22]。另一方面,目前臨床所應(yīng)用的AMI實(shí)驗(yàn)室標(biāo)記物在患者癥狀發(fā)作后的4 h內(nèi)并不是持續(xù)升高,這就需要反復(fù)檢測,阻礙了AMI早期診斷[23]。鑒于AMI起病急、發(fā)病率高和病死率高等特點(diǎn),早預(yù)防、早診斷,以及科學(xué)的評估預(yù)后控制其發(fā)生發(fā)展顯得尤為重要。因此,深入研究新的具有高診斷效能的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)記物不僅具有學(xué)術(shù)價值,更具有應(yīng)用前景。
Devaux等[24]選取了胸痛發(fā)作<12 h,確診AMI的510例患者作為試驗(yàn)組,其中ST段抬高心肌梗死(STEMI)397 例,非 STEMI(NSTEMI)113 例;對照組選取87名健康志愿者。就診后即刻采血、離心提取血漿,檢測miRNA。研究發(fā)現(xiàn),所有AMI患者的miR-208b較對照組顯著升高(>105倍),并且在對照組中幾乎檢測不到。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),STEMI患者的miR-208b較NSTEMI患者顯著升高(>8倍),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另一方面,miR-208b與傳統(tǒng)AMI標(biāo)記物具有顯著相關(guān)性,其中與hs-cTnT初始濃度呈正相關(guān)。為了進(jìn)一步確認(rèn)miR-208a作為心梗標(biāo)志物的特異性,Qing研究組檢測了急性腎損傷8例)、慢性腎功能衰竭(11例)、卒中(11例)、外傷(9例)患者血漿中該miRNA的含量,結(jié)果在這些患者中均檢測不到循環(huán)miR-208a的存在。這提示miR-208a是一個診斷急性心梗更為可靠的生物標(biāo)志物。為了驗(yàn)證miR-208a是否能夠更早反映急性心梗的發(fā)生,他們檢測了急性心?;颊咝赝窗l(fā)生早期(3例)血漿中的miR-208a,發(fā)現(xiàn)該miRNA能夠比cTnI更為快速(1~4 h)地反映急性心梗的發(fā)生。對急性心?;颊撸?例)治療(經(jīng)皮冠狀動脈介入治療和常規(guī)藥物治療)出院后的2個月隨訪發(fā)現(xiàn),血清中檢測不到miR-208a的存在。而需要指出的是,動物學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,冠狀動脈結(jié)扎1 h后血漿miR-208a含量便開始升高,3 h達(dá)峰值,6~12 h開始下降,24 h恢復(fù)到檢測不到的水平[25]。這提示,miR-208a同樣對心梗臨床治療效果的評估及預(yù)后意義可能不是很大,miR-208a可能更適用于早期診斷[26]。
越來越多的研究顯示,AMI發(fā)生后心臟特異性循環(huán)miRNA表達(dá)明顯升高,其診斷效能不俗。這門新興的研究日趨成熟,并且更為經(jīng)濟(jì)的檢測技術(shù)也在不斷開發(fā)中。國外已有研究報(bào)道,可以檢測AMI患者尿中miRNA的含量變化做出診斷,從而使檢測技術(shù)更加簡單化。深入研究心臟特異性循環(huán)miRNA在AMI診療評估體系中的作用,協(xié)同目前臨床應(yīng)用ACS風(fēng)險(xiǎn)評估,例如GRACE和HEART評分系統(tǒng),更是具有重大的臨床意義。有理由相信在不久的將來,心臟特異性循環(huán)miRNA將很有可能成為AMI新型實(shí)驗(yàn)室標(biāo)記物。
[1]Adachi T,Nakanishi M,Otsuka Y,et al.Plasma microRNA 499 as a biomarker of acute myocardial infarction.Clin Chem,2010,56:1183-1185.
[2]Schulte C,Zeller T.microRNA-based diagnostics and therapy in cardiovascular disease-Summing up the facts.Cardiovasc Diagn Ther,2015,5:17-36.
[3]Wang JX,Jiao JQ,Li Q,et al.miR-499 regulates mitochondrial dynamics by targeting calcineurin and dynamin-related protein-1.Nat Med,2011,17:71-78.
[4]Colombo T,F(xiàn)arina L,Macino G,et al.A Rising Star among Oncogenic Long Noncoding RNAs.Paci P Biomed Res Int,2015,2015:304208.
[5]Singh PK,Singh AV,Chauhan DS.Current understanding on microRNAs and its regulation in response to Mycobacterial infections.Biomed Sci,2013,20:14.
[6]Zhang C.MicroRNAs in vascular biology and vascular disease.Cardiovasc Transl Res,2010,3:235-240.
[7]Kukreja RC,Yin C,Salloum FN.MicroRNAs:new players in cardiac injury and protection.Mol Pharmacol,2011,80:558-564.
[8]Nishiguchi T,Imanishi T,Akasaka T.MicroRNAs and cardiovascular disease.Biomed Res Int,2015,2015:682857.
[9]Kalozoumi G,Yacoub M,Sanoudou D.MicroRNAs in heart failure:Small molecules with major impact.Glob Cardiol Sci Pract,2014,18:79-102.
[10]Abdelfattah AM,Park C,Choi MY.Update on non-canonical microRNAs.Biomol Concepts,2014,5:275-287.
[11]Vagner OC,Vitor OC,Edimar AB.The emerging role of miR-208a in the heart.Mary Ann Liebert,2013,32:8-12.
[12]Kslozoumi G,Yacoub M,Sanoudou D.MicroRNAs in heart failure:Small molecules with major impact.Glob Cardiol Sci Pract,2014,2014:79-102.
[13]Gama-Carvalho M,Andrade J,Bras-Rosario L.Regulation of Cardiac CellFate by microRNAs:ImplicationsforHeart Regeneration.Cells,2014,3:996-1026.
[14]Widmer RJ,Chung WY,Herrmann J,et al.The association between circulating microRNA levels and coronary endothelial function.PLoS One,2014,9:e109650.
[15]Crosbie PA,Shah R,Summers Y,et al.Prognostic and predictive biomarkers in early stage NSCLC:CTCs and serum/plasma markers.Transl Lung Cancer Res,2013,2:381-397.
[16]QiP, Cheng SQ.Serum microRNA asbiomarkersfor hepatocellularcarcinoma in Chinese patients with chronic hepatitis B virus infection.Plos One,2011,6:84-86.
[17]Satoh M,Minami Y,Takahashi Y,et al.Expression of microRNA-208 is associated with adverse clinical outcomes in human dilated cardiomyopathy.Card Fail,2010,16:404-410.
[18]Corsten MF, DennertR, JochemsS, etal.Circulating microRNA-208b and microRNA-499 reflect myocardial damage in cardiovascular disease.Circ Cardiovasc Genet,2010,3:499-506.
[19]Sayed AS,Xia K,Yang TL,et al.Circulating microRNAs:a potential role in diagnosis and prognosis of acute myocardial infarction.Dis Markers,2013,35:561-566.
[20]Chen Y,Yang W,Wang GN,et al.Circulating microRNAs,novel biomarkers of acute myocardial infarction:a systemic review.World J Emerg Med,2012,3:257-260.
[21]Weiland M,Gao XH,Zhou L,et al.Small RNAs have a large impact:circulating microRNAs as biomarkers for human diseases.RNA Biol,2012,9:850-859.
[22]Ailawadi S,Wang X,Gu H,et al.Pathologic function and therapeutic potential of exosomes in cardiovascular disease.Biochim Biophys Acta,2015,1852:1-11.
[23]Dekker MS,Mosterd A,Hof AW,et al.Novel biochemical markersin suspected acutecoronarysyndrome:systematic review and critical appraisal.Heart,2010,96:1001-1010.
[24]Devanx Y,Vausort M,Goretti E,et al.Use of circulating microRNAs to diagnose acute myocardial infarction.Clin Chem,2012,58:559-567.
[25]Wang GK,Zhu JQ,Zhang JT,et al.Circulating microRNA:a novel potential biomarker for early diagnosis of acute myocardial infarction in humans.Eur Heart,2010,31:659-666.
[26]Bronze-da-Rocha E.MicroRNAsexpression profilesin cardiovascular disease.Biomed Res Int,2014,2014:985408.
The value exploration of circulation miR-208 in cardiovascular disease
張一凡 謝蓮娜 司瑞 郭文怡
微小RNA; 心血管疾病; 急性心肌梗死; 早期診斷
MicroRNA; Cardiovascular disease; Acute myocardium infarction; Early diagnosis
116001 遼寧省大連市,大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院循環(huán)四科
謝蓮娜,E-mail:xieln1963@163.com
10.3969/j.issn.1672-5301.2015.08.002
R54
A
1672-5301(2015)08-0678-04
2015-04-08)