miRNA在先天性心臟病中的研究進(jìn)展

摘要：microRNA是一類由約19～25個(gè)核苷酸組成的非編碼單鏈RNA，參與著基因轉(zhuǎn)錄后的表達(dá)調(diào)控。目前大量研究表明miRNA在心臟發(fā)育方面以及先天性心臟病的發(fā)生過程起著重要的作用，成為近年來研究心臟疾病的一個(gè)新的熱點(diǎn)，也將我們帶進(jìn)一個(gè)新的領(lǐng)域。本文就miRNA與先天性心臟病相關(guān)性進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：miRNA；先天性心臟病；心臟發(fā)育

microRNA（miRNA）是一類由約19～25個(gè)核苷酸組成的非編碼單鏈RNA[1]，進(jìn)化中高度保守，表達(dá)時(shí)具有嚴(yán)格的時(shí)空性和組織特異性[2]，其通過與靶mRNA特異性結(jié)合影響mRNA的穩(wěn)定性，從而抑制mRNA為模板的翻譯或者導(dǎo)致mRNA降解，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因轉(zhuǎn)錄后的表達(dá)調(diào)控。人類基因組中約有30%編碼蛋白的基因可受miRNA調(diào)控，到目前為止，已在動(dòng)植物和病毒中發(fā)現(xiàn)有28645個(gè)miRNA分子（Release 21：June 2014）。近年來隨著miRNA在心血管方面的深入研究，發(fā)現(xiàn)miRNA表達(dá)水平的改變參與許多心血管病變發(fā)生。

1 miRNA的生物特性

只有成熟的miRNA才能發(fā)揮其作用，而它的成熟需要經(jīng)過某些酶的加工處理才能完成。在細(xì)胞核內(nèi)，編碼miRNA的基因在RNA聚合酶II作用下，形成初級(jí)miRNA（pri-miRNA），pri-miRNA繼續(xù)在Drosha酶和DGCR8以及其他輔因子作用下，產(chǎn)生有60～70個(gè)核苷酸長(zhǎng)的pre-miRNA（前體miRNA）[3]，pre-miRNA的一個(gè)特點(diǎn)為莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其在轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin-5的作用下，pre-miRNA從細(xì)胞核內(nèi)被轉(zhuǎn)出到細(xì)胞質(zhì)[4]。隨后在Dicer酶作用下，pre-miRNA莖環(huán)結(jié)構(gòu)被切割釋放出有21～25個(gè)核苷酸的miRNA雙鏈，該雙鏈miRNA一條鏈成為成熟miRNA，而另一條鏈則被降解。成熟的單鏈miRNA的隨后被加載到RISC（RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體）[5]，Argonaute蛋白組成RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體核心元件，促進(jìn)了miRNA與靶mRNA相互作用，miRNA通過與靶mRNA的3'非編碼區(qū)完全或不完全特異性結(jié)合[6]，導(dǎo)致靶mRNA的降解或者抑制以mRNA為模板的翻譯，發(fā)揮其對(duì)基因轉(zhuǎn)錄后的表達(dá)調(diào)控，參與生命活動(dòng)的各種生理過程，包括胚胎期器官和組織的發(fā)育，以及疾病的發(fā)生過程。

2 miRNA與先天性心臟病

先天性心臟?。╟ongenital heart disease，CHD）是先天性畸形中最常見的一類，系胚胎發(fā)育時(shí)期由于心臟及大血管的形成障礙或發(fā)育異常而引起的解剖結(jié)構(gòu)異常，或出生后應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉的通道未能閉合（在胎兒屬正常）的情形，是嬰幼兒非感染性疾病中最主要的死亡原因，包括房間隔缺損、室間隔缺損、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉、肺動(dòng)脈狹窄、主動(dòng)脈縮窄、法洛氏四聯(lián)癥等。miRNA參與著胚胎時(shí)期心臟的發(fā)育，它的異常將引起胚胎心臟發(fā)育障礙，導(dǎo)致先天性心臟的發(fā)生。

2.1 miRNA與心臟發(fā)育 心臟是哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中第一個(gè)開始形成的器官，對(duì)胚胎發(fā)育和生命的維持起重要作用，與身體其它器官及組織相比，心臟對(duì)基因的微小改變更加敏感，在心臟發(fā)育途徑中尤為重要。目前發(fā)現(xiàn)與心臟發(fā)育相關(guān)的miRNA主要有miR-1及miR-133。Liu等[7]剔除鼠miR-133a-1和miR-133a-2，結(jié)果發(fā)現(xiàn)缺乏miR-133a-1或miR-133a-2任何一者小鼠心臟是正常發(fā)育的，而兩者都缺乏的小鼠大約一半死于胚胎期或新生期的心室間隔缺損，能夠存活到成年的小鼠則死于擴(kuò)張型心肌病和心臟衰竭。Zhao等[8]應(yīng)用Cre同源重組技術(shù)，使小鼠心臟組織缺乏加工miRNA的Dicer酶，結(jié)果小鼠心臟出現(xiàn)多種發(fā)育缺陷，胚胎早期小鼠死亡，由此可知miRNA在心臟發(fā)育過程中有著至關(guān)重要的作用，為了進(jìn)一步研究miR-1-2在心臟發(fā)育中的作用，又構(gòu)建了敲除miR-1-2的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)敲除miR-1-2小鼠易發(fā)生室間隔缺損，出生后很快就死亡。研究還發(fā)現(xiàn)[9]miR-1通過作用于調(diào)節(jié)心室心肌細(xì)胞伸展的轉(zhuǎn)錄因子Hand2，適時(shí)阻止Hand2介導(dǎo)的蛋白合成，以調(diào)控心臟正常發(fā)育。同時(shí)Wilson等[10]研究發(fā)現(xiàn)miR-499在人ESC心肌特異性分化過程中發(fā)揮重要作用。另外miR-208對(duì)心臟發(fā)育過程中所需的可收縮蛋白β肌動(dòng)蛋白的重鏈β-MHC具有調(diào)控作用[11]。這些研究結(jié)果都表明，miRNA在心臟的發(fā)育過程中起重要調(diào)控作用，任何一個(gè)環(huán)節(jié)異常都可能導(dǎo)致心臟發(fā)育的異常。

2.2 miRNA基因及其靶位點(diǎn)的SNPs與先天性心臟病 近年越來越多的研究表明，單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）可改變miRNA對(duì)其靶基因的調(diào)控過程，導(dǎo)致疾病的發(fā)生。miRNA的SNPs可發(fā)生在成熟miRNA、pre-miRNA和pri-miRNA基因組的DNA序列中，可降低成熟miRNA的表達(dá)或者影響miRNA與靶基因結(jié)合，從而減弱其對(duì)靶基因的抑制作用，使靶基因的表達(dá)上調(diào)；同時(shí)發(fā)生在mRNA的miRNA結(jié)合位點(diǎn)上的SNPs，也可以影響相應(yīng)miRNA對(duì)靶基因的翻譯抑制效應(yīng)，從而影響靶基因的表達(dá)[12]。Sabina S等[13]研究GATA4靶位點(diǎn)的3'非編碼區(qū)的SNPs，結(jié)果表明GATA4的3'非編碼區(qū)常見的SNPs可以改變miRNA對(duì)其調(diào)控，共同促使先天性心臟病的發(fā)生。Hox基因簇在心臟間隔的形成中發(fā)揮著重要作用，發(fā)生在miR-196a2序列中rs11614913位點(diǎn)的遺傳變異可能改變成熟miR-196A與HOXB8基因的mRNA結(jié)合，影響心臟間隔的形成，表明了miR-196a2序列中的rs11614913的遺傳變異有導(dǎo)致先天性心臟病易感性的作用[14]。

2.3 miRNA與轉(zhuǎn)錄因子相互作用導(dǎo)致先天性心臟病 轉(zhuǎn)錄因子和miRNA是真核動(dòng)物基因的兩大調(diào)控物質(zhì)，轉(zhuǎn)錄因子和miRNA存在著廣泛的相互作用和合作調(diào)控，它們組成了一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)控著基因的表達(dá)[15]。Chiavacci E等[16]研究發(fā)現(xiàn)在小鼠P19CL6心肌分化細(xì)胞中TBX5的表達(dá)和miR-218相關(guān)，在斑馬魚胚胎中，Tbx5或miR-218的調(diào)節(jié)異常，都會(huì)對(duì)心臟發(fā)育造成嚴(yán)重影響，從而影響心臟的早期形態(tài)。更有趣的是，下調(diào)的miR-218能通過TBX5的過表達(dá)來營(yíng)救心臟發(fā)育畸形的發(fā)生，支持了在心臟發(fā)育中miR-218是Tbx-5的關(guān)鍵調(diào)解者，表明其可能參與心臟畸形的發(fā)生，支持了miRNA和轉(zhuǎn)錄因子存在相互合作的調(diào)控，影響著胚胎早期心臟的發(fā)育。

2.4 miRNA與先天性心臟病診斷 目前先天性心臟病的診斷主要是通過心臟聽診、心臟彩超等影像學(xué)檢查來確診，而miRNA研究為胚胎期先天性心臟病的診斷提供了一個(gè)新的途徑。某些心臟發(fā)育的特定的miRNA已被確定其與胎盤miRNA表達(dá)相關(guān)，這些胎盤來源的miRNA可在孕婦外周血中可檢測(cè)到[17]。Zhu S等[18]研究發(fā)現(xiàn)胎兒有先天性心臟病，妊娠18～22w的孕婦血清中miR-19b，miR-22，miR-29c和miR-375四個(gè)miRNA顯著上調(diào)，說明孕婦血清中的miRNA表達(dá)變化可能與胎兒先天性心臟病有相關(guān)性。因此推測(cè)，孕婦血清中特定的miRNA可作為產(chǎn)前篩查胎兒先天性心臟病的新型非侵入性生物標(biāo)記物。

3結(jié)論

miRNA與疾病的研究將我們帶進(jìn)了一個(gè)新的領(lǐng)域，近年來研究表明miRNA在心臟發(fā)育和疾病的發(fā)生過程中起重要調(diào)控作用，與先天心臟病的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關(guān)系。然而在生物體內(nèi)一個(gè)miRNA可以作用于多個(gè)靶基因，同一個(gè)靶基因同時(shí)可受多個(gè)miRNA調(diào)控[19]，其在基因表達(dá)和翻譯中可能參與復(fù)雜的深層次調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其與疾病的特異性很差，但隨著生物信息學(xué)以及科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于miRNA的研究，將有助于miRNA與先天性心臟病發(fā)病機(jī)制的研究，并將其應(yīng)用于臨床，為先天性心臟病篩查、預(yù)防和診斷提供新的途徑，具有良好的應(yīng)用前景及潛在的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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編輯/申磊