微小RNA與心臟電重構(gòu)的研究進(jìn)展*

劉長(zhǎng)召 王玲 陳文江 陳燦

miRNA是近年來研究的熱點(diǎn)，廣泛存在于真核生物體內(nèi)，在進(jìn)化中高度保守，其自身沒有編碼功能，但是可通過與靶基因mRNA完全或不完全互補(bǔ)配對(duì)，介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄后負(fù)向調(diào)控，參與體內(nèi)許多的病理生理過程，如細(xì)胞的增殖、分化、凋亡、個(gè)體發(fā)育等[1]。miRNA在不同的種屬、器官、組織和細(xì)胞可能有著不同的表達(dá)譜，而且在病理狀態(tài)下miRNA亦存在表達(dá)差異。

心臟性猝死的發(fā)病率逐年上升，據(jù)估計(jì)美國(guó)每年約發(fā)生500 000起心源性猝死事件，其中90%以上由室性心動(dòng)過速、室顫等惡性心律失常引起[2]。自律性增加、折返以及觸發(fā)激動(dòng)是心律失常發(fā)生的三大機(jī)制。目前的研究表明，心臟的電重構(gòu)和結(jié)構(gòu)重構(gòu)是心律失常發(fā)生和持續(xù)的核心環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)重構(gòu)常繼發(fā)于心肌損傷，如心肌缺血缺氧、高壓力負(fù)荷或高容量負(fù)荷、心肌代謝微環(huán)境的改變等，常表現(xiàn)為心臟擴(kuò)大、心肌細(xì)胞壞死、凋亡、心肌纖維化等。同時(shí)，結(jié)構(gòu)重構(gòu)常常伴隨心肌電重構(gòu)的發(fā)生。在電重構(gòu)過程中，主要涉及到離子通道與跨膜蛋白的變化。近年來，關(guān)于miRNA調(diào)控離子通道以及與心律失常的關(guān)系逐漸成為研究的熱點(diǎn)。本文就miRNA與心肌離子通道相關(guān)的分子機(jī)制研究現(xiàn)狀作一綜述。

心臟的電活動(dòng)是由多個(gè)離子通道和跨膜蛋白控制的，心臟正常的興奮性、自律性以及傳導(dǎo)性有賴于鈉、鉀、鈣等相關(guān)離子通道的順序開閉和維持動(dòng)態(tài)平衡。研究表明，多種miRNA通過對(duì)心肌細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄后抑制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電生理相關(guān)離子通道和跨膜蛋白的調(diào)節(jié)。

1 鉀離子通道

人心肌細(xì)胞上主要存在5種鉀離子通道，內(nèi)向整流鉀通道（Inward rectifier K+channel，Ik1）、一過性外向鉀電流（Transient outward K+currents，Ito）、延遲整流鉀通道（Delayed rectifier K+channel，Ik）、ATP敏感性鉀電流（ATP-dependent K+ currents，Ik-ATP）和乙酰膽堿敏感性鉀電流（Acetylcholine sensitive K+currents，Ik-ach）。

1.1 Ik1 Ik1屬于非門控通道，靜息狀態(tài)下只有Ik1處于開放狀態(tài)，構(gòu)成靜息電位的主要成分。Girmatsion等[3]研究發(fā)現(xiàn)，Ik1主要亞單位內(nèi)向整流鉀通道2.1（Inward rectifier potassium channel 2.1，Kir2.1）在房顫患者中表達(dá)增高，與miR-1表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，研究證實(shí)miR-1通過抑制鉀離子內(nèi)向整流通道蛋白J2（Potassium inwardly-rectifying channel，subfamily J，member 2，KCNJ2）（編碼 Kir2.1蛋白的基因）的表達(dá)從而降低Ik1密度，房顫患者中miR-1低表達(dá)，對(duì)KCNJ2/Kir2.1抑制作用減弱，從而增加Ik1，導(dǎo)致心房動(dòng)作電位時(shí)程（Action potential duration，APD）縮短，房顫發(fā)生率增加。由此顯示Kir2.1是miR-1的靶點(diǎn)之一。除了miR-1，KCNJ2/Kir2.1亦是miR-26的作用靶點(diǎn)，轉(zhuǎn)染miR-26后Kir2.1蛋白的表達(dá)水平降低，而敲除內(nèi)源性miR-26可以導(dǎo)致Kir2.1蛋白的過量表達(dá)，應(yīng)用反義miR-26抑制內(nèi)源性miR-26，導(dǎo)致KCNJ2/Kir2.1表達(dá)增高并伴隨著Ikl的密度增加而誘導(dǎo)房顫的發(fā)生[4]。由此可見，miR-26及miR-1有共同的靶基因KCNJ2，與之前的研究顯示miRNA在體內(nèi)的作用方式是“多對(duì)多”（每個(gè)miRNA可以有多個(gè)靶基因而多個(gè)miRNA也可以調(diào)節(jié)同一個(gè)靶基因）相符合。

1.2 Ito Ito是復(fù)極早期的主要電流，決定動(dòng)作電位平臺(tái)期起始的電位高度。研究發(fā)現(xiàn)，心肌缺氧、酸中毒等微環(huán)境改變可導(dǎo)致Ito下調(diào)，Ito下調(diào)后APD延長(zhǎng)，引起心肌細(xì)胞復(fù)極異常和早期后除極，與心肌肥厚和心力衰竭患者室性心律失常發(fā)生率增加有關(guān)[5-6]。APD縮短是心房肌細(xì)胞發(fā)生房顫的原因之一，故Ito下調(diào)可以相對(duì)延長(zhǎng)APD，是對(duì)心房APD和有效不應(yīng)期縮短的一種補(bǔ)償。研究發(fā)現(xiàn)，Ito通道蛋白4.2（Voltage-gated potassium 4.2，Kv4.2）由電壓門控鉀通道蛋白亞家族 D2（Potassium voltage-gated channel D2，KCND2）基因編碼，并受轉(zhuǎn)錄因子Iroquois同源蛋白5（Iroquois homeobox 5，Irx5）調(diào)節(jié)，Zhao等[7]利用帶有熒光蛋白的載體證實(shí)Irx5是miRl-2作用靶點(diǎn)。敲除miR1-2基因的小鼠Irx5表達(dá)異常增高，Irx5可抑制KCND2基因，使Ito通道亞單位Kv4.2表達(dá)減少，心肌細(xì)胞復(fù)極時(shí)間延長(zhǎng)，復(fù)極離散度增加，導(dǎo)致心律失常的發(fā)生。Matkovich等[8]發(fā)現(xiàn)在Q-T間期延長(zhǎng)小鼠中，miR-133a水平的升高伴隨著Ito的快速下降，說明miR-133a可能也參與了Ito電重構(gòu)的調(diào)節(jié)。

1.3 Ik Ik是人心肌細(xì)胞動(dòng)作電位復(fù)極化的主要外向離子流，參與平臺(tái)期形成與維持。按激活快慢不同可分為：超速激活的延遲整流鉀離子流、快激活的延遲整流鉀離子流、慢激活的延遲整流鉀離子流。Ik電流降低可導(dǎo)致心臟復(fù)極延遲，QT間期延長(zhǎng)，心律失常發(fā)生率增加。Xiao等[9]研究發(fā)現(xiàn)糖尿病兔模型心臟里miR-133顯著過表達(dá)，miR-133可以負(fù)向調(diào)控人類ether-a-go-go相關(guān)基因（Human ether-ago-go-related gene，HERG）以及電壓門控鉀通道蛋白亞家族Q1（Potassium voltage-gated channel Q1，KCNQ1）基因的轉(zhuǎn)錄后翻譯，HERG以及KCNQ1基因分別編碼快激活延遲整流鉀通道及慢激活延遲整流通道的主要亞單位，將外源miR-133注入兔心肌細(xì)胞，HERG蛋白水平的下調(diào)，miR-133過表達(dá)造成Ik分布密度降低，復(fù)極時(shí)間延長(zhǎng)，心肌細(xì)胞不同步性增加，Tdp等惡性心律失常的發(fā)生率增加，而給予miR-133反義RNA可以消除對(duì)HERG表達(dá)的抑制，說明miR-133可能成為抗心律失常藥物的潛在治療靶點(diǎn)。

2 鈣離子通道

鈣離子通道與心律失常關(guān)系密切，心肌細(xì)胞鈣通道主要分為L(zhǎng)型（L-type calcium channel，LTCC）和T型（T-type calcium channel，TTCC）兩種，TTCC存在于竇房結(jié)細(xì)胞中，參與動(dòng)作電位4期自動(dòng)去極化，與miRNA相關(guān)研究甚少。而LTCC激活、失活以及復(fù)活過程較緩慢，在動(dòng)作電位0期激活，但鈣內(nèi)流幅度要到平臺(tái)期初才達(dá)到最大，是平臺(tái)期主要內(nèi)向電流，可被多種鈣離子拮抗劑（如維拉帕米）所阻斷。經(jīng)高糖培養(yǎng)液培養(yǎng)的乳鼠心肌細(xì)胞LTCC表達(dá)增加，鉀通道Kv4.2 mRNA表達(dá)降低，離子通道之間的平衡被打破，可能是高血糖致心律失常的原因之一[10]。心衰患者中，心肌雷諾丁受體2過磷酸化致引起舒張期心肌肌漿網(wǎng)鈣滲漏，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣超載，不僅降低心肌收縮力，還增加后除極，觸發(fā)了惡性心律失常的發(fā)生[11]。miRNA可調(diào)節(jié)內(nèi)向鈣離子流，Terentyev等[12]研究發(fā)現(xiàn)miR-1的致心律失常作用與細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)。另外，多種miRNA可影響LTCC蛋白表達(dá)水平，在房顫患者心肌細(xì)胞電重構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用。房顫患者及犬動(dòng)物模型中miR-328高表達(dá)，經(jīng)Western blot和熒光素酶活性分析證實(shí)miR-328作用靶點(diǎn)為L(zhǎng)-型鈣離子通道的α1C亞單位基因（Calcium channel voltage-dependent L type alpha 1C subunit，CACNA1C）和鈣離子通道β1亞單 位（Calcium channel voltage-dependent beta 1 subunit，CACNB1），二者分別編碼心臟LTCC亞單位α1c和β[13]。王堅(jiān)剛等[14]篩選、分析與非瓣膜性房顫相關(guān)的miRNA，發(fā)現(xiàn)miR-155表達(dá)差異最大，為健康人組織的5.78倍。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)miR-155作用靶點(diǎn)為CACNA1C，從而使亞單位α1c表達(dá)降低。Carrillo等[15]發(fā)現(xiàn)miR-21和miR-132可下調(diào)CACNB1使LTCC的β亞單位水平表達(dá)降低。LTCC表達(dá)降低引起舒張期鈣離子回收減少，細(xì)胞內(nèi)鈣超載，觸發(fā)激動(dòng)增加，傳導(dǎo)速度減慢，房?jī)?nèi)折返波長(zhǎng)縮短，促使房顫發(fā)生。

3 miRNA與連接蛋白43

miR-1除了通過KCNJ2/Ik1調(diào)節(jié)靜息膜電位外，Yang等[16]根據(jù)miR-1的5末端核苷酸序列推測(cè)出另一個(gè)靶基因間隙連接蛋白α1（Gap junction protein alpha-1，GJA1），GJAl負(fù)責(zé)編碼連接蛋白43（參與細(xì)胞間縫隙鏈接），連接蛋白43在細(xì)胞通訊、早期胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、心肌缺血-再灌注損傷及閏盤重構(gòu)中發(fā)揮重要作用，過表達(dá)miR-l抑制了連接蛋白43水平，導(dǎo)致細(xì)胞間電傳導(dǎo)減慢，增加缺血性室性心律失常發(fā)生率。

4 miRNA與超級(jí)化激活環(huán)核苷酸調(diào)控的陽離子通道

心臟的起搏電流通道蛋白由超級(jí)化激活環(huán)核苷酸調(diào)控的陽離子通道2（Hyperpolarization-activated cyclic nucleotidegated channel 2，HCN2）基因和通道4（HCN4）基因編碼，與心肌自律性有關(guān)。起搏電流通道有4型，其中HCN4主要分布于竇房結(jié)，HCN2主要分布于心房和心室肌，主動(dòng)脈縮窄致左室肥厚大鼠模型中，miR-1減少35%，miR-133減少65%，HCN4/HCN2蛋白表達(dá)升高。導(dǎo)致異位興奮性增高，增加心律失常風(fēng)險(xiǎn)[17]。

綜上所述，miRNA與電重構(gòu)關(guān)系密切，與心律失常的發(fā)病機(jī)制緊密相關(guān)。電重構(gòu)是心肌電生理特性重塑的過程，心房電重構(gòu)與房性心律失常（房速、房顫等）關(guān)系密切，心室電重構(gòu)可產(chǎn)生潛在致命室性心律失常（多形性室速、室顫）。認(rèn)識(shí)電重構(gòu)的細(xì)胞與分子機(jī)制對(duì)于探明潛在治療靶標(biāo)十分重要，miRNA介導(dǎo)的離子通道的變化在心肌電重構(gòu)過程中發(fā)揮重要作用，人類中miRNA數(shù)量可能高達(dá)20 000種，參與30%的人類基因調(diào)控，維持心肌細(xì)胞正常的電生理網(wǎng)絡(luò)需要這些miRNA處于動(dòng)態(tài)平衡，一旦平衡被打破，離子通道蛋白表達(dá)改變，就會(huì)誘發(fā)心律失常的發(fā)生。因此，miRNA的分子靶向治療將成為心律失常領(lǐng)域新的研究方向。

[1] Lund E，Guttinger S，Calado A，et al.Nuclear export of microRNA precursors[J].Science，2004，303（5654）：95-98.

[2] Urakhia M，Tseng Z H.Sudden cardiac death：epidemiology mechanisms and therapy[J].Curr Probl Cardiol，2007，32（9）：501-546.

[3] Girmatsion Z，Biliczki P，Bonauer A，et al.Changes in microRNA-1 expression and IKI up-regulation in human atrial fibrillation[J].Heart Rhythm，2009，6（12）：1802-1809.

[4] Luo X，Pan Z，Xiao J，et a1.Critical role of microRNAs miR-26 and miR-101 in atrial electrical remodeling in experimental atrial fibrillation[J].J Biol Chem，2010，285（38）：29 336-29 347.

[5] Du Z，Xu C Q，Slan H，et al.Functional impairment of cardiac transient outward K+current as a result of abnormally altered cellular environment[J].Clin Exp Pharmacol Physiol，2007，34（3）：148-152.

[6] Timofeyev V，He Y，Tuteja D，et al.Cardiac-directed expression of adenylyl cyclase reverses electrical remodeling in cardiomyopathy[J].J Mol Cell Cardiol，2006，41（1）：170-181.

[7] Zhao Y，Ransom J F，Li A，et al.Dysregulation of cardiogenesis，cardiac conduction and cell cycle in mice lacking miRNA-l-2[J].Cell，2007，129（2）：303.

[8] Matkovich S J，Wang W，Tu Y，et a1.MicroRNA-133a protects against myocardial fibrosis and modulates electrical repolarization without affecting hypertrophy in pressure-overloaded adult hearts[J].Circ Res，2010，106（1）：166-175.

[9] Xiao J，Luo X，Lin H，et a1.MicroRNA miR-133 represses HERG K+channel expression contributing to QT prolongation in diabetic hearts[J].J Biol Chem，2007，282（17）：12 363.

[10]王金華，艾靜，王寧，等.高糖對(duì)培養(yǎng)乳鼠心肌細(xì)胞L型鈣通道表達(dá)的影響[J].哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，40（2）：96-98.

[11] Gellen B，F(xiàn)ernandez-Velasco M，Briec F，et al.Conditional FKBPl2.6 overexpression in mouse cardiac myocytes pnevents triggered ventricular tachycardia through specific alternations in excitationcontraction coupling [J].Circulation，2008，117（14）：1778-1786.

[12] Terentyev D，Belevych A E，Terentyeva R，et al.miR-1 overexpression enhances Ca2+release and regulatory subunit B56αand causing CaMKII-dependent hyperphosphorylation of RyR2 [J].Cire Res，2009，104（4）：514-521.

[13] Lu Y，Zhang Y，Wang N，et al.Control of experimental atrial fibrillation by microRNA-328[J].Circulation，2010，122（23）：2378-2387.

[14]王堅(jiān)剛，孟旭，韓杰，等.非瓣膜性心房顫動(dòng)相關(guān)微小RNA的表達(dá)[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2012，92（26）：1816-1819.

[15] Carrillo E D，Escobar Y，Gonzrlez G，et a1.Posttranscriptional regulation of the β2-subunit of cardiac L-type Ca2+channels by MicroRNAs during long-term exposure to isoproterenol in rats[J].J Cardiovasc Pharmacol，201l，58（5）：470-478.

[16] Yang B，Lin H，Xiao J，et al.The muscle-specific microRNA miR-l regulates cardiac arrhythmogenic potential by targeting GJAl and KCNJ2[J].Nat Med，2007，13（4）：486.

[17] Luo X，Lin H，Pan Z，et al.Down-regulation of miR-1/miR-133 contributes to re-expression of pacemaker channel genes HCN2 and HCN4 in hypertrophic heart[J].J Biol Chem，2008，283（29）：20 045-20 052.