MicroRNA 21與冠心病相關(guān)性的研究進(jìn)展

張倩 綜述 宋林聲 趙新湘 審校

(1.昆明醫(yī)科大學(xué)研究生院，云南 昆明 650000； 2.昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科，云南 昆明 650101)

冠心病已成為人類致死率最高的疾病之一，且發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì)。因此，如何有效加強(qiáng)冠心病的預(yù)防，提高早期診斷、早期治療、早期干預(yù)的成功率是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。

MicroRNAs(miRNAs)是近年來發(fā)現(xiàn)的一大類長(zhǎng)度約為22個(gè)單核苷酸組成的內(nèi)源性小分子非編碼單鏈RNA[1]，在諸多細(xì)胞進(jìn)程中執(zhí)行重要的調(diào)控功能。過去miRNAs的研究主要集中在人類腫瘤疾病的生物功能調(diào)控方面，近期研究發(fā)現(xiàn)miRNAs表達(dá)水平的變化與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展也密切相關(guān)，包括參與心肌缺血后再灌注損傷、心室重構(gòu)的演變及終末期心力衰竭等進(jìn)程，其中以血漿miRNA 21與冠心病相關(guān)性的研究居多，其靶基因也已逐步被證實(shí)，并有望成為未來冠心病診療的新靶點(diǎn)[2]?，F(xiàn)就miRNA 21及其靶基因與冠心病研究的相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MicroRNA 21的概述

從1993年Lee等[3]在秀麗隱桿線蟲中首次發(fā)現(xiàn)非編碼RNA(基因Lin-4)至今，人類基因組中已發(fā)現(xiàn)1 000多種miRNAs，其中人類30%～50%的基因受到miRNAs的調(diào)控。MiRNA 21作為miRNAs家族中的一員，最初因其在多種癌組織中表達(dá)，且與致癌作用密切相關(guān)，被形容為致癌miRNA；但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA 21參與了多種心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展[4-6]，其在心血管領(lǐng)域的作用已引起了研究人員的關(guān)注。

MiRNA 21由單基因編碼，在進(jìn)化過程中高度保守，人類miRNA 21基因位于17號(hào)染色體短臂23區(qū)2帶(17q23.2)區(qū)域，該區(qū)域也是編碼跨膜蛋白49(TMEM49)基因的內(nèi)含子區(qū)域。MiRNA 21擁有自己的啟動(dòng)子區(qū)域，且不受其他編碼基因區(qū)域啟動(dòng)子的影響，只受轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。成熟miRNA 21的轉(zhuǎn)錄首先是在細(xì)胞核內(nèi)由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成pri-miRNA 21，然后經(jīng)核酸內(nèi)切酶Drosha酶加工成pre-miRNA 21，最后被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)經(jīng)Dicer酶剪切為成熟的miRNA 21。成熟的miRNA 21再與Argonatite家族蛋白形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體能特異性識(shí)別靶基因mRNA 3’ UTR，通過抑制靶基因mRNA的翻譯或促進(jìn)其降解起到轉(zhuǎn)錄后水平的負(fù)調(diào)節(jié)作用[7]。MiRNA 21在哺乳動(dòng)物的各種組織器官中廣泛存在[8]，在幾乎所有的心血管細(xì)胞(包括心肌細(xì)胞、心臟成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及血管平滑肌細(xì)胞)中均有表達(dá)。當(dāng)發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、急性冠脈綜合征、心肌肥厚等心血管疾病時(shí)，miRNA 21常出現(xiàn)異常表達(dá)，并通過其介導(dǎo)的潛在靶基因干預(yù)相關(guān)心血管疾病的病理生理過程[9]。

2 MicroRNA 21與AS

AS是導(dǎo)致冠心病發(fā)生的病理基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加重引起心肌缺血、心肌梗死、心室重構(gòu)等一系列病理生理改變。近年來臨床研究發(fā)現(xiàn)，在AS的血管及血漿中miRNA 21表達(dá)均升高[10-11]，但有部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定型冠心病患者血漿中miRNA 21水平較正常對(duì)照組低，造成這種差異的原因目前尚不清楚。

有研究指出轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF)-β及其受體[12]作為miRNA 21的直接靶基因在AS中扮演著極其重要的作用。TGF-β是一類多功能多肽類的細(xì)胞因子，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型受體是存在于細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白，在體內(nèi)，活化的 TGF-β必須要通過其受體介導(dǎo)才能發(fā)揮作用。目前的觀點(diǎn)認(rèn)為 TGF-βⅡ型受體(TGF-β receptorⅡ，TGF-βRⅡ)是配體結(jié)合特異性的主要決定者，也是AS進(jìn)程中信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的必需受體。盡管直到今天，在心血管領(lǐng)域，關(guān)于 TGF-β在 AS 當(dāng)中到底是起促進(jìn)作用還是抑制作用的爭(zhēng)論仍然存在，但不可否認(rèn)的是其廣泛參與了 AS 的幾乎所有方面，所以其一直是AS進(jìn)程中最重要的調(diào)控者之一。在血管內(nèi)皮方面，TGF-β一方面可以抑制其增殖和遷移，另一方面又可以通過抑制促炎黏附分子的表達(dá)來達(dá)到抑制炎癥細(xì)胞在病變處募集的目的；在平滑肌方面，TGF-β被認(rèn)為通過刺激動(dòng)脈血管平滑肌細(xì)胞分泌蛋白聚糖而加速脂蛋白在血管內(nèi)膜的沉積進(jìn)而促進(jìn) AS 的進(jìn)展；而在培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞當(dāng)中則發(fā)現(xiàn)了其還可以抑制泡沫細(xì)胞的形成；關(guān)于T淋巴細(xì)胞，TGF-β不僅可以通過在轉(zhuǎn)錄水平抑制白介素-2、c-myc基因等阻止 T 細(xì)胞的增殖，而且可以抑制 Th1細(xì)胞和Th2 細(xì)胞的分化及產(chǎn)生促 AS 因子γ干擾素；不僅如此，Lutgens等[13-14]就發(fā)現(xiàn) TGF-β通過促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)在維持斑塊穩(wěn)定性方面一樣具有重要作用。總之，在 AS 發(fā)生發(fā)展的整個(gè)過程當(dāng)中，TGF-β都始終扮演著一個(gè)極為重要的角色，但不管如何，其要發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)作用都離不開TGF-βRⅡ。所以，結(jié)合前文提到 TGF-βRⅡ是 miRNA 21 直接靶基因的觀點(diǎn)，認(rèn)為TGF-βRⅡ有可能也是miRNA 21在AS當(dāng)中發(fā)揮其獨(dú)特功能的作用對(duì)象。

3 MicroRNA 21與急性冠脈綜合征

急性冠脈綜合征是一組由急性心肌缺血引起的臨床綜合征，主要包括不穩(wěn)定型心絞痛、非ST段抬高型心肌梗死、ST段抬高型心肌梗死。急性冠脈綜合征的主要病理機(jī)制是AS斑塊、血小板破裂聚集和血栓形成。其中，不穩(wěn)定的粥樣硬化斑塊破裂、糜爛可以導(dǎo)致穩(wěn)定性冠心病進(jìn)展為不穩(wěn)定的急性冠脈綜合征。

研究表明，miRNA 21在AS斑塊中上調(diào)，可能在斑塊不穩(wěn)定中起作用。Wang等[15]的研究表明，可以使用循環(huán)miRNA作為預(yù)測(cè)急性心肌梗死的標(biāo)志物。Cheng等[16]針對(duì)小鼠早期心肌梗死模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，小鼠心肌梗死后6～24 h，梗死區(qū)域心肌中miRNA 21顯著下調(diào)，而梗死交界區(qū)域呈明顯上調(diào)狀態(tài)。van Rooij等[17]研究了miRNA 21在心肌梗死晚期的表達(dá)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在梗死邊緣區(qū)miRNA 21也呈高表達(dá)，并且進(jìn)一步通過腺病毒轉(zhuǎn)染的方式發(fā)現(xiàn)，miRNA 21過表達(dá)可降低心肌梗死面積，由此可見miRNA 21在一定程度上可以抵抗缺血引起的心肌死亡，對(duì)心肌梗死有一定的保護(hù)作用。Buller等[18-19]通過實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了miRNA 21的這一作用。此外，有研究證實(shí)[6]，過表達(dá)miRNA 21可以通過調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子-α減少心肌細(xì)胞的凋亡及梗死心肌周圍膠原沉積，更重要的是miRNA 21還可通過TGF-βRⅡ來極大的激活纖維母細(xì)胞增殖分化，促進(jìn)心肌梗死后心肌組織修復(fù)，有效地起到了保護(hù)心臟的作用[20]，但目前就miRNA 21如何減少心肌梗死的具體機(jī)制還尚未明確。

與心肌缺血梗死一致性結(jié)果不同，在缺血再灌注損傷方面， miRNA 21的表達(dá)尚有爭(zhēng)議。一部分研究認(rèn)為小鼠在接受缺血再灌注損傷后，在缺血區(qū)心肌中miRNA 21表達(dá)升高，而另一些研究得到的結(jié)果則認(rèn)為miRNA 21表達(dá)是降低的，造成這些差異的原因目前尚不清楚，可能與缺血灌注損傷造模時(shí)的方法或miRNA 21收集的時(shí)間不同有關(guān)。此外miRNA 21還介導(dǎo)了心臟缺血預(yù)適應(yīng)，過表達(dá)的miRNA 21可通過PDCD4過程起到預(yù)適應(yīng)心肌保護(hù)作用，若在預(yù)適應(yīng)前使用miRNA 21抑制劑，該保護(hù)作用可部分取消。

此外，釋放基質(zhì)蛋白酶如來自巨噬細(xì)胞的基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)可能會(huì)降解AS斑塊的纖維帽導(dǎo)致斑塊破裂和不穩(wěn)定，MMPs是具有降解細(xì)胞外基質(zhì)所有組分能力的內(nèi)肽酶家族[21]。AS斑塊纖維帽中膠原蛋白和其他細(xì)胞外基質(zhì)成分降解的MMP可能導(dǎo)致斑塊破裂[22]。細(xì)胞外基質(zhì)體內(nèi)平衡受MMP的內(nèi)源性抑制劑的影響[23]。MMP中的一種MMP-9(明膠酶-B)參與膠原基質(zhì)的降解和重組。MMP-9有兩種形式：酶原形式(相對(duì)分子質(zhì)量9.2×104,pro-MMP-9)和活性形式(相對(duì)分子質(zhì)量8.5×104,active-MMP-9)。活化的MMP-9可引起纖維帽變薄和斑塊破裂。根據(jù)Fan等[24]的研究，miRNA 21可通過抑制靶基因卡馬爾基序(RECK)，來促進(jìn)巨噬細(xì)胞中MMP-9的表達(dá)和分泌，從而導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定。反向誘導(dǎo)富含半胱氨酸的蛋白質(zhì)與RECK是膜錨定的MMP抑制劑，已被報(bào)道為miRNA 21的直接靶基因[25]。Darabi等[26]研究結(jié)果也表明，血清miRNA 21和MMP-9可能是急性冠脈綜合征的生物標(biāo)志物。

4 MicroRNA 21與心肌梗死后心室重構(gòu)

心室重構(gòu)是指心肌細(xì)胞肥大、凋亡、細(xì)胞外基質(zhì)膠原沉積和纖維化導(dǎo)致心肌細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)比例失調(diào)的過程，因此心肌肥厚和纖維化是心室重構(gòu)的兩個(gè)重要病理特征。miRNA 21 可通過影響心肌肥厚、心肌纖維化及心肌細(xì)胞凋亡來影響心室重構(gòu)。

目前對(duì)于miRNA 21與心肌肥厚的研究相對(duì)較多，無論是在長(zhǎng)期給予異丙腎上腺素的大鼠模型[27]，還是在體外的正常小鼠心肌細(xì)胞經(jīng)造模處理后，細(xì)胞內(nèi)miRNA 21的表達(dá)水平均升高，并在下調(diào)miRNA 21水平后，發(fā)現(xiàn)上述刺激引起的心肌肥厚得到緩解。目前大量研究認(rèn)為miRNA 21是通過下調(diào)靶基因Spry1和Spry2來介導(dǎo)心肌肥厚的，但也有實(shí)驗(yàn)得出與此相互矛盾的結(jié)果，Patrick等[28]研究顯示，在敲除miRNA 21后，也不能抑制多種模型所致的心肌肥厚，盡管miRNA 21在心肌肥厚中的調(diào)節(jié)作用已得到許多證實(shí)，然而其內(nèi)在作用機(jī)制仍存在許多爭(zhēng)議[29]，還需進(jìn)一步深入研究闡述。

心肌肥厚的進(jìn)行性加重除了導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生，還會(huì)引起心肌纖維化。心臟成纖維細(xì)胞主導(dǎo)了心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展，而此過程的主要發(fā)起者是TGF-β，miRNA 21可通過調(diào)控TGF-β通路誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的合成與沉積，從而促進(jìn)心肌纖維化的發(fā)生，Kumarswamy等[30]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一過程。此外，最早由Thum研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，miRNA 21通過抑制靶基因Spry1表達(dá)來調(diào)控ERK-MAP激酶活性，促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖，并調(diào)節(jié)心肌膠原蛋白分泌，進(jìn)而導(dǎo)致心肌纖維化。與Thum團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果不同的是，Roy等發(fā)現(xiàn)miRNA 21可以通過調(diào)控磷酸酶基因(phosphatase and tensin homolog，PTEN)使MMP-2表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)梗死區(qū)域膠原蛋白代謝，從而誘導(dǎo)心肌纖維化的發(fā)生。與此同時(shí)，He 等[31]在兔的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)miRNA 21還可以通過特定下調(diào)Smad7，降低對(duì)TGF-β1/Smad信號(hào)通路的抑制反饋調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)心房纖維化和心房顫動(dòng)的發(fā)生。但關(guān)于針對(duì)心肌梗死后心肌纖維化miRNA 21表達(dá)的具體研究尚缺乏，近期有miRNA 21聯(lián)合miRNA 146a可調(diào)節(jié)心肌梗死后左室重構(gòu)的報(bào)道[32]，可仍未進(jìn)一步探討miRNA 21水平與心肌瘢痕及纖維化程度的關(guān)系。

5 結(jié)語

大量的臨床和基礎(chǔ)研究均揭示miRNA 21參與了心血管疾病病理生理過程的多個(gè)方面，尤其是在冠心病的病程演變中，有望成為心血管疾病診斷和治療的新靶點(diǎn)。但是目前關(guān)于miRNA 21的研究主要還是集中在其對(duì)下游靶基因如TGF-β、MMPs、Smad等基因的調(diào)控，而上游對(duì)于miRNA 21的表達(dá)調(diào)控原理和其基因結(jié)構(gòu)仍還需進(jìn)一步探明。另外，目前關(guān)于miRNA 21的研究都是側(cè)重于左心系統(tǒng)，對(duì)于右心系統(tǒng)研究相對(duì)缺乏。盡管miRNA 21在心血管系統(tǒng)中的作用機(jī)制紛繁復(fù)雜，目前對(duì)于其功能和調(diào)控機(jī)制尚存在許多爭(zhēng)議和問題，但隨著研究的不斷深入，miRNA 21必將為心血管疾病認(rèn)知、治療和干預(yù)提供切實(shí)的幫助。