microRNA在心房顫動發(fā)生中的作用

李彬 宋祖軍

心房顫動(簡稱房顫)主要的發(fā)病原因包括遺傳(通道蛋白的突變)、炎癥、纖維化、心房重構(gòu)和氧化應激等。近年來microRNA(miRNA)在房顫中的作用越來越受到人們關(guān)注。筆者就miRNA的結(jié)構(gòu)功能，在房顫中的表達變化及其對房顫的作用進行簡要綜述。

1 miRNA的結(jié)構(gòu)功能研究概述

miRNA是約為22個核苷酸的高度保守的小RNA，在真核生物轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控生理和病理過程，是目前最廣泛研究的非編碼RNA亞組。1993年，Lee等[1]在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)了第一個miRNA。目前，發(fā)現(xiàn)約有2 500多種被人類基因組編碼的miRNA參與至少60%基因的調(diào)節(jié)。

1.1 miRNA的產(chǎn)生和作用機制

miRNA內(nèi)部的2～8個核苷酸是連續(xù)高度保守的“種子序列”[2]。miRNA產(chǎn)生的經(jīng)典方式如下:在細胞核內(nèi)經(jīng)RNA聚合酶Ⅱ作用，產(chǎn)生pri-miRNA，經(jīng)加工形成pre-miRNA，之后出細胞核生成成熟的miRNA。成熟miRNA被RISC(Dicer和AGO2的沉默復合物)識別，形成miRNA誘導沉默復合體(miRISC)。miRNA能夠識別靶mRNA的3′非翻譯區(qū)的互補序列(3′UTR)，降解或阻遏其翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因的表達[3]。

1.2 miRNA在心血管方面的生理功能

miRNAs參與真核生物中一系列重要活動，通過抑制翻譯和/或通過m RNA降解來沉默靶基因。在心血管方面，miRNA有重要的調(diào)控作用，與心臟發(fā)育和再生，房顫，缺血性心臟病和心臟肥大都有關(guān)系。

miRNA能調(diào)控心臟發(fā)育[3]。miR-1和miR-133都能夠促進胚胎干細胞分化[4]。miR-208a，miR-208b和 miR-499能調(diào)控肌球蛋白基因，維持正常的心臟結(jié)構(gòu)[5]。miR-195(miR-15家族的成員之一)能控制細胞周期基因，能使心肌細胞增殖停止，造成心室發(fā)育不全[6]。miR-17～92簇能通過下調(diào)Isl1和Tbx1，促進心臟流出道的發(fā)育，還能促進第二心臟區(qū)域(SHF)祖細胞分化成右室肌細胞[7]。

此外，miRNA在心臟再生方面也有重要的調(diào)控作用，其調(diào)控心臟再生的方式包括調(diào)節(jié)心肌細胞增殖；調(diào)節(jié)干細胞或祖細胞分化；直接重編程成纖維細胞[3]。已經(jīng)證實miR-195過表達會損害心肌再生[8]。抑制miR-15家族促進心肌細胞再生。miR-199和miR-590能誘導細胞循環(huán)再進入心肌細胞，以此促進心肌再生[9]。在梗死模型中，移植過表達miR-1的干細胞，能促進心肌細胞分化，有利于再生和心功能[10]。miR-499也有相似作用[11]。此外，miRNA還能誘導心臟非心肌細胞重編程為心肌細胞[12]。慢病毒介導的miR-1，miR-133，miR-208和miR-499進入梗塞邊界區(qū)能夠直接誘導成纖維細胞原位重編程為心肌細胞[13]。

2 miRNA與房顫

多個研究表明miRNA在房顫患者的血漿和組織中有所改變，miRNA可以導致心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)，但重構(gòu)的機制尚未明確。研究表明miRNA介導心臟興奮性和心律失常發(fā)生[14]，與心房重構(gòu)有密切關(guān)系[15]。

2.1 房顫患者血漿和心房組織中miRNA改變

多項研究用微陣列技術(shù)(microarray)和實時定量PCR技術(shù)(qPCR)研究了陣發(fā)性和持續(xù)性房顫患者血漿中的miRNA，發(fā)現(xiàn)上調(diào)的miRNA種類約為14種，下調(diào)的miRNA種類約有54種，經(jīng)qPCR證實的有miR-150，miR-328，miR-409-3p，miR-432，既上調(diào)又下調(diào)的 miRNA種類約為6種[16]。在房顫患者左房和右房組織中發(fā)現(xiàn)，上調(diào)的miRNA種類約為169種，上調(diào)明顯的包括 miR-146b-5p，miR-30d，miR-21，miR-155和miR-208b，下調(diào)的miRNA種類約為82種，下調(diào)明顯的為 miR-490-3p，既上調(diào)又下調(diào)的 miRNA種類約為40種[16]。

2.2 房顫重構(gòu)相關(guān)miRNA

多種離子通道參與房顫電重構(gòu)。鉀通道相關(guān)miRNA包括miR-1，miR-26a/b，miR-30d和 miR-499，它們使心房慢延遲整流鉀電流(Iks)增強，動作電位時程(APD)和心房有效不應期(AERP)縮短，增加房顫易感性，或是通過增強內(nèi)向整流鉀電流(Ik1)從而增強房顫易感性[17]；鈣通道和鈣處理相關(guān)miRNA包括 miR-328，miR-208a/b，miR-21和 miR-106b-25簇，它們能引起L型鈣電流(LTCC)減弱，使APD縮短，或是通過肌漿網(wǎng)RyR2過度磷酸化，舒張期Ca2＋泄漏，從而增加了房顫的易感性[18]；miR-192-5p是唯一發(fā)現(xiàn)的與鈉通道重構(gòu)相關(guān)的miRNA[19]。

已經(jīng)證實的與房顫結(jié)構(gòu)重構(gòu)相關(guān)的miRNA包括miR-21，miR-26a，miR-29b，miR-30a，miR-133，miR-590，miR-146b，miR-208a，miR-208b和 miR-1，通過促進細胞外基質(zhì)(ECM)沉積或增加膠原Ⅰ/Ⅲ來促進房顫的發(fā)生[20]。

2.3 與房顫重構(gòu)關(guān)聯(lián)密切的miRNA

2.3.1 miR-1 研究表明miR-1通過調(diào)節(jié)鉀離子通道Iks促進房顫的發(fā)生。心房快速起搏的兔模型中，miR-1表達明顯上升，而KCNE1和KCNB2的mRNA和蛋白表達下降，Iks明顯增強，APD和AERP縮短，促進房顫發(fā)生[21]。慢病毒過表達miR-1再次證實上述結(jié)論，而抗miR-1抑制了KCNE1和KCNB2減少，從而減少房顫敏感性[22]。進一步通過熒光素酶實驗發(fā)現(xiàn)KCNE1和KCNB2為miR-1的直接靶標[21]。但是，關(guān)于miR-1在房顫中表達變化有矛盾結(jié)果，有學者在房顫患者心房組織中發(fā)現(xiàn)miR-1降低，Ik1上調(diào)[23]。朱瓦力等[24]研究也發(fā)現(xiàn)，房顫患者心肌組織中miR-1表達減少，而Kir2.1蛋白表達增加，說明miR-1可能負性調(diào)節(jié)Ik1電流，引起APD變化而促進房顫的發(fā)生。由此發(fā)現(xiàn)miR-1的上調(diào)和下調(diào)都可導致房顫發(fā)生，這可能表明一個單獨miRNA可能有不同的調(diào)節(jié)方式，體現(xiàn)了miRNA調(diào)控作用的復雜性。

miR-1與鈣處理異常也相關(guān)。Terentyev等[25]發(fā)現(xiàn)房顫中miR-1過表達，一方面LTCC開放，Ca2＋向胞內(nèi)內(nèi)流增加，另一方面由于Ca MKII對肌漿網(wǎng)Ry R2過度磷酸化，肌漿網(wǎng)Ca2＋通道RyR2激活開放，鈣釋放增加，促進房顫的發(fā)生。Shan等[26]也發(fā)現(xiàn)miR-1過表達時，心房肌細胞Ca2＋內(nèi)流增加，導致房顫的發(fā)生。但是，另有研究發(fā)現(xiàn)，miR-1在房顫患者中表達下調(diào)，且發(fā)現(xiàn)其可抑制L型鈣通道的CACNB2亞基(Cavβ2)的表達，細胞內(nèi)Ca2＋濃度降低，從而抑制房顫發(fā)生[27]。吳楊等[28]通過心肌肥大模型進一步驗證了miR-1的靶標是L型鈣通道的亞基Cavβ2。

Feng等[29]研究表明miR-1上調(diào)時，編碼connexin 43蛋白的GJA1基因下調(diào)，下調(diào)肌原纖維的表達，細胞間電傳導減慢，增加房顫易感性。

miR-1不僅參與心房電重構(gòu)，還參與結(jié)構(gòu)重構(gòu)而導致房顫。Xu等[30]研究發(fā)現(xiàn)，老齡犬心房miR-1表達水平下降，膠原沉積增加。Karakikes等[31]研究表明，外源性miR-1干預能逆轉(zhuǎn)壓力負荷導致的心臟肥大和纖維化，miR-1過表達后，通過降解Fbln-2的m RNA，抑制細胞外基質(zhì)的增加，抑制心肌纖維化。

2.3.2 miR-21 miR-21在纖維化中進行了最廣泛的研究。已有幾種機制提出miR-21對纖維化的潛在作用，包括促進ECM沉積和上調(diào)膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ。最受關(guān)注的是miR-21抑制SPRY1(Sprouty 1，RTK信號拮抗劑1)，Sprouty-1抑制細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號傳導途徑，結(jié)締組織生長因子(CTGF)高表達，活化成纖維細胞，促進纖維化。體內(nèi)實驗證實敲除miR-21能夠抑制纖維化和房顫[32]。

miR-21也可能促進炎癥相關(guān)的心房纖維化，在心包炎和房顫的大鼠抑制miR-21能夠抑制轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)磷酸化，抑制纖維化相關(guān)基因表達和降低房顫易感性[33]。

另一種miR-21在房顫中的信號通路涉及Smad7的下調(diào)，而Smad7的下調(diào)能夠上調(diào)膠原蛋白Ⅰ和Ⅲ。體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，抑制miR-21能抑制Smad7的降低和抑制膠原I/III增加[34]。

還有研究發(fā)現(xiàn)miR-21能調(diào)控磷酸酶基因(phosphatase and tensin homolog，PTEN)，PTEN能上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)的表達，促進纖維化和房顫[35]。

2.3.3 miR-26a/b 房顫患者心房中miR-26的下調(diào)與KCNJ2和Kir2.1的增加有關(guān)。在小鼠體內(nèi)抑制miR-26a使得Ik1增加并促進房顫，而miR-26a的體內(nèi)腺病毒過表達降低了Ik1并使房顫易感性下降[17]。Qi等[36]在犬成纖維細胞用基于LNA的藥物體外敲除miR-26a誘導Ik1增加，超極化靜息膜電位和成纖維細胞增殖增加，再次證實了上述結(jié)論。另外，Wei等[37]房顫患者和房顫犬模型中研究發(fā)現(xiàn)，miR-26作用于KCNJ2，活化T細胞核因子，使K＋內(nèi)流增加，從而使APD縮短，導致房顫發(fā)生。也再次證實上述結(jié)論。

除了調(diào)節(jié)鉀通道外，miR-26可能也通過ECM形成促進結(jié)構(gòu)重構(gòu)。Harada等[20]在房顫犬模型和大鼠中發(fā)現(xiàn)miR-26a被下調(diào)，瞬時感受器電位通道3(TRPC3)蛋白增加，增加的TRPC3表達與ERK磷酸化和幾種ECM相關(guān)的基因表達呈正相關(guān)，刺激成纖維細胞增殖，分化和激活。

2.3.4 miR-328 Lu等[18]研究表明，miR-328在房顫犬和房顫患者中均升高，其靶基因是CACNA1C和CACNB1，二者分別編碼心臟LTCC亞單位Cav1.2和Cavβ1，miR-328升高時ICa，L降低，縮短APD和ERP，從而增強房顫敏感性。反之，通過antagomir-328和基因敲除使miR-328降低則能夠降低房顫敏感性。Yuan等[38]在房顫犬和房顫患者中的發(fā)現(xiàn)也證實了上述結(jié)論。Karnabi等[39]發(fā)現(xiàn)單獨敲除LTCC的α1亞單位，同時miR-328過表達，房顫并未增加，也證明了miR-328通過調(diào)節(jié)LTCC參與房顫的發(fā)生。更進一步，Guo等[40]研究表明miR-328的作用靶點LTCCα1序列區(qū)的3’非編碼區(qū)，以此對LTCC發(fā)揮負性調(diào)節(jié)作用參與房顫發(fā)生。

miR-328除了調(diào)節(jié)LTCC，還有學者[41]研究表明，miR-328過表達時肌漿網(wǎng)SERCA2a水平降低，胞內(nèi)Ca2＋增加，提示miR-328還能通過肌漿網(wǎng)來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)鈣活動，促進房顫發(fā)生。

3 問題及前景展望

miRNA具有作為新型生物標志物的潛力，miRNA的鑒定可能有助于評估風險分層和對治療反應的應用。但miRNA在目前為止還不能作為房顫的生物標志物。問題在于房顫相關(guān)的miRNA表達譜在研究之間缺乏整體一致性，可能是由于每個研究中分析的樣本量少；而且，RNA分析的大部分是通過微陣列進行的，只有少數(shù)miRNA經(jīng)過了qPCR驗證，需要采用更多定量方法(如高通量qPCR和deep sequencing技術(shù))來進行未來工作，獲得房顫中精確和詳細的miRNA表達譜[16]。

另外，miRNA還可能成為房顫的治療靶點。一些miRNA療法已經(jīng)在進行臨床評估。房顫可以通過恢復失調(diào)的miRNA的正常表達來控制[18]。因此，體內(nèi)調(diào)節(jié)異常的致病miRNA的方法可能具有特殊的治療價值。但是，大多數(shù)基于miRNA的療法都是系統(tǒng)性地起作用的，所以就無法進行廣泛的臨床使用，而且雖然動物研究體內(nèi)miRNA的干擾方法已顯示出潛在的治療價值，但他們的長期療效，安全性和藥代動力學在人類病人還有很大程度上未知。因此，還需要進一步研究臨床批準的miRNA治療[16]。