MicroRNA及l(fā)ncRNA在心肌纖維化中的研究進展

高雨秋++++++焦磊++++++張瑩

[摘要] 心肌纖維化是指心肌組織結(jié)構(gòu)中膠原纖維過度積聚的過程。近年來，非編碼RNA包括小RNA（miRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNA）對心肌纖維化的調(diào)控作用逐漸成為研究熱點。miRNA及l(fā)ncRNA通過多種信號通路及機制調(diào)控心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展。本文對近年來miRNA和lncRNA在心肌纖維化中的機制及研究進展進行了綜述。

[關(guān)鍵詞] 心肌纖維化；非編碼小RNA；長鏈非編碼RNA；信號通路

[中圖分類號] R542.23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）07（c）-0038-04

[Abstract] Myocardial fibrosis is the process of excessive accumulation of collagen fibers in myocardial tissue. In recent years， the role of non coding RNA including small RNA （miRNA） and long non-coding RNA （lncRNA）， has become a hot topic. miRNA and lncRNA regulate the occurrence and development of myocardial fibrosis by activating multiple signaling pathways and mechanisms. This article reviews the mechanism and research progress of miRNA and lncRNA in myocardial fibrosis.

[Key words] Myocardial fibrosis； Micro RNA； lncRNA； Signaling pathway

心肌纖維化是指心肌組織結(jié)構(gòu)中膠原纖維的過度沉積過程，主要表現(xiàn)為細胞外基質(zhì)的合成和降解失衡，間質(zhì)中各種類型的膠原比例失衡，排列紊亂。當心肌成纖維細胞長期受到低灌注、高壓力和炎癥等因素的刺激后，可以轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞。此過程中，多種促炎因子如結(jié)締組織生長因子（CTGF）、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）、白介素-6（IL-6）等表達升高，從而使得炎性細胞浸潤、纖維母細胞增殖并遷移，同時膠原蛋白以及細胞外基質(zhì)蛋白沉積加重，并且形成瘢痕。在心肌成纖維細胞受到刺激向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化的初始階段，其對心臟結(jié)構(gòu)的完整性具有一定保護作用，但隨著肌成纖維細胞數(shù)量不斷增多，引起心臟順應(yīng)性逐漸降低，心臟功能受到嚴重影響[1]。

非編碼RNA（ncRNA）是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA，主要包括：核糖體RNA（rRNA）、細胞內(nèi)小核RNA（snRNA）、非編碼小RNA（miRNA）、長鏈非編碼RNA（lncRNA）等。其中，miRNA和lncRNA是ncRNA家族中的兩個重要成員，與多種疾病相關(guān)并且廣泛參與機體多種調(diào)節(jié)過程。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)miRNA和lncRNA對心肌肥厚、心肌纖維化、心肌梗死等心臟相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展具有調(diào)控功能，對維持心臟正常的生理功能發(fā)揮著重要作用。本文主要對miRNA和lncRNA對心肌纖維化的調(diào)控及機制進行了闡述。

1 miRNA和lncRNA的作用機制

1.1 miRNA的作用機制

miRNA是一類長度約為20個核苷酸的小分子RNA。在真核生物中廣泛存在，并且通過調(diào)節(jié)細胞的增殖、分化等生命過程參與到癌癥、心臟重構(gòu)等多種疾病的進程中。miRNA調(diào)控機體的作用機制主要表現(xiàn)為：miRNA可通過堿基互補配對的方式與mRNA的3'端非翻譯區(qū)（3'UTR）結(jié)合。miRNA對mRNA的抑制與兩者之間的互補程度密切相關(guān)，若miRNA能與靶基因完全結(jié)合則切斷靶基因進而降解mRNA，若部分結(jié)合則可抑制mRNA的翻譯從而阻礙基因的表達，另外兩種作用方式也可同時存在來抑制基因的表達[2-4]。因此，會出現(xiàn)一個miRNA調(diào)節(jié)多個靶基因或多個miRNA共同調(diào)節(jié)一個靶基因而發(fā)揮其對mRNA的作用[5]。

1.2 lncRNA的作用機制

隨著對lncRNA的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)lncRNA也可參與調(diào)控細胞功能等進程。研究表明lncRNA主要通過表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等過程來影響基因的表達[6-7]。①表觀遺傳學(xué)調(diào)控，lncRNA可通過其特異性的結(jié)構(gòu)或序列招募染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體到基因組DNA上的特定位點，進而控制基因的表達；②轉(zhuǎn)錄調(diào)控，首先，lncRNA可通過與polⅡ結(jié)合來抑制DNA的表達，lncRNA也可通過和DNA結(jié)合形成三螺旋結(jié)構(gòu)來調(diào)控基因的表達，lncRNA還可以通過與轉(zhuǎn)錄因子或招募轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子到靶基因上，進而調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄過程等；③轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，lncRNA可參與到miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中，這調(diào)控過程主要和pre-mRNA相關(guān)，在miRNA剪切調(diào)控過程中antisense lncRNA可與mRNA靶位點結(jié)合進而影響剪切體與之結(jié)合從而控制mRNA的剪切過程。

2 miRNA和lncRNA調(diào)控心肌纖維化

心肌纖維化與心肌梗死、心肌肥厚等多種心血管疾病緊密相連，嚴重可導(dǎo)致心力衰竭以及心源性猝死等。近年來研究發(fā)現(xiàn)，多種miRNA和lncRNA對心肌纖維化均有調(diào)節(jié)作用。進一步研究表明miRNA和lncRNA可通過多種機制調(diào)節(jié)成纖維細胞的增殖、分化、炎性因子的分泌以及膠原沉積等過程，從而調(diào)控心肌纖維化的發(fā)展進程。隨著對miRNA和lncRNA研究深入，其有望成為心肌纖維化藥物治療的新靶點。

2.1 mRNA對心肌纖維化的調(diào)控

2.1.1 miR-328與心肌纖維化 Du等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在左前降支梗死誘導(dǎo)心肌纖維化的小鼠心肌組織中，miR-328的表達顯著升高。體外研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)miR-328的表達后，TGF-β1和p-SMAD2/ SMAD3的表達水平升高，膠原蛋白的沉積明顯升高。進一步研究發(fā)現(xiàn)miR-328與TGFβRⅢ的結(jié)合負向調(diào)控由TGF-β1與TGFβRⅢ結(jié)合產(chǎn)生的抗心肌纖維化作用，從而影響心肌纖維化。這些發(fā)現(xiàn)表明miR-328可能成為治療心肌纖維化的新靶標。

2.1.2 miR-24與心肌纖維化 Wang等[9]和Chen等[10]研究發(fā)現(xiàn)，miR-24對心肌梗死引起的心肌纖維化具有保護作用。小鼠心肌內(nèi)注射慢病毒包裝的miR-24兩周后，心肌梗死小鼠的心臟功能明顯改善，心肌梗死區(qū)纖維化程度顯著降低。細胞水平研究發(fā)現(xiàn)，miR-24可以抑制心肌成纖維細胞的遷移。當上調(diào)miR-24時，纖維化相關(guān)的因子如collagen-I、TGF-α1、p-SMAD2/3表達受到抑制。進一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-24是通過降解Furin蛋白酶（TGF-成熟體形成的關(guān)鍵酶）的mRNA，進而調(diào)控心肌纖維化。Guo等[11]研究進一步證實，miR-24可抑制心肌梗死區(qū)的纖維化程度。以上研究為miR-24成為心肌纖維化治療的新靶點提供了參考。

2.1.3 miR-21與心肌纖維化 研究發(fā)現(xiàn)，miR-21在心肌成纖維細胞中處于高表達狀態(tài)，并且對心肌纖維化具有一定調(diào)控作用。上調(diào)miR-21的表達可以引起心肌成纖維細胞的異常增多，從而誘導(dǎo)產(chǎn)生心肌纖維化[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)，Spry1是miR-21的靶基因。Spry1對絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular-signa1-regulated kinase，ERK）信號通路具有抑制作用，從而負向調(diào)控成纖維細胞的存活以及生長因子的分泌。因此，miR-21通過抑制Spry1的表達，從而促進心肌纖維化，影響心臟功能。

2.1.4 miR-208a與心肌纖維化 miR-208a是心肌特有的miRNA，對心肌梗死、心肌纖維化等病理過程均具有調(diào)節(jié)作用。在急性心肌梗死誘發(fā)的心肌纖維化模型小鼠中，miR-208a的表達升高，β-MHC以及Endoglin的表達也明顯升高。有研究表明，內(nèi)皮因子是TGF-β信號通路的一個輔助性受體，抑制內(nèi)皮因子的表達可以影響TGF-β1促進心肌纖維化的作用。通過以上研究表明，miR-208a可能通過增加內(nèi)皮因子的表達影響心肌纖維化[14-16]。

2.1.5 miR-489與心肌纖維化 Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)miR-489對心肌肥厚和心肌纖維化具有抑制作用[18-19]。在誘導(dǎo)成纖維細胞構(gòu)建的纖維化模型中，miR-489的表達降低。在體水平，上調(diào)miR-489的小鼠心肌組織中纖維化程度顯著降低，并發(fā)現(xiàn)骨髓分化響應(yīng)基因88即Myd88（myeloid differentiation primary response gene 88）是mir-489的下游靶點。miR-489表達升高時，Myd88的表達下降，反之亦然。有研究表明，Myd88影響心臟病理過程，對缺血再灌注引起的心肌梗死有一定的影響作用，抑制Myd88可減少心肌梗死的面積[20-21]。以上研究證實，miR-489可能通過調(diào)控下游靶點Myd88來調(diào)節(jié)由心肌梗死引起的心肌纖維化。

2.2 lncRNA對心肌纖維化的調(diào)控

近年來，人類和小鼠心臟組織測序研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs可以動態(tài)調(diào)控疾病的發(fā)生和發(fā)展。在人類的心臟組織中l(wèi)ncRNA的表達總量達到18 480個，其中600個lncRNAs在缺血性或非缺血性心力衰竭、心肌纖維化的心臟組織中差異表達。盡管，大量lncRNAs在心臟組織中高表達，但是有關(guān)其功能特點仍舊知之甚少。目前，僅有少數(shù)的lncRNA被報道與心肌纖維化相關(guān)。

2.2.1 lncRNA CHRF與心肌纖維化 有研究表明，在TAC模型小鼠的心肌組織中l(wèi)ncRNA CHRF顯著升高[17]。lncRNA CHRF是一種進化的保守型lncRNA，在各種組織中廣泛表達。在人源心力衰竭的心肌組織樣本中，lncRNA CHRF表達上調(diào)[22]。Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，CHRF可作為內(nèi)源性“海綿體”吸附miR-489，由于被吸附抑制，miR-489的表達降低，從而調(diào)節(jié)心肌肥厚。而在miR-489高表達小鼠的心肌組織中，通過AngⅡ誘導(dǎo)后檢測其纖維化程度，發(fā)現(xiàn)纖維化程度顯著降低。因此lncRNA CHRF在心肌纖維化中的作用值得探索。

2.2.2 lncRNA H19與心肌纖維化 lncRNA H19由印記基因編碼，分布于胞質(zhì)和胞核中。H19的表達量在胚胎時期達到峰值，隨著發(fā)育，表達量逐漸降低，但在肌肉和軟骨組織中仍具有較高表達量。H19在多種腫瘤中表達升高，對細胞衰老、增殖與發(fā)育起到調(diào)控作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，H19在心肌組織中具有表達，并對心肌肥厚、心力衰竭、心肌纖維化等心臟疾病具有調(diào)控作用[23]。雙特異性蛋白磷酸酶5（DUSP5）是一種核磷酸酶，可通過ERK1/2信號通路抑制細胞的增殖[24]。Tao等[25]研究發(fā)現(xiàn)，H19通過負向調(diào)控DUSP5基因的表達，從而影響心肌纖維化。在體水平，在通過注射異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心肌纖維化組織模型中，H19表達升高，DUSP5表達降低。細胞水平，給予AngⅡ誘導(dǎo)的心肌纖維化模型中，H19和DUSP5的表達變化趨勢與在體一致。進一步研究表明，在纖維化模型中ERK1/2的磷酸化水平升高，并且這一過程受到DUSP5調(diào)控。因此，H19通過抑制DUSP5的表達，促進p-ERK1/2的表達，進而促進心肌纖維化。

2.2.3 lncRNA MIAT對心肌纖維化的調(diào)節(jié)機制 心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本（MIAT）又稱為RNCR2（retinal non-coding RNA 2）或是Gomafu，其編碼基因位于染色體22q12.1位點，MIAT僅表達分布在細胞核中。MIAT結(jié)構(gòu)中包含UACUAAC重復(fù)序列，該序列也是發(fā)揮功能的重要結(jié)合位點。有研究表明，MIAT對心肌肥厚和心肌纖維化均具有調(diào)控作用。Frade等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠纖維化模型中，心肌組織中的MIAT表達明顯升高。給予敲減MIAT的質(zhì)粒后，其心肌組織的纖維化程度顯著降低，且纖維化相關(guān)因子如：col1、col3的mRNA以及蛋白水平均表達下調(diào)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制MIAT的表達后，可上調(diào)miR-24的表達。且MIAT與miR-24有結(jié)合位點。MIAT可以作為內(nèi)源性RNA競爭性抑制miR-24的表達，從而激活Furin/TGF-β1信號通路，進而影響心肌纖維化。

2.2.4 其他 隨著lncRNA研究探索的深入，與lncRNA研究相關(guān)的技術(shù)也不斷發(fā)展。Qu等[27]利用lncRNA芯片技術(shù)，篩選出多個在心肌纖維化組織中差異表達的lncRNAs。利用qRT-PCR技術(shù)對差異表達的lncRNAs進行驗證，發(fā)現(xiàn)例如NONMMUT030245等9個lncRNAs表達上調(diào)，而NONMMUT036355等5個lncRNAs表達下調(diào)。但其具體機制，仍需進一步探索。該團隊的研究提供了多種可能調(diào)控心肌纖維化的lncRNAs，為心肌纖維化的調(diào)控機制增添新的思路，對lncRNA調(diào)控新機制的發(fā)現(xiàn)具有鋪墊性意義。

3 展望

近年來，miRNA和lncRNA在心肌纖維化中的作用和影響逐漸被人們發(fā)現(xiàn)并重視。人們已經(jīng)了解一些miRNA和lncRNA對心肌纖維化發(fā)生和發(fā)展具有的作用（表1），并且多項研究結(jié)果不斷完善了這一過程的分子機制，為心肌纖維化的診斷、治療等提供新的思路和方法。然而，心肌纖維化是一個復(fù)雜的病理過程并且相關(guān)調(diào)節(jié)因素眾多，而lncRNA和miRNA與靶基因的調(diào)節(jié)方式也為具體機制的研究提高了難度。另外，lncRNA與miRNA之間又有怎樣的調(diào)節(jié)關(guān)系、其又受那些因素影響均需要進一步的研究探索。因此，深入研究miRNA和lncRNA在心肌纖維化中的作用機制至關(guān)重要，也為治療心肌纖維化提供更深入的理論依據(jù)。

[參考文獻]

[1] Travers JG，Kamal FA，Robbins J，et al. Cardiac fibrosis： the fibroblast awakens[J]. Circ Res，2016，118（6）：1021-1040.

[2] Bartel DP. MicroRNAs：target recognition and regulatory functions [J]. Cell，2009，136（2）：215-233.

[3] Kawamata T，Seitz H，Tomari Y. Structural determinants of miRNAs for RISC loading and slicer-independent unwinding [J]. Nat Struct Mol Biol，2009，16（9）：953-960.

[4] Bartel DP. MicroRNAs：genomics，biogenesis，mechanism，and function [J]. Cell，2004，116（2）：281-297.

[5] Ul Hussain M. Micro-RNAs（miRNAs）：genomic organisation，biogenesis and mode of action [J]. Cell Tissue Res，2012，349（2）：405-413.

[6] Geisler S，Coller J. RNA in unexpected places：long non-coding RNA functions in diverse cellular contexts [J]. Nat Rev Mol Cell Biol，2013，14（11）：699-712.

[7] Quinodoz S，Guttman M. Long noncoding RNAs：an emerging link between gene regulation and nuclear organization [J]. Trends Cell Biol，2014，24（11）：651-663.

[8] Du W，Liang H，Gao X，et al. MicroRNA-328，a Potential Anti-Fibrotic Target in Cardiac Interstitial Fibrosis [J]. Cell Physiol Biochem，2016，39（3）：827-836.

[9] Wang J，Huang W，Xu R，et al. MicroRNA-24 regulates cardiac fibrosis after myocardial infarction [J]. J Cell Mol Med，2012，16（9）：2150-2160.

[10] Chen Z，Lu S，Xu M，et al. Role of miR-24，F(xiàn)urin，and Transforming Growth Factor-beta1 Signal Pathway in Fibrosis After Cardiac Infarction [J]. Med Sci Monit，2017， 23：65-70.

[11] Guo C，Deng Y，Liu J，et al. Cardiomyocyte-specific role of miR-24 in promoting cell survival [J]. J Cell Mol Med，2015，19（1）：103-112.

[12] Kumarswamy R，Volkmann I，Thum T. Regulation and function of miRNA-21 in health and disease [J]. RNA Biol，2011，8（5）：706-713.

[13] Thum T，Gross C，F(xiàn)iedler J，et al. MicroRNA-21 contributes to myocardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblasts [J]. Nature，2008，456（7224）：980-984.