MicroRNAs在心力衰竭診治中的研究進展

劉繼純，曹　蘅

（皖南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院弋磯山醫(yī)院心血管內(nèi)科，安徽蕪湖 241001）

MicroRNAs在心力衰竭診治中的研究進展

劉繼純，曹蘅

（皖南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院弋磯山醫(yī)院心血管內(nèi)科，安徽蕪湖 241001）

microRNAs；心力衰竭；診斷；治療

心力衰竭（心衰）是各種心臟疾病的終末階段，近年來，盡管診治策略不斷改善，但心力衰竭仍然是世界范圍內(nèi)主要的死亡原因之一。因此，有必要探索新的心衰的診治方法，減少死亡率。目前，對其發(fā)病機制的研究不僅僅局限于病理生理學水平，已深入到分子生物學水平的研究。MicroRNAs（ miRNAs）是一類約由22個核苷酸組成的內(nèi)源性非編碼的單連短RNA，其在細胞質(zhì)中可以與信使RNA（mRNA）的3′非編碼區(qū)特異性結(jié)合，從而抑制信使RNA翻譯或促進其降解，實現(xiàn)了基因轉(zhuǎn)錄和表達的負性調(diào)節(jié)［1］。2006年，科學家首次觀察到miRNA在心臟疾病的發(fā)生發(fā)展過程中有著重要調(diào)節(jié)作用［2］。迄今為止，很多miRNA已被證明在心力衰竭發(fā)展過程中起著重要作用。以下對miRNAs的功能、心衰時其在心臟組織中的表達變化及心衰的診治作一綜述。

1 miRNAs功能

成熟miRNAs大約由22個核苷酸組成，它廣泛存在于鼠類、人類、果蠅、秀麗隱桿線蟲的細胞中，其在生物發(fā)育的不同階段，不同組織的表達量均不同。每個miRNA平均可以調(diào)控200多個靶基因，它能夠調(diào)節(jié) 各個階段的基因表達，并參與一系列的生命進程，如胚胎的早期發(fā)育、細胞分化、細胞的凋亡及壞死、脂肪代謝、干細胞的分化等［3］。大量的動物及人類實驗表明，miRNA與高血壓病、冠心病、心力衰竭、心律失常等多種心血管疾病的發(fā)病機制密切相關。

2 心衰時miRNAs在心臟組織中的表達變化

心力衰竭的病理生理機制一般涉及心臟肥厚、心臟纖維化、心肌細胞凋亡及神經(jīng)體液調(diào)節(jié)等方面。研究表明，人類心衰時表達上調(diào)的有miR-15/16、miR-21、miR-125、miR-23、miR-423、miR-143/145等，表達下調(diào)的有miR-1、miR-10、miR-133、miR-150、miR-221/222、miR-101等［4］。

2.1 miRNAs與心肌肥厚 MiR-1作為心臟表達最多的miRNA，其水平的降低將導致細胞骨架蛋白（TWF1）的表達上調(diào)，因此，會促進心肌 細胞肥厚，這表明TWF1是miR-1的作用靶點。MiR-1的過表達，可以使肥厚的心肌細胞體積縮小及心肌肥厚標志基因Nppa、Myh7、Actal表達下調(diào)。反之，心肌細胞體積增大，標志基因表達上調(diào)［5］。將攜帶miR-1的腺病毒載體注入心肌肥厚大鼠體內(nèi)后發(fā)現(xiàn)，miR-1轉(zhuǎn)染大鼠的左心室收縮及舒張末容積顯著縮少，左室后壁和室間隔厚度顯著減少［6］。在正常小鼠中，肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）通過添加磷酸基團到肌球蛋白分子，有助于肌節(jié)的形成和功能的發(fā)揮，而在miR-1基因敲除新生小鼠中，肌球蛋白輕鏈-2（MLC2）磷酸化降低，從而影響肌節(jié)的功能，同時表明，miR-1是通過調(diào)節(jié)平滑肌基因表達路徑的轉(zhuǎn)錄和效應子發(fā)揮功能的［7］。

在體外實驗中，過度表達的MiR-133能抑制心肌肥厚，而在小鼠體內(nèi)實驗中，單次輸注miR-133拮抗劑抑制后，將導致心肌顯著和永久的心肌肥厚。MiR-13 3是通過作用于Rhoda、Cdc42和Nelf-A/WHSC2抑制心肌肥厚的［8］。若將小鼠的miR-133a基因敲除，將導致心肌平滑肌基因異常表達和心肌細胞的異常增殖［9］?；罨疶細胞通路的鈣調(diào)磷酸酶和miR-133均在心肌肥厚的中發(fā)揮至關重要的作用，而miR-133能夠抑制鈣調(diào)磷酸酶的表達，發(fā)揮抗心肌肥厚作用［10］。

MiR-208a是心肌細胞特異表達的miRNA，心衰時表達上調(diào)。在甲亢導致的心肌肥厚中，miR-208a的高表達是通過1型血管緊張素II受體（AT1R）是介導的［11］。MiR-208a的靶點是甲狀腺激素受體相關蛋白1（Thrap1），其表達量的增加能夠減少Thrap1的表達，誘導心肌肥大，從而闡明了甲狀腺激素與miR-208a在心肌肥厚中的聯(lián)系［12］。

2.2 miRNAs與心肌纖維化 MiR-21在心衰過程中表達上調(diào)，其使成纖維細胞增殖和細胞外基質(zhì)蛋白聚集在心肌中，參與心肌纖維化過程。在心肌成纖維細胞中，上調(diào)miR-21，通過抑制Spry1使ERK-MAP激酶活性增強，調(diào)節(jié)成纖維細胞存活和生長因子的分泌，控制間質(zhì)纖維化和心肌肥大的程度，從而影響心臟的結(jié)構(gòu)和功能［13］。另有研究表明， 轉(zhuǎn)化生長因子β受體III（TGFβRIII）是miR- 21的靶點之一，上調(diào)的miR-21可以通過抑制TGFβRIII，從而增加心肌成纖維細胞的膠原含量，導致心肌纖維化［14］。在對75名主動脈狹窄瓣膜置換術患者和32名其他心臟手術患者的左心室肌細胞行組織活檢時發(fā)現(xiàn)，前者的心肌間質(zhì)細胞中miR-21較后者顯著上調(diào)，而在心肌細胞中未見明顯差異，表明在miR-21在壓力負荷過重的主動脈瓣狹窄患者的心肌纖維化中發(fā)揮調(diào)解作用［15］。

結(jié)締組織生長因子（CTGF）是促心肌間質(zhì)纖維化過程中的重要蛋白質(zhì)分子，下調(diào)的miR-18/19可以使細胞外基質(zhì)中CTGF和血小板反應蛋白-1（TSP-1）增加［16］。在體外培養(yǎng)的心肌細胞和成纖維細胞中， 敲除miR-133和miR-30會使CTGF表達增加，相反，過表達的miR-133和miR-30會使CTGF表達減少及膠原蛋白產(chǎn)量的降低［17］。血管緊張素Ⅱ依賴性高血壓心肌纖維化的發(fā)生，是由下調(diào)的miR-133a和miR-29b通過調(diào)節(jié)膠原蛋白1a1（Col1A1）表達實現(xiàn)的［18］。而糖尿病導致的心肌纖維化的發(fā)生，是由上調(diào)的MiR-133通過阻礙ERK1/2和SMAD-2的磷酸化實現(xiàn)的［19］。

2.3 miRNAs與心肌細胞凋亡 MiR-21在參與心肌的纖維化的同時，也參與細胞凋亡的過程。AKT是一種通過磷酸化抑制細胞凋亡的蛋白質(zhì)。在轉(zhuǎn)基因小鼠心臟中，過表達的miR-21將抑制缺血導致的抑癌基因PTEN，細胞因子Fasl的表達上調(diào)，增加AKT的磷酸化，縮小心肌梗死面積和改善心功能［20］。在體內(nèi)和體外實驗中，抑制miR-21的表達，導致抗凋亡基因Bcl-2的表達降低，而過表達的miR-21導致Bcl-2表達升高。在左室射血分數(shù)保留的心力衰竭小鼠 中，miR-21通過上調(diào)抗凋亡基因Bcl-2的表達，從而抑制纖維化的心肌細胞凋亡［21］。

MiR-24在心肌梗死后小鼠左心室缺血邊緣區(qū)的表達下調(diào)，其在一定程度上通過直接抑制凋亡蛋白Bim調(diào)節(jié)心肌凋亡。MiR-24在小鼠心肌梗死的模型中，能夠抑制心肌凋亡，減少梗死面積，改善心臟功能［22］。MiR-24通過內(nèi)在凋亡通路，負性調(diào)解小鼠初級心肌細胞凋亡。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的內(nèi)在凋亡通路中，敲除CCAAT增強子結(jié)合蛋白同源基因（CHOP），可以在一定程度上減輕miR-24抑制劑導致的心肌凋亡。在線粒體介導的凋亡通路中，miR-24通過阻礙細胞色素C的釋放和促凋亡基因BAX從細胞質(zhì)到線粒體的轉(zhuǎn)運，從而抑制細胞凋亡的啟動［23］。

2.4 miRNAs與神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)節(jié) MiR-155在小鼠血管外膜成纖維細胞中的過表達，能夠抑制血管緊張素II誘導的α平滑肌肌動蛋白（α-SMA）的表達，并與血壓水平呈負相關［24］。在未治療的年輕高血壓患者中發(fā)現(xiàn)，血管緊張素受體蛋白表達水平與miR-155表達水平呈負相關［25］。miR-483-3p的過表達，能夠抑制大鼠主動脈平滑肌細胞中的血管緊張素原和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶1蛋白的表達，其可以被miR-483-3p拮抗劑逆轉(zhuǎn)。另外，11 β羥化酶（CYP11B1）和醛固酮合酶（CYP11B2）是皮質(zhì)醇及醛固酮的生物合成的最后階段酶類。與陰性對照組相比，miR-24前體轉(zhuǎn)染的細胞中CYP11B1和CYP11B2的信使RNA顯著減少，而在miR-24拮抗物轉(zhuǎn)染的細胞中呈現(xiàn)出與上述相反的結(jié)果［26］。

3 miRNAs與心衰的診斷和治療

3.1 miRNA對心衰的診斷價值 研究表明，miRNA在血液及其它體液中穩(wěn)定存在，并且表達譜隨不同的病理生理改變而發(fā)生變化。利用MiRNA芯片技術挑選出16個在心力衰竭患者外周血中特異表達的miRNA，然后在39個健康人和50個患有呼吸困難的患者（其中30人診斷為心衰、20人為非心衰原因引起的呼吸困難）中評價這些miRNA，發(fā)現(xiàn)健康人與心衰組中miR-423-5p的差異最大，這提示miRNA可以作為心力衰竭的生物標志物。研究還同時表明，miR-423-5p在心衰患者的血液的中高表達與循環(huán)中的腦鈉肽的水平、左室射血分數(shù)及心功能分級高度相關［27］。利用實時定量PCR技術研究45名擴張性心肌病心衰患者與39名健康人外周血漿中的5個miRNA，發(fā)現(xiàn)兩組miR-423-5p差異最大，并認為miR-423-5p可以作為診斷擴張性心肌病心力衰竭的生物標志物［28］。最近，有學者通過比較心衰患者及健康人的冠狀竇與股動脈之間的miR-423-5p表達梯度值，發(fā)現(xiàn)兩組間有顯著差異，間接說明了miR-423-5p來源于心臟［29］。另外，MiR-210也可以作為充血性心力衰竭的生物標志物，在心衰患者中，心功能Ⅲ-Ⅳ級（NYHA分級）組血漿中miR-210的表達量顯著高于心功能Ⅱ級組和正常對照組［30］。

3.2 miRNA對心衰的治療價值 現(xiàn)階段，miRNAs關于心衰的治療策略主要集中在miRNAs拮抗物（antagomiRs）和miRNAs擬似物（miR mimics）的研究。其治療策略是基于抑制病理生理過程中組織特異性的miRNAs表達水平上調(diào)，或是通過替代miRNAs表達水平的下調(diào)而實現(xiàn)。

MiRNAs拮抗物是一種人工合成的、與miRNA互補的單鏈核苷酸序列，其阻礙miRNA與mRNA結(jié)合，起到競爭抑制劑作用，從而影響miRNA調(diào)節(jié)mRNA的翻譯或降解［31］。例如，將miRNA-208a拮抗劑經(jīng)皮下注射給高血壓所致的心力衰竭大鼠，能夠抑制病理性的心肌球蛋白轉(zhuǎn)變和心臟重構(gòu)，從而心功能及整體健康得到改善，提高了生存率［32］。在壓力負荷所致的心臟疾病的小鼠接受miR-21拮抗劑治療后，通過減弱ERK-MAP激酶活性，抑制心肌間質(zhì)纖維化，改善了心功能障礙［13］。目前，miRNA拮抗劑的應用仍局限在單種類miRNA的研究，由于每種疾病不止一種miRNA參與疾病的發(fā)生與發(fā)展，因此，采用多種miRNA拮抗劑的聯(lián)合應用才能取得有效的治療效果。

MiRNAs擬似物是人工合成的雙鏈核苷酸序列，其類似于miRNA前體。當其注入細胞后，能替代一些內(nèi)生性miRNA的水平下調(diào)，從而發(fā)揮調(diào)節(jié)mRNA的作用。然而，miRNA擬似物的應用面臨著一個困難，即特異度。它必須作用于特定的組織，否則，將使機體其它組織起調(diào)節(jié)作用的miRNA表達失調(diào)，導致負面效應。利用生物工程制造的非致病的病毒作為載體是一項有前景的研究，已有使用病毒作為載體特異性地作用心肌組織，如將攜帶miR mimics的病毒載體通過靜脈注入壓力負荷過重所致心臟重構(gòu)的小鼠模型體內(nèi)，心臟擴張程度明顯減輕，心肌纖維化和心肌肥大得到顯著改善［4］。

4 小結(jié)

MiRNAs的研究是心血管疾病的診斷和治療的的新領域。越來越多的研究表明，miRNAs在心血管疾病診治方面具有良好的應用前景。由于人類心衰時miRNAs表達量的實驗標本多來自外周血液，其是否為心肌組織特異性表達仍不完全清楚。與此同時，miRNAs治療的靶向性不強，可能會帶來諸多副作用。因此，miRNAs在心力衰竭診斷的特異性和治療安全性方面的研究可能成為熱點。相信隨著miRNAs研究的不斷深入，其有望成為心衰診斷的分子生物學標志物和心衰治療的生物靶向藥物。

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