microRNA在心肌缺血再灌注損傷機制中的研究進展*

汪麗娜，葉華山

(1.湖北科技學院藥學院，湖北 咸寧 437000；2.湖北科技學院生物醫(yī)學工程學院)

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microRNA在心肌缺血再灌注損傷機制中的研究進展*

汪麗娜1，葉華山2**

(1.湖北科技學院藥學院，湖北 咸寧 437000；2.湖北科技學院生物醫(yī)學工程學院)

關鍵詞：microRNA；心肌缺血再灌注損傷；研究進展

microRNA(miRNA)是一類屬于非編碼區(qū)、內(nèi)源性、長度較短(約為18～26個核苷酸)的小分子RNA，由前體單鏈RNA剪切而成，該單鏈RNA具有發(fā)夾環(huán)結構，長度為70～80個核苷酸。其功能主要通過作為RNA誘導形成沉默復合體(RISC)，識別miRNA的3′端非編碼區(qū)，引起該miRNA降解或者翻譯抑制，從而負調(diào)控該基因，參與多種重要的細胞途徑和生理病理過程[1]。隨著動脈搭橋術、器官移植等方法治療心肌缺血性疾病的廣泛開展，心肌缺血再灌注損傷(ischemic repefusion injury，IRI)日益成為人們關注的熱點。探討miRNA在心肌缺血再灌注(IR)損傷的發(fā)病機制，減輕或預防再灌注損傷的發(fā)生，是臨床上亟待解決的重要課題[2]。因此，miRNA可為IR中并發(fā)癥的預測、診斷及治療提供新的思路，具有潛在的臨床應用價值。

1miRNA與心肌缺血

近年關于miRNA的相關研究表明miRNA是心肌缺血的關鍵調(diào)節(jié)因子，在心肌梗死、心肌梗死后細胞纖維化、缺血性心律失常、血管重塑等與心肌缺血相關的病理過程中起著重要作用。某些特異miRNA通過參與控制細胞對血管新生刺激因子的反應來實現(xiàn)對血管重塑的調(diào)節(jié)，已知的血管生成中起重要作用的miRNA主要包括：如miR-21和miR-126等，此類miRNA在血管內(nèi)皮細胞中高度表達；miR-143和miR-145在血管平滑肌細胞中高度表達，參與平滑肌細胞收縮[3]。與心臟發(fā)育有關的miRNAs主要有miR-1和miR-133，過表達的miR-1可使心室細胞增殖受到抑制，而miR-133的過表達則促進細胞增殖。心肌細胞肥大是心臟重塑的主要特征之一，但是心肌肥厚加劇心肌缺血性損傷。無論miR-133或miR-1表達水平上調(diào)都會對心肌肥大有抑制作用，對心臟重塑有很大的改善；相反，低表達miR-133就會使心肌肥大加劇[4]?？梢?，miRNAs在心血管疾病中起著重要的調(diào)節(jié)作用，對miRNAs進行深入的研究對心血管疾病的治療有重要意義。

2miRNA在I/R損傷中的機制

2.1miRNA抑制心肌細胞凋亡心肌細胞凋亡是心肌損傷的最重要表現(xiàn)之一，IR后細胞凋亡顯著增加，且隨缺血及再灌注時間的延長而明顯增多，IR損傷越嚴重，細胞凋亡越多。研究顯示，調(diào)控心肌細胞凋亡的基因主要由caspase家族蛋白酶，Bcl-2、p21、Fas、p53、熱休克蛋白等組成[5]。miRNAs可通過調(diào)節(jié)HSP60、HSP70、Bcl-2等靶基因促進心肌細胞的凋亡而負性調(diào)節(jié)心肌缺血損傷。

2.1.1Bcl-2在細胞損傷時Bcl-2阻擋受損DNA翻譯成細胞凋亡信號，切斷細胞凋亡通路信號阻止細胞凋亡。而與Bcl-2相反，Bax促進細胞凋亡，抑制Bcl-2的功能，也可能通過某種結合破壞線粒體膜的功能，啟動細胞凋亡蛋白酶系級聯(lián)反應，最終使細胞凋亡。Qian等[6]證明當miR-24下調(diào)Bcl-2家族成員之一Bim時，可抑制Caspase-3、Caspase-12和Caspase-9表達從而抑制心肌細胞的凋亡。研究[7]發(fā)現(xiàn)在I/R損傷時miR-15的表達增加，細胞凋亡速度增加，他們還發(fā)現(xiàn)抑制miR-15有利于Bcl-2和Arl-2的表達，有利于心肌梗死后心肌重塑，改善IRI。Kang等[8]經(jīng)H2S誘導建立IR模型，發(fā)現(xiàn)miR-1抑制Bcl-2的表達，使心肌細胞凋亡減少，發(fā)揮它的心肌保護作用。2.1.2Caspase家族蛋白酶此為凋亡過程中關鍵的通路，同時具有半胱氨酸蛋白酶和天冬氨酸氨基位點兩大特點。Hu等[9]發(fā)現(xiàn)對左冠狀動脈結扎的小鼠心臟心肌細胞轉(zhuǎn)染Pre-miR-210后，caspase-3/7的活性降低，明顯改善心肌梗死，減少細胞凋亡，增加改善血管生成，明顯升高毛細血管密度，左心室功能明顯改善。尼古丁抑制細胞內(nèi)ERK1/2-SRF-miR-133通路，增加caspase-9和caspase-3的表達，與miR-133抑制caspase-9的蛋白翻譯過程，同時間接影響caspase-3活性等過程參與細胞凋亡過程[10]。Tian等[11]建立活體大鼠IRI模型，推測miR-133可能是通過抑制caspase-9和影響caspase-3活性來發(fā)揮抗細胞凋亡作用的。

2.1.3P53腫瘤抑制基因，改變線粒體中Bcl-2/Bax比例釋放細胞色素C，使caspase-9蛋白激活，觸發(fā)細胞凋亡蛋白的聯(lián)級反應，激活caspase-3蛋白促進心肌細胞凋亡。Wang等[12]在小鼠進行左冠狀動脈結扎后miR-499表達下降，線粒體裂解增加，心肌細胞供氧不足，促進凋亡[5]。采用flow cytometry檢測心肌凋亡細胞數(shù)目，免疫組化檢測心肌P53蛋白的表達，抑制心肌細胞凋亡，發(fā)現(xiàn)P53基因可能通過上調(diào)miR-499的表達而調(diào)節(jié)心肌梗死過程。

2.1.4HSP(熱休克蛋白)HSP抑制應激激活蛋白激酶，使細胞凋亡基因蛋白表達受到抑制，使傳導凋亡信號的蛋白水解酶受到抑制，切斷了細胞凋亡信號，還使氧自由基受到抑制，防止氧化而抑制心肌細胞凋亡[5]。miR-1可通過抑制靶基因HSP 60和HSP 70轉(zhuǎn)錄的信使RNA的表達從而促進心肌細胞的凋亡[11]。miR-320可下調(diào)HSP 20，很可能是通過調(diào)節(jié)心肌保護蛋白HSP 20而在IRI中發(fā)揮作用[13]。

2.2miRNA調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮活性因子改善心肌損傷血管內(nèi)皮細胞參與體內(nèi)許多重要功能的調(diào)控，再灌注期間血管內(nèi)皮細胞不能正常地分泌內(nèi)皮源性舒張因子NO，而血管收縮物質(zhì)(內(nèi)皮素)分泌增加，使冠脈血管收縮、血小板凝聚，導致血管阻塞心肌缺血嚴重，加劇心肌缺血損傷。Bonauer等[14]發(fā)現(xiàn)，在小鼠IRI模型中，內(nèi)皮細胞過表達miR-92a能夠使血管生成受限，敲除或抑制miRNA-92a的表達，不僅能使血管生成增加，還能使心肌梗死面積減小，減少細胞凋亡，逐漸恢復缺血受損組織的功能。黎健等[15]發(fā)現(xiàn)衰老與靶蛋白沉默信息調(diào)控子1-效應蛋白1(SIRT1-FoxO1)表達下降促進miR-34a水平升高抑制內(nèi)皮祖細胞的血管新生，出現(xiàn)心肌梗死。

2.3miRNA與減輕心肌細胞鈣超載和清除氧自由基細胞內(nèi)鈣超載可引起心肌興奮性減弱，造成線粒體功能障礙使ATP生成減少，導致細胞死亡。鈣超載還可激活磷脂酶和蛋白酶，促進氧自由基的產(chǎn)生導致膜脂質(zhì)過氧化，抑制線粒體功能，減少心肌三磷酸腺苷生成，不能提供心肌所需要的能量，心肌供能系統(tǒng)癱瘓，使心肌受損。Arin等[16]發(fā)現(xiàn)，鈣離子的正確處理可以為恢復心臟血流而為心肌提供保護作用，強調(diào)了Ca2+超載對IR損傷的重要性，IR同時伴隨著miRNAs的異常表達，由于miR-214調(diào)節(jié)信使RNA編碼的鈉鈣離子交換器和標記細胞死亡的鈣離子信號的表達，且miR-214在缺血損傷和心臟衰竭中上調(diào)，miR-214基因缺失引起心肌收縮性減弱，增加細胞凋亡。揭示miR-214作為調(diào)節(jié)心肌細胞中的Ca2+在IR損傷時穩(wěn)態(tài)的重要性。

2.4miRNA干預炎癥反應IRI引起細胞受損，炎性細胞因子被激活，刺激產(chǎn)生炎性介質(zhì)和其它細胞因子，誘導IR受損區(qū)產(chǎn)生白細胞浸潤。左冠狀動脈缺血處理后，對小鼠心肌細胞轉(zhuǎn)染Pre-miR-210，可釋放Leptin、IL-1α、TNF-α，降低了caspase-3/7的活性，從而抑制細胞凋亡[9]。Xiao等[17]通過建立缺血再灌注模型，檢測得miR-204表達水平降低，自噬蛋白LC3-II表達明顯增高。所以，miR-204很可能在心肌損傷時促進LC3-II蛋白的表達，調(diào)節(jié)受損區(qū)細胞自噬作用，負性調(diào)控IRI。

3miRNA在IRI的臨床應用

3.1miRNA在IRI的診斷miRNA作為心肌損傷的生物學標志，在心肌梗死時心肌特異性的miRNA上調(diào)或下調(diào)，因此其可以作為心肌損傷的標志物，如miR-1，miR-499，miR-208，miR-133，miR-126等。D'Alessandra等[18]的研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死中上調(diào)miR-1的表達水平后，cTnI的表達水平也上調(diào)，并且兩者的峰值時間相同。miR-499在心肌具有特異性，在心肌正常情況下幾乎不表達，僅在IR時表達明顯，而且miR-499-5p在老年急性心肌梗死中與cTnT水平成正相關[19]。錢宗杰等[20]發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死早期miR-126與cTnI時間表達一致。而Wang等[21]發(fā)現(xiàn)，miR-208僅在受損區(qū)的心肌中表達，迅速的反映心肌梗死的發(fā)生發(fā)展，甚至比cTnI的表達時間更快，所以，miR-208作為心肌損傷的生物學標志具有廣闊前景。

3.2miRNA在IRI的治療通過激活或者抑制miRNA的表達，調(diào)節(jié)其相對應的靶基因和目的蛋白質(zhì)的表達，改善缺血再灌注后造成的一系列心肌損傷，治療損傷區(qū)。例如，對小鼠心肌細胞轉(zhuǎn)染Pre-miR-210，可引起各種炎性細胞因子(如Leptin、白細胞介素1α、TNFα等)的釋放，使caspase-3/7蛋白活性降低，抑制細胞凋亡[9]；通過加入模擬物agomiR-133a抑制心肌細胞凋亡[11]；Thomas等[7]通過給小鼠注射anta-miRNA(tiny-15)敲掉小鼠體內(nèi)的內(nèi)源性miR-15，增加了小鼠在心肌缺氧時的適應性；Ren等[13]通過對比admiR-320和adasmiR-320組的小鼠，通過反義miR-320敲除了內(nèi)源miR-320后小鼠心肌細胞凋亡有所改善。

4展望

本綜述通過對IRI各種機制觀察發(fā)現(xiàn)，miRNA在心肌損傷區(qū)的各種生物途徑，參與IR的各個環(huán)節(jié)的保護和損害過程。在IR過程中miRNA可通過抑制或促進目標基因來抑制心肌細胞的凋亡，從而縮小心肌梗死面積，miRNA還能促進血管生成，減輕線粒體內(nèi)鈣超載，防止線粒體裂解，保證心肌細胞供氧等改善心肌損傷。我們通過了解心肌缺血性疾病的致病機制和miRNA在該病的作用機制來制定治療方案，做關于兩者之間的交叉實驗，進一步掌握和實現(xiàn)miRNA對于IR的治療方法，而且希望在臨床上能多運用miRNA對IRI的治療。因此，我們需要更深入地探索miRNA對細胞和基因更專一的特異性作用方式，為預防和治療心肌缺血性疾病的發(fā)生發(fā)展提供新的參考依據(jù)和新途徑。

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(收稿日期：2015-07-15)

DOI:10.16751/j.cnki.2095-4646.2016.02.0180

中圖分類號：R541.7

文獻標識碼：A

文章編號：2095-4646(2016)02-0180-03

基金項目：湖北省自然科學基金(2014CFC1082)，湖北省衛(wèi)生廳青年科技人才重點項目基金(QJX201219)

**通訊作者，Email：yehuashan@126.com